Περιγραφή και προσομοίωση συμπεριφοράς πλουμίου του ποταμού Νέστου
Authors: Καμίδης Νικόλαος 
Published: August 2021

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη του πλουμίου του Ποταμού Νέστου, σε ότι αφορά τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά και η διασαφήνιση της επίδρασης του στην παράκτια ζώνη των εκβολών και στο Κόλπο Καβάλας. Επίσης, πρωταρχικός στόχος της διατριβής αποτελεί η μελέτη της εξέλιξης του πλουμίου στον χρόνο και η εξακρίβωση του βαθμού επίδρασης παραγόντων όπως η παροχή, η παλίρροια, η ένταση και η διεύθυνση του ανέμου στην συμπεριφορά του. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το υδροδυναμικό μαθηματικό ομοίωμα ELCOM. Σε ότι αφορά το σύστημα του Νέστου, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κατασκευή των φραγμάτων προκάλεσε τον διαχωρισμό της κοίτης του ποταμού και την δημιουργία τριών τμημάτων με διαφορετικά υδρολογικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά: τα ανάντι ποτάμιο τμήμα, το λιμναίο σύστημα των ταμιευτήρων και το κατάντι ποτάμιο τμήμα. Η ροή στο ανάντι τμήμα πραγματοποιείται φυσικά, ενώ στο κατάντι ποτάμιο τμήμα εξαρτάται από τη λειτουργία των φραγμάτων. Η παρεμβολή των ταμιευτήρων προκάλεσε τη διαφοροποίηση των φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών στα ύδατα του κατάντι τμήματος. Το ποσοστό κατακράτησης των αιωρούμενων στερεών στο σύστημα των ταμιευτήρων ανήλθε έως και 99%, γεγονός που επηρεάζει και την κατανομή των συγκεντρώσεων των βαρέων μετάλλων στα ιζήματα. Για το διαλυμένο ανόργανο άζωτο (DIN) και διαλυμένο ανόργανο φώσφορο (DIP) το ποσοστό κατακράτησης υπολογίστηκε σε 63,7% και σε 61,9%, αντίστοιχα. Τα πυριτικά άλατα (DSi) παρουσίασαν διαφορετική συμπεριφορά διότι οι συγκεντρώσεις παρουσιάστηκαν αυξημένες στο κατάντι τμήμα. Το πλούμιο του Νέστου κατέλαβε επιφανειακή έκταση η οποία κυμάνθηκε μεταξύ 21,1 km2 (Αύγουστος 2007) και 570,2 km2 (Μάρτιος 2006) ανάλογα με την παροχή. Ομοίως ο όγκος του πλουμίου υπολογίστηκε μεταξύ 0,1 × 106 m3 (Αύγουστος 2006) και 172 × 106 m3 (Μάρτιος 2006). Το αντίστοιχο πλούμιο που σχηματίζεται από τα φορτία των θρεπτικών στοιχείων παρουσίασε παρόμοιο σχήμα με αυτό της αλατότητας, όμως κατέλαβε μικρότερη έκταση σε όλες τις περιπτώσεις. Η απομάκρυνση των θρεπτικών αλάτων από το πλούμιο συντελέστηκε μέσω της μείξης των υδάτων και μέσω της πρόσληψης τους από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Η εξέταση της στοιχειομετρίας των θρεπτικών στοιχείων στο πλούμιο αποκάλυψε ότι το ίχνος των ποτάμιων υδάτων διατηρείται σχεδόν αναλλοίωτο μέσα στο πλούμιο, ακόμα και εντός του Κόλπου Καβάλας, κάτω από πλημμυρικές συνθήκες. Σε ενδιάμεσες παροχές η στοιχειομετρία είναι δυνατόν να μεταβληθεί ακόμα και εντός του πλουμίου. Ωστόσο στις περισσότερες περιπτώσεις η περιοχή του στομίου έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με τα ύδατα του Νέστου. Σε χαμηλές παροχές η στοιχειομετρία μεταβάλλεται ακόμα και στην περιοχή του στομίου. Το πλούμιο του Νέστου είναι πάντα υπόπυκνο διότι τα ποτάμια ύδατα χάνουν την επαφή τους με τον πυθμένα αμέσως μετά την έξοδο τους από το στόμιο, ανεξάρτητα από την παροχή. Σε όλες σχεδόν τις εξεταζόμενες περιπτώσεις εντός του 2006 το πλούμιο χαρακτηρίστηκε ως μεγάλης κλίμακας και η επίδραση της Coriolis είναι σημαντική. Αντίθετα, το 2007 το πλούμιο είναι μικρής κλίμακας και υπερισχύουν οι δυνάμεις αδράνειας. Σύμφωνα με τις τιμές που πήρε ο αριθμός Froude το πλούμιο του Νέστου χαρακτηρίζεται ως υποκρίσιμο. Τα αποτελέσματα του ομοιώματος ELCOM έδειξαν ότι η συμπεριφορά του πλουμίου επηρεάζεται περισσότερο από την παροχή και από την διεύθυνση του ανέμου. Κάτω από συνθήκες χαμηλής ανεμογενούς δραστηριότητας η Coriolis καθίσταται περισσότερο σημαντική. Δευτερεύων ρόλο στην εξάπλωση του πλουμίου παίζει η παλίρροια εξαιτίας του χαμηλού παλιρροιακού εύρους της περιοχής. Το πλούμιο ακολουθεί την διεύθυνση του ανέμου μέσω της μεταφοράς Ekman, έχοντας καθυστέρηση 3-6 ώρες. Η ένταση του ανέμου είναι σημαντική διότι σε συνθήκες υψηλών παροχών ωθεί το πλούμιο σε μακρινές αποστάσεις από το στόμιο. Ταυτόχρονα, η ανάμιξη του πλουμίου με το θαλασσινό νερό επιταχύνεται καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου. Οι μετεωρολογικές συνθήκες και η δύναμη Coriolis ευνοούν την δυτική εξάπλωση του πλουμίου. Τα αποτελέσματα του ομοιώματος έδειξαν ότι η δυτική εξάπλωση πραγματοποιείται κάτω από βόρειους – νοτιοανατολικούς ανέμους (0 – 170ο), οι οποίοι έχουν συχνότητα εμφάνισης 65% στα εξεταζόμενα έτη. Το Στενό της Θάσου διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο στη δυτική εξάπλωση, εξαιτίας της μορφολογίας του. Τα επιφανειακά ύδατα μέσα στο στενό αποκτούν επιπλέον ταχύτητα και σε περιπτώσεις πλημμυρικών παροχών το πλούμιο εκτοξεύεται εντός του Κόλπου Καβάλας. Σε τέτοιες συνθήκες ο όγκος του πλουμίου που εισέρχεται στον Κόλπο Καβάλας μπορεί να φτάσει μέχρι και 33% της μηνιαίας ποτάμιας απορροής. Σύμφωνα με τις μετρήσεις του πεδίου και του ομοιώματος, το πλούμιο είναι ικανό να εισέλθει εντός του Κόλπου Καβάλας κάτω από καθεστώτα ενδιάμεσων ποτάμιων παροχών (~ 45 m3/s), όμως εκτός από την παροχή απαιτείται η συνεργασία του ανέμου, του οποίου η ταχύτητα δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 3 m/s.