Η επίδραση της διαχείρισης υδρολογικών λεκανών στη μορφολογία των ακτών

Abstract

The present dissertation studies the impact of watershed management on coastal morphology and -in particular- it quantifies this impact using numerical modeling. The approach followed is based on the consideration of the watershed and the coast as a spatiotemporal continuum, in the framework of Integrated Coastal Zone Management. The process was investigated for the Fourka Torrent watershed in Chalkidiki (North Greece) and the coastal area adjacent to its mouth. There, the significant shoreline retreat of about 35m that took place in the last 15 years is attributed to the changes of the land use in the upper part of the watershed. The watershed management model “SWAT” (Soil and Water Assessment Tool, Arnold et al., 1998) was selected for the study of the overland processes, after an extensive literature research, analysis and evaluation of its capabilities. A new model (“PELNCON-M”) was developed in MATLAB to study the changes in coastal morphology; the model is presented for the first time in the dissertation as a self-contained software, operating through a Graphical User Interface (GUI - also developed in MATLAB). The applications for the case of Fourka were organized and performed based on a novel methodological approach of the studied phenomenon, developed and first presented in the framework of the present dissertation. In its core, lies a coupled-calibration approach of the models in the watershed and the coast, which incorporates three scenarios of data availability regarding the parameters of interest in both the fields (shoreline position, overland and coastal sediment transport). Moreover, a series of good watershed- and coastal zone- management practices are proposed. Based on the analysis of the results and the conclusion derived, it is deemed that the present dissertation and the proposed methodological approach: (a) set the bases to effectively meet the research and operational need of confronting the impact of changes within the watersheds on coastal morphology, (b) highlight and define the role of numerical modeling in the above, and (c) denote the need to simultaneously study and quantitatively correlate the terrestrial and coastal fields as a spatiotemporal continuum.

Στην παρούσα διατριβή μελετάται η επίδραση της διαχείρισης υδρολογικών λεκανών στη μορφολογία των ακτών, και ειδικότερα η ποσοτικοποίηση της επίδρασης αυτής με τη χρήση της υπολογιστικής προσομοίωσης. Η προσέγγιση που ακολουθείται στηρίζεται στην αντιμετώπιση υδρολογικής λεκάνης και ακτής ως ενός χωροχρονικού συνεχούς, υπό το πρίσμα της Ολοκληρωμένης Διαχείρισης Παράκτιων Ζωνών. Το φαινόμενο μελετήθηκε για την υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου της Φούρκας στη Χαλκιδική (Β. Ελλάδα) και την ακτή στη γειτονιά των εκβολών του, όπου και παρουσιάζονται έντονα προβλήματα διάβρωσης την τελευταία δεκαπενταετία. Η εν λόγω υποχώρηση της ακτογραμμής, η οποία ξεπερνά τα 35m στη θέση των εκβολών, αποδίδεται στις εκτεταμένες μεταβολές χρήσεων γης που έλαβαν χώρα εντός της υδρολογικής λεκάνης. Για τη μελέτη των διεργασιών στο χερσαίο πεδίο επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί ειδικά προσαρμοσμένο το μοντέλο διαχείρισης υδρολογικών λεκανών “SWAT” (Soil and Water Assessment Tool), έπειτα από εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση, ανάλυση και αξιολόγηση των δυνατοτήτων του. Για τη μελέτη των διεργασιών μεταβολής της μορφολογίας στο παράκτιο πεδίο αναπτύχθηκε το μοντέλο “PELNCON-M”, το οποίο παρουσιάζεται με τη μορφή ενός πλήρους και αυτοδύναμου λογισμικού μέσα από τη διασύνδεση του με ένα Γραφικό Περιβάλλον Χρήστη (GUI). Η υλοποίηση των εφαρμογών πραγματοποιήθηκε με βάση μία νέα μεθοδολογική προσέγγιση, η οποία αναπτύχθηκε και προτείνεται στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Στον πυρήνα της συγκεκριμένης πρότασης βρίσκεται μία νέα προσέγγιση “συζευγμένης” βαθμονόμησης των χρησιμοποιούμενων μοντέλων σε υδρολογική λεκάνη και ακτή, η οποία προβλέπει τρία διαφορετικά σενάρια διαθεσιμότητας δεδομένων για τις υπό διερεύνηση παραμέτρους στο χερσαίο και/ή στο παράκτιο πεδίο (θέση ακτογραμμής, χερσαία η παράκτια στερεομεταφορά). Επιπλέον, προτείνεται ένα σύνολο καλών πρακτικών διαχείρισης υδρολογικών λεκανών και ακτών. Με βάση την ανάλυση των αποτελεσμάτων και τα εξαχθέντα συμπεράσματα, θεωρείται ότι μέσα από την παρούσα διατριβή και την προτεινόμενη μεθοδολογική προσέγγιση: (α) τίθενται οι βάσεις για την ορθή αντιμετώπιση -σε ερευνητικό και διαχειριστικό επίπεδο- των επιπτώσεων των μεταβολών εντός υδρολογικών λεκανών στην ακτομορφολογία, (β) αναδεικνύεται και οριοθετείται ο ρόλος της υπολογιστικής προσομοίωσης, και (γ) προβάλλεται η ανάγκη ταυτόχρονης μελέτης και ποσοτικής συσχέτισης του χερσαίο και του παράκτιου πεδίου ως ενός χωροχρονικού συνεχούς.