Πειραματική διερεύνηση της τυρβώδους ροής λόγω αλληλεπίδρασης θαλασσίων κυμάτων και ίσαλων κυματοθραυστών με πρανή φυσικών ογκολίθων
Authors: Γαλάνη Κωνσταντίνα 
Published: September 2021

Η παράκτια ζώνη θεωρείται ένα από τα πιο δυναμικά φυσικά περιβάλλοντα, καθώς σε αυτήν εκδηλώνονται σημαντικές φυσικές διεργασίες. Η συνδυασμένη δράση των φυσικών φορτίσεων και των έντονων ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, συχνά προκαλεί προβλήματα διάβρωσης που χρήζουν άμεσης αντιμετώπισης. Στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε πειραματικά αφενός η ροή λόγω διάδοσης κυμάτων υπεράνω ακτής απότομης κλίσης, αφετέρου η μεταβολή της παράκτιας κυκλοφορίας στην περίπτωση κατασκευής ίσαλου κυματοθραύστη στην εν λόγω ακτή, καθώς επίσης και η ροή υπεράνω του στρώματος θωράκισης τέτοιων κατασκευών.Για την πραγματοποίηση των πειραματικών μετρήσεων κατασκευάστηκαν τρία εργαστηριακά ομοιώματα, μια ακτή απότομης κλίσης 1/15, ένας ίσαλος κυματοθραύστης με πρανή φυσικών ογκολίθων και ένα πρανές φυσικών ογκολίθων κλίσης 1/3. Οι μετρήσεις των ταχυτήτων διεξήχθησαν με χρήση των μεθοδολογιών ADV και PIV, ενώ καταγράφηκε και η μεταβολή της στάθμης της ελεύθερης επιφάνειας.Όσον αφορά στην ακτή απότομης κλίσης πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της στιγμιαίας ταχύτητας της ροής που αναπτύσσεται, σε διάφορες θέσεις κατά μήκος της διεύθυνσης διάδοσης των κυμάτων και για πέντε διαφορετικά σενάρια κυματισμών. Τα αποτελέσματα έδειξαν την δημιουργία κυματογενούς ρεύματος εγκαρσίως στην ακτογραμμή, με κατεύθυνση προς τα βαθιά και διαμήκη συνιστώσα που αυξάνει με το ύψος του διαδιδόμενου κυματισμού. Η κατανομή της διαμήκους συνιστώσας του ρεύματος είναι γραμμική ως προς το βάθος ανάντη της ζώνης θραύσης, ενώ όσο προσεγγίζουμε το βάθος θραύσης db και εντός της ζώνης απόσβεσης, το ρεύμα εμφανίζει παραβολική κατανομή ως προς το βάθος.Όσον αφορά στον ίσαλο κυματοθραύστη, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν την δημιουργία ισχυρών κυματογενών ρευμάτων στην εγγύς περιοχή αυτού. Στην υπήνεμη περιοχή του κυματοθραύστη εντοπίζεται ένα ισχυρό κυματογενές ρεύμα, κατά μήκος του εγκάρσιου άξονα συμμετρίας, με κατεύθυνση από την ακτογραμμή προς τον υπήνεμο πόδα. Επιπλέον, στο άνοιγμα του έργου εντοπίζεται ένα ισχυρότατο κυματογενές ρεύμα, εγκάρσιο στην ακτογραμμή και με κατεύθυνση προς τα βαθιά, το επονομαζόμενο βελοειδές ρεύμα, με διαμήκεις ταχύτητες που κυμαίνονται από 0.10 - 0.46 m/s. Η ένταση του βελοειδούς ρεύματος αυξάνει στις περιπτώσεις που οι διαδιδόμενοι κυματισμοί εκδηλώνουν έντονη θραύση, ενώ η κατακόρυφη δομή του είναι ομοιόμορφη ως προς το βάθος εντός της ζώνης απόσβεσης, μεταβάλλεται ωστόσο γραμμικά με το βάθος στην εξωτερική παράκτια ζώνη. Ως προς την εγκάρσια διεύθυνση, το βελοειδές ρεύμα εμφανίζει μεγαλύτερες ταχύτητες στο μέσον του ανοίγματος μεταξύ διαδοχικών κυματοθραυστών, ενώ πλησίον του ακρομωλίου η διαμήκης ταχύτητα του ρεύματος μειώνεται πλησίον του πυθμένα. Τέλος, όσον αφορά στο πρανές φυσικών ογκολίθων, διαπιστώθηκε η δημιουργία κυματογενούς ρεύματος κατά μήκος της διεύθυνσης διάδοσης των κυμάτων, με κατεύθυνση προς τα βαθιά. Η μεταβολή του ρεύματος ήταν σχετικά γραμμική ως προς το βάθος και προσομοίαζε την κατακόρυφη δομή του υποβρύχιου κυματογενούς ρεύματος ανάντη της ζώνης απόσβεσης. Η ένταση της τύρβης υπεράνω του πρανούς εμφάνιζε τιμές της τάξης του 0.15 - 0.40, ενώ η παραγωγή της τύρβης ενισχυόταν σημαντικά από την εξαιρετικά τραχεία επιφάνεια του πρανούς.