Υπολογιστική διερεύνηση ροϊκού πεδίου τεχνητών υφάλων με παράλληλη διερεύνηση της θαλάσσιας θερμοκρασίας στην παράκτια ζώνη από in-situ και δορυφορικές μετρήσεις
Authors: Ανδρουλάκης Δημήτριος 
Published: September 2021

Η παράκτια ζώνη προσφέρει ζωτικής σημασίας πεδίο ανθρώπινων δραστηριοτήτων εξυπηρετώντας πλήθος διαδραστικών με το περιβάλλον πρακτικών, όπως, την εξασφάλιση τροφής μέσω αλιευμάτων, την παροχή διόδων εμπορικών και πολιτισμικών συναλλαγών μέχρι και την πρόσφατη εκμετάλλευση της για λόγους αναψυχής. Στα ούτως ή άλλως έντονα φυσικά φαινόμενα που χαρακτηρίζουν την παράκτια ζώνη, καθώς αποτελεί τον χώρο του θαλάσσιου περιβάλλοντος που έρχεται σε άμεση επαφή με την χέρσο, προστίθενται έντονα τις τελευταίες δεκαετίες και οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Μία από αυτές τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες που επιβαρύνουν την παράκτια ζώνη, αποτελεί και η πρόσφατη ανάπτυξη της κατάδυσης αναψυχής και του καταδυτικού τουρισμού. Ως μέτρο αντιμετώπισης του παραπάνω προβλήματος αλλά και σαν πρόταση αειφόρου ανάπτυξης της παράκτιας ζώνης, αναπτύχθηκε η Τεχνολογία Τεχνητών-Υφάλων-ΕΛΚΕΘΕTM. Αυτοί οι τεχνητοί ύφαλοι (ΤΥ) προσβλέπουν στην κατασκευή ενδιαιτημάτων που μιμούνται αισθητικά τα τοπικά φυσικά ενδιαιτήματα (εν προκειμένω, τον φυσικό πετρώδη Μεσογειακό βράχο/ύφαλο) και λειτουργούν ως πόλος έλξης θαλάσσιων οργανισμών, με στόχο την προσέλκυση δυτών αναψυχής. Αποσυμφορώντας, κατ’ αυτό τον τρόπο, περιοχές φυσικού ενδιαφέροντος ή/και θαλάσσιες προστατευμένες περιοχές (Marine Protected Areas-MPAs) με την δημιουργία καταδυτικών περιοχών/πάρκων σε κοντινές τους περιοχές. Την πόντιση 12 τέτοιων μονάδων ΤΥ στο Υποθαλάσσιο Βιοτεχνολογικό Πάρκο Κρήτης (ΥΒΠΚ) το 2015, ακολούθησε η παρακολούθηση και αξιολόγηση τους. Μέρος αυτής της διαδικασίας αποτελεί και η παρούσα διερεύνηση προς εξακρίβωση εάν η Υπολογιστική Ρευστοδυναμική αποτελεί κατάλληλο εργαλείο σχεδιασμού και αξιολόγησης ΤΥ. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά που υπαγορεύουν την λειτουργικότητα, συνεπώς και την επιτυχία, της εγκατάστασης ΤΥ θεωρείται το ροϊκό τους πεδίο και η αλληλεπίδραση τους με τα θαλάσσια ρεύματα. Η εκτροπή της προσπίπτουσας σε έναν ΤΥ ροής, είναι αυτό που του προσδίδει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά της ανοδικής (upwelling) ανάντη ροής και την δημιουργία της κατάντη ζώνης σκίασης (wake region). Έτσι εξασφαλίζεται η επαναιώρηση του ιζήματος και των θρεπτικών συστατικών του πυθμένα, για να ευδοκιμήσει η ύπαρξη στατικών επικαθήμενων και κινητικών βενθικών οργανισμών στους υφάλους. Αυτοί οι οργανισμοί θα προσελκύσουν μεγαλύτερους οργανισμούς (ψάρια κ.α.), οι οποίοι εκμεταλλευόμενοι την wake region κατάντη ενός TY (ζώνη με τιμές ταχύτητας ροής < 0.35 m/s) θα συναθροιστούν, για να ξεκουραστούν/προφυλαχθούν από τα θαλάσσια ρεύματα και τους μεγαλύτερους θηρευτές ή για να βρουν καταφύγια για εποίκηση και αναπαραγωγή. Στην παρούσα μελέτη, τα τρισδιάστατα σαρωμένα πλέγματα των ΤΥ υπόκεινται σε υπολογιστικές προσομοιώσεις και αποτυπώνονται όλα τα επιθυμητά ροϊκά τους χαρακτηριστικά. Παρόλο που η διαστασιολόγηση των προσομοιώσεων δεν είναι υπό κλίμακα και οι συγκεκριμένοι ΤΥ είναι πολύπλοκες κατασκευές μορφολογικά, τα αποτελέσματα είναι αντίστοιχα με αυτά προηγούμενων υπό κλίμακα μελετών που περιλαμβάνουν ΤΥ απλούστερης γεωμετρίας (π.χ. κύβους). Η Θαλάσσια Επιφανειακή Θερμοκρασία (Sea Surface Temperature - SST), συμπεριλαμβανομένης και αυτής της παράκτιας ζώνης, θεωρείται ζωτικής σημασίας παράμετρος του κλιματικού συστήματος. Η SST ελέγχει σε μεγάλο βαθμό την ατμοσφαιρική απόκριση στον ωκεανό τόσο σε μετεωρολογικές όσο και σε κλιματικές χρονικές κλίμακες και ασκεί σημαντική επιρροή στις ανταλλαγές ενέργειας, ορμής και αερίων μεταξύ του ωκεανού και της ατμόσφαιρας. Υπ’ αυτό το πρίσμα, στην παρούσα Διατριβή, έγινε μία σύγκριση μετρήσεων SST από τους δορυφόρους Aqua και Terra της NASA, με μετρήσεις από in situ όργανα που έχουν εγκατασταθεί στο ΥΒΠΚ, για να διερευνηθεί η καταλληλότητα μιας τέτοιας in situ χρονοσειράς προς έλεγχο (validation) δορυφορικών μετρήσεων. Για να επιτευχθεί ασφαλώς κάτι τέτοιο, υποδομές όπως αυτές του ΥΒΠΚ, με την βελτίωση τόσο της ακρίβειας όσο και του υπολογισμού της αβεβαιότητας των μετρήσεων τους, πρέπει να δημιουργηθούν και να διασφαλιστεί η απρόσκοπτη και συνεχής λειτουργία τους. Επιπλέον, μελετάται η επίδραση της χέρσου στην ποιότητα και την ακρίβεια των δορυφορικών τιμών SST μέσω της σύγκρισης δυο γειτονικών κελιών μέτρησης των δορυφόρων. Με την παρούσα παράλληλη διερεύνηση της Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής και της θερμοκρασιακής παρακολούθησης καταδεικνύεται η προτεινόμενη μεθοδολογία για αντίστοιχες παράκτιες, και όχι μόνο, εφαρμογές. Πιο συγκεκριμένα, η θερμοκρασία και τα υποθαλάσσια ρεύματα χαρακτηρίζονται ως βασικές φυσικές παράμετροι που μπορεί να καθορίσουν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τεχνητών υφάλων. Συνεπώς, η παρακολούθηση αυτών των φυσικών παραμέτρων πρέπει να εφαρμόζεται τόσο κατά την λειτουργία αντίστοιχων ποντισμένων κατασκευών (προς αξιολόγηση τους), όσο και προηγούμενα δεδομένα παρακολουθήσεων πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψη στο σχεδιασμό των κατασκευών. Συγκρίνοντας δορυφορικά δεδομένα με αντίστοιχα in-situ, στην παρούσα Διατριβή και για την συγκεκριμένη περιοχή μελέτης, βάσει της ταύτισης των συγκριτικών τους στατιστικών θα μπορούν πλέον να χρησιμοποιούνται δορυφορικές χρονοσειρές προγενέστερες της εγκατάστασης των in-situ αισθητήρων με στόχο μία πιο διευρυμένη αποτύπωση των τοπικών φυσικών χαρακτηριστικών. Ή ακόμα να γίνει χρήση δορυφορικών χρονοσειρών για την εκτίμηση επιθυμητών φυσικών παραμέτρων και σε άλλες υποψήφιες παρόμοιες παράκτιες περιοχές εγκατάστασης αντίστοιχων κατασκευών όπου δεν υπάρχουν in-situ χρονοσειρές. Τελικά, αυτή η παρακολούθηση/εκτίμηση των τοπικών φυσικών παραμέτρων είναι που θα επιτρέψει στην αειφόρο σχεδίαση παράκτιων έργων υποδομής, συνυπολογίζοντας τις κατά τόπους γεωμορφολογικές και φυσικές/περιβαλλοντικές ιδιαιτερότητες και μεταβολές, ώστε να συντείνουν αμοιβαία στην Ολιστική Διαχείριση της Παράκτιας Ζώνης μίας περιοχής.