Διερεύνηση μηχανισμών παράκτιας διάβρωσης - απόθεσης ιζημάτων στη περιοχή των εκβολών π. Νέστου

Abstract

In the present doctoral research are being investigated the principal coastal erosion processes responsible for the Keramoti – Nestos shoreline regression. The study area is situated in the Thracian Sea – North Greece and generally is known as Thasos Strait. At the western part of the coastline, at 23m from the surface and between the years 2007 and 2008, was deployed the Triton oceanographic monitoring station. The station, which comprised an ADCP and an OBS, recorded a series of oceanographic data considering parameters such as wave characteristics, current velocity – direction, acoustic backscatter measurements and turbidity. The time series of the aforementioned data was analyzed for the purposes of retrieving information about the wave climate, the hydrodynamic circulation and the tidal cycle type in the area near the station. Consequently two mathematical models were applied for the entire study area, the wave simulation model SWAN and the hydrodynamic simulation model ELCOM. The models were initially calibrated for the particular coastal area, something that was considered necessary due to the morphological complexity of the region. The results of both models were validated based on the data collected from the Triton monitoring station. The wave model run again including this time the hydrodynamic model data results, in order to calculate the influence of the hydrodynamic circulation inside the strait on the wave field characteristics. From the results of the models a description of the wave climate and the hydrodynamic field characteristics was made for the entire study area and the different characteristics of the tidal cycle in opposite parts of the Thasos Strait. The acoustic backscatter measurements, recorded by the station during the deployment, in combination with new data collected through sampling campaigns during 2012, were used for the formulation of a mathematical model capable of calculating SPM concentrations based on the acoustic backscatter intensity signal. The model was applied for the backscatter data series recorded by the ADCP during 2007-2008 and the SPM concentration was calculated for the entire water column height with a 1m space resolution. The results were analyzed and the connection between the SPM concentration fluctuations and the physical parameters variations was investigated. The ELCOM model was applied including the outflow from r. Nestos and the SPM concentration in the river water for the purposes of investigating the fine, river related, sediment distribution, mechanism in the strait. The model ran in two stages. The first including the above parameters as they present today after the damming of the river and the second as they were measured in the years before the construction of the dams. The results were used to describe the changes, such as reduction of available sediment deposits that supply the coastal zone and changes in hydrodynamic circulation. A longshore current model was formulated and applied for the Keramoti - r. Nestos shoreline using as input data the results of the SWAN wave model application. The longshore current velocities calculated in combination with the nearshore current data obtained from the ELCOM model were used in a bed load transport mathematical model for the definition of the active depth zone for the entire coastline. Satellite images covering a 31 years period (1975-2006) of the study area, were corrected and processed with GIS software in order to calculate the erosion rates and the morphological changes of the coastline. The mathematical simulation models LITLINE and LITPROF (MIKE ZERO package) were used for determining the suitability of different coastal protection methods which could be used in the study area. The verification of their results regarding the erosion rates was carried out based on the data obtained from the satellite images.

Πραγματοποιήθηκε διερεύνηση των μηχανισμών διάβρωσης στην παράκτια ζώνη Κεραμωτής - Δέλτα π. Νέστου, η οποία βρίσκεται στο Θρακικό Πέλαγος, και συγκεκριμένα στο στενό της Θάσου. Ο σταθμός του Τρίτωνα, ο οποίος βρισκόταν ποντισμένος στο δυτικό τμήμα της περιοχής, στα 23 m βάθος κατά τη περίοδο 2007-2008, πρόσφερε όλα τα απαραίτητα δεδομένα. Βάσει αυτών έγινε ανάλυση του κυματικού κλίματος, της υδροδυναμικής κυκλοφορίας και προσδιορισμός της μορφής του παλιρροιακού κύκλου στην περιοχή γύρω από τον σταθμό. Στη συνέχεια εφαρμόσθηκαν το κυματικό μαθηματικά ομοίωμα SWAN και το υδροδυναμικό μαθηματικό ομοίωμα ELCOM, ξεχωριστά και διασυνδεδεμένα και έγινε βαθμονόμηση και επαλήθευση των αποτελεσμάτων τους σε κάθε χρονικό βήμα. Από τα αποτελέσματα των ομοιωμάτων έγινε περιγραφή του κυματικού κλίματος, της υδροδυναμικής κυκλοφορίας και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του παλιρροιακού κύκλου σε όλο το Δίαυλο της Θάσου. Τα δεδομένα σκέδασης ακουστικού σήματος που κατεγράφησαν από τον σταθμό κατά την διάρκεια πόντισής του, καθώς και τα δεδομένα που αποκτήθηκαν μέσα από νέες δειγματοληψίες κατά το 2012, χρησιμοποιήθηκαν για την σύνταξη μαθηματικού ομοιώματος υπολογισμού της συγκέντρωσης των αιωρούμενων στερεών. Αφού υπολογίσθηκε με την βοήθεια του παραπάνω μαθηματικού ομοιώματος η συγκέντρωση των αιωρούμενων στερεών για όλη την περίοδο πόντισης και για όλο το βάθος της στήλης νερού, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της διακύμανσης της συγκέντρωσης του αιωρούμενου υλικού, σε σχέση με την διακύμανση όλων των άλλων φυσικών παραμέτρων. Το υδροδυναμικό ομοίωμα ELCOM εφαρμόστηκε για τη διερεύνηση του μηχανισμού κατανομής του λεπτόκοκκου κλάσματος του ιζήματος που συνδέεται με τη παροχή εκροής από τον π. Νέστο, καθώς και για τη διερεύνησης των αλλαγών που έχει επιφέρει η φραγματοποίηση του σε ότι αφορά την μείωση των διαθέσιμων φερτών υλών που τροφοδοτούν με ίζημα την παράκτια ζώνη και την αλλαγή της μορφής της υδροδυναμικής κυκλοφορίας σε όλο το Δίαυλο.Συντάχθηκε και εφαρμόσθηκε μαθηματικό ομοίωμα υπολογισμού του διαμήκους στην ακτογραμμή κυματογενούς ρεύματος και στην συνέχεια μαθηματικό ομοίωμα υπολογισμού φορτίου πυθμένα, βάσει των κυματικών και υδροδυναμικών δεδομένων για όλη την ακτογραμμή, από το οποίο καθαρίσθηκε και το εύρος της ζώνης ενεργού βάθους. Έγινε ψηφιοποίηση και επεξεργασία δορυφορικών εικόνων που κάλυπταν περίοδο 31 ετών (1975-2006) και απεικόνιση των μορφολογικών μεταβολών της παράκτιας περιοχής Κεραμωτής-εκβολών π. Νέστου.Τέλος εφαρμόσθηκαν τα μαθηματικά ομοιώματα παράκτιων μεταβολών LITLINE και LITPROF του λογισμικού MIKE ZERO. Έγινε επαλήθευση των αποτελεσμάτων τους βάσει των δεδομένων που προέκυψαν από την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων. Στη συνέχεια εφαρμόσθηκαν εκ νέου ώστε να διαπιστωθεί η καταλληλότητα των διαφόρων μεθόδων προστασίας από την παράκτια διάβρωση που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στην περιοχή μελέτης.