Πειραματική και αριθμητική προσομοίωση των εγκάρσιων κυματογενών διεργασιών στη μέθοδο της τεχνητής αναπλήρωσης των ακτών
Authors: Σπύρου Δημήτριος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναλύεται η μέθοδος της τεχνητής αναπλήρωσης των ακτών σαν ένας ήπιος τρόπος προστασίας της παράκτιας ζώνης έναντι διάβρωσης. Πρόκειται για μια περιβαλλοντικά φιλική λύση σε αντίθεση με τις ¨σκληρές¨ μεθόδους (π.χ. κυματοθραύστες) που συνήθως επιλέγονται για να περιορίσουν τις συνθήκες διάβρωσης. Η μέθοδος της τεχνητής αναπλήρωσης των ακτών εφαρμόζεται με μεγάλη επιτυχία στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής σε παράκτιες περιοχές με έντονο πρόβλημα διάβρωσης, καθώς και σε αρκετές Ευρωπαϊκές χώρες. Η βιβλιογραφία όσον αφορά την πειραματική προσέγγιση της μεθόδου τεχνητής αναπλήρωσης είναι περιορισμένη. Πιο συγκεκριμένα οι Di Risio et al., Dette et al. πραγματοποίησαν πειράματα δυο διαστάσεων με σκοπό να αναπαραστήσουν την εξέλιξη της εγκάρσιας διατομής μιας ακτής στην οποία έχει εφαρμοστεί η μέθοδος της τεχνητής αναπλήρωσης. Μελέτησαν επίσης την περίπτωση στην οποία τοποθετείται ύφαλος αναβαθμός με σκοπό να περιοριστεί ακόμα περισσότερο το φαινόμενο της διάβρωσης. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής γίνεται μια προσπάθεια να προσομοιωθούν οι εγκάρσιες κυματογενείς διεργασίες στη μέθοδο της τεχνητής αναπλήρωσης των ακτών, τόσο πειραματικά όσο και αριθμητικά. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με τη χρήση διαφόρων παραμέτρων. Τα πειράματα αφορούσαν την εφαρμογή της τεχνητής αναπλήρωσης, καθώς και συνδυασμό της με άλλες μεθόδους. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η απόκριση της εγκάρσιας διατομής της ακτής όταν έχουμε ύφαλο αναβαθμό σε συνδυασμό με τεχνητή αναπλήρωση. Επίσης όταν έχουμε μια κατασκευή για τη μείωση του ύψους κύματος σε συνδυασμό με τεχνητή αναπλήρωση. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε ένα μαθηματικό ομοίωμα για να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα του μοντέλου με αυτά της πειραματικής διαδικασίας. Οι Dette et al. και Di Risio et al. πραγματοποίησαν πειράματα εφαρμόζοντας σχετικά ήπιες κλίσεις στο πρανές της τεχνητής αναπλήρωσης (<1:5). Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκαν πειράματα κατά τα οποία εφαρμόστηκαν κλίσεις ακόμα πιο απότομες δηλαδή 1:4 και 1:2. Επιπλέον η επίδραση των κατασκευών που χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό με τη μέθοδο της τεχνητής αναπλήρωσης δίνουν πρωτότυπα αποτελέσματα όσον αφορά το συνδυασμό μεθόδων προστασίας των ακτών με πρανές αναπλήρωσης απότομης κλίσης. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα εφαρμογής τεχνητής αναπλήρωσης σε συνδυασμό με ύφαλο αναβαθμό. Ο αναβαθμός αυτός ο οποίος ήταν κατασκευασμένος από γεωσωλήνα τοποθετήθηκε σε συγκεκριμένο σημείο ώστε να λειτουργήσει σαν εμπόδιο, μην επιτρέποντας στην άμμο να παρασυρθεί προς τα ανοιχτά. Παράλληλα έπαιζε και το ρόλο του βυθισμένου κυματοθραύστη, μειώνοντας την ενέργεια του εφαρμοζόμενου κύματος. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας επιχειρήθηκε μια προσέγγιση με περιγραφή φυσικών διεργασιών. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε προσεγγίζει γεωμετρικά τη βασική εξίσωση του Dean Y=AN x2/3. Η εξίσωση του Dean επιβεβαιώνεται για το εξισορροπημένο προφίλ της ακτής πριν την εφαρμογή της μεθόδου τεχνητής αναπλήρωσης. Οι εξισώσεις που χρησιμοποίησαν οι Gonzalez et al. για το συνδυασμό τεχνητής αναπλήρωσης με ύφαλο αναβαθμό, οι οποίες ουσιαστικά προήλθαν από τις βασικές εξισώσεις του Dean, επαληθεύονται από τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας σε μεγάλο βαθμό. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας δείχνουν ότι το εξισορροπημένο προφίλ που προκύπτει μετά την εφαρμογή της μεθόδου τεχνητής αναπλήρωσης δεν συμπίπτει απόλυτα με αυτό που περιγράφει ο Dean. Το εγκάρσιο δηλαδή προφίλ παραλίας που προκύπτει τελικά δεν είναι απόλυτα σύμφωνο με την εξίσωση Y = AN x2/3. Στο εξισορροπημένο προφίλ παραλίας εμφανίζεται ένας ύφαλος αναβαθμός, ο οποίος σχηματίζεται με σκοπό να προστατεύσει την ακτή από περαιτέρω διάβρωση. Ο ύφαλος αυτός αναβαθμός σχηματίζεται αρχικά κοντά στην ακτή, και μετατοπίζεται προς τα ανοιχτά όσο το πείραμα εξελίσσεται, μέχρι την τελική εξισορρόπηση του εγκάρσιου προφίλ. Στην παρούσα διπλωματική διατριβή χρησιμοποιήθηκε ένα νέο μαθηματικό ομοίωμα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε το τροποποιημένο μαθηματικό ομοίωμα Boussinesq. Λόγω της μεγάλης κλίσης της ακτής που διαμορφώθηκε η μορφή θραύσης που παρατηρήθηκε στην περίπτωση μας ήταν τύπου κατάδυσης (plunging) και όχι τύπου υπερχείλισης (spilling). Αυτό σημαίνει ότι το παρόν μαθηματικό ομοίωμα εξελίχθηκε ώστε να περιλαμβάνει και περιπτώσεις με απότομες κλίσης ακτής (1:2, 1:4) σαν αυτές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία. Το νέο μαθηματικό ομοίωμα επιβεβαιώθηκε πειραματικά, αφού παρουσιάζει εξισορροπημένο προφίλ παραλίας το οποίο σχεδόν ταυτίζεται με αυτό που προκύπτει μετά την ολοκλήρωση της πειραματικής διαδικασίας.