Ευπάθεια στη διάβρωση Ελληνικών νησιωτικών παραλιών: παραδείγματα από την Λέσβο και Χίο

Abstract

Beaches are critical coastal environments, as they form a substantial fraction of the global coastline, are important habitats, have a high hedonic value and provide protection from coastal flooding to their backshore ecosystems, assets, and infrastructure. Tourism, an important economic activity, has been increasingly associated with vacationing at coastal locations and beach recreational activities according to the Sun–Sea–Sand (3S) model. Therefore, beach aesthetics and adequate carrying capacity and infrastructures are crucial for the tourism sector and the economy. At the same time, beaches face increasing erosion either as irreversible shoreline retreat due to mean sea level rise and/or negative coastal sedimentary budgets that force beach landward migration and/or drowning or short-term erosion caused by storm surges and waves, which may or may not result in permanent shoreline retreats but can, nevertheless, be devastating. Against this background, the aim of this thesis has been to develop and implement, on an island scale, a methodological framework for the evaluation of beach erosion. This framework incorporates two different steps: (a) ranking of island beaches in terms of their socio-economic significance, exposure and vulnerability to sea level rise in order to prioritize the adaptation response and (b) study of the hydro- and morpho-dynamics of the highest ranking beaches according to the previous assessment to gain a better insight into the erosion processes at local level; Lesvos and Chios islands in the North Aegean Sea, Greece were selected as case studies for the proposed framework due to their size, developing touristic activity and increasing beach erosion problems. Seven socio-economic and environmental indicators were selected for the ranking on an island scale: (1) the degree of touristic activities, based on the number of hotels and restaurants at, and in, the vicinity of the beach; (2) the number and frequency of the visitors at the beach (interviews from locals and optical information available online); (3) beach accessibility (road network); (4) beach development based on the presence of facilities and organized recreational/touristic activities; (5) the beach carrying capacity, directly associated with their area; (6 ) Blue Flag awards (in 2021); and (7) any special environmental protection regime. Based on these indicators, 15 beaches in Lesvos and Chios were selected using the multi-criteria method TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution). Subsequently, for the selected beaches, the above indicators 1, 2, 5 and 7 were considered with other indicators related to erosion exposure, such as the reduction of the maximum width of the 'dry' beach under the (conservative) Climate Change scenario RCP4.5, the type of sediment and the density of infrastructure/assets at the backshore, using the multi-criteria Analytical Hierarchy Process (AHP) approach with pairwise comparisons for the selected beaches. The analysis highlighted beaches of Eressos (Lesvos) and Komi (Chios) as the most vulnerable, thus they were selected for further study at a local level.At a local scale, the collection/analysis of repeated morphological, sedimentological, and hydrodynamic observations and simulations showed the following (it is noted that there was a difference in the geospatial 'density' of the data between the two study areas of Eressos and Komi, with the former having been studied for a much longer period).Eressos beach is a representative sand-barrier beach. A combined analysis of morphology, sedimentology and hydrodynamics and their dynamics showed that the beach loses material (mainly offshore) through specific sediment transport pathways under stormy weather from the southern sector that exceed energy thresholds.Field observations and simulations also showed hydrodynamic and morphodynamic complexity in the coastal system of Komi (Chios). Although the density of the collected data was not sufficient to give safe interpretations, it seems that, in addition to the hydrodynamic stress, anthropogenic structures (beachfront sea wall, port shelter and Katrari Dam) affect the morphology of the beach.In conclusion, the present study showed that the proposed framework is functional for classifying and prioritizing the vulnerability of island beaches (at island level), based on geo-spatial and socio-economic data that can be collected relatively easily. For its improvement, however, the collection/analysis of data on the production/use of other socio-economic and geo-spatial indicators will be required, as well as more comprehensive projections from morphodynamic models.

Οι παραλίες, δηλαδή οι χαμηλές ακτές που σχηματίζονται από χαλαρά, μη συνεκτικά μεσόκοκκα/αδρόκοκκα ιζήματα, αποτελούν εξαιρετικά σημαντικά παράκτια οικοσυστήματα και φυσικούς πόρους, αφού αποτελούν το 31 % της παγκόσμιας ακτογραμμής, είναι σημαντικοί οικότοποι και προστατεύουν από τις θαλάσσιες πλημμύρες άλλα παράκτια οικοσυστήματα, πληθυσμούς, υποδομές και περιουσιακά στοιχεία στις οπισθοπαραλίες. Ταυτόχρονα, οι παραλιακές ψυχαγωγικές/τουριστικές 3S δραστηριότητες αποτελούν σημαντικότατες συνιστώσες της οικονομίας, ιδαιτερα για τις νησιωτικές περιοχές. Την ίδια στιγμή, οι παραλίες βρίσκονται στην ‘πρώτη γραμμή’ της μάχης με την Κλιματική Μεταβλητότητα και Αλλαγή (ΚΜ & Α), με > 40 % των παραλιών σε παγκόσμια κλίμακα να βρίσκεται ήδη σε διάβρωση, η οποία αναμένεται να επιδεινωθεί μελλοντικά. Συνεπώς, θα χρειασθεί τεράστια προσπάθεια, μεγάλες (και σε πολλές περιπτώσεις απαγορευτικές) επενδύσεις σε ανθρώπινους και οικονομικούς πόρους, και δομημένες και αντικειμενικές προσεγγίσεις ώστε να αξιολογηθεί η ευπάθεια των παραλιών στη διάβρωση και να ιεραρχηθούν/σχεδιασθούν τα κατάλληλα προσαρμοστικά μέτρα. Ο κύριος σκοπός της διατριβής είναι, λοιπόν, να προτείνει και να εφαρμόσει μια δομημένη προσέγγιση για την αξιολόγηση της παραλιακής διάβρωσης κάτω από την ΚΜ & Α και, συγκεκριμένα, την άνοδο της θαλάσσιας στάθμης σε νησιωτικές περιοχές. Η προσέγγιση αφορά 2 διαφορετικές χωρικές κλίμακες: (α) νησιωτική (περιφερειακή) και (β) τοπική. Σε νησιωτική κλίμακα γίνεται αξιολόγηση/ιεράρχηση της ευπάθειας των παραλιών με βάση (i) την κοινωνικο-οικονομική (τουριστική) σημαντικότητα τους όπως προκύπτει από την καταγραφή των φυσικών και ανθρωπογενών γεω-χωρικών χαρακτηριστικών τους και τη χρήση επιλεγμένων δεικτών βαρύτητας, και (ii) την εκτίμηση της προβλεπόμενης παραλιακής διάβρωσης λόγω της (σχετικής) ανόδου της θαλάσσιας στάθμης μέσω state-of-the-art προγνώσεων θαλάσσιας στάθμης και συστοιχίας μορφοδυναμικών μοντέλων. Η ιεράρχηση της ευπάθειας και, συνεπώς, του σχεδιασμού των προσαρμοστικών μέτρων, γίνεται με γνώμονα τους περιορισμένους οικονομικούς και ανθρώπινους πόρους. Σε τοπική κλίμακα, οι πλέον ευπαθείς (εκτεθειμένες) παραλίες, όπως προκύπτουν από την ανάλυση σε νησιωτική κλίμακα, μελετούνται με διαφορετικές ερευνητικές προσεγγίσεις, όπως, επαναλαμβανόμενες μορφολογικές, ιζηματολογικές και υδροδυναμικές παρατηρήσεις και προσομοιώσεις για να αποκρυπτογραφηθούν οι μηχανισμοί, η μορφολογική μεταβλητότητα και οι οδοί μεταφοράς ιζημάτων στο σύστημα. Η προσέγγιση σε νησιωτική κλίμακα εφαρμόσθηκε στις νήσους του Ανατολικού Αιγαίου Λέσβο και Χίο, ενώ σε τοπική κλίμακα στις παραλίες Ερεσό και Κώμη, αντίστοιχα, όπως προέκυψε από την ανάλυση ιεράρχησης.Για την ιεράρχηση σε νησιωτική κλίμακα επιλέχθηκαν 7 κοινωνικο-οικονομικοί και περιβαλλοντικοί δείκτες: (1) η τουριστική δραστηριοτητα, βάσει του αριθμού των ξενοδοχείων/εστιατορίων στην παραλία και ευρύτερη περιοχή, (2) η επισκεψιμότητα, σύμφωνα με επιτόπου συνεντεύξεις και οπτική πληροφορία από το διαδίκτυο, (3) η προσβασιμότητα (οδικού δίκτυο), (4) η παραλιακή ανάπτυξη, βάσει της ύπαρξης εγκαταστάσεων εξυπηρέτησης χρηστών και οργανωμένων δραστηριοτήτων τουρισμού / αναψυχής, (5) η φέρουσα ικανότητα χρήσης της παραλίας, που είναι άμεσα συνδεδεμένη με την έκταση της, (6) ο χαρακτηρισμός 'Γαλάζια Σημαία' (για το 2021), και (7) το τυχόν ειδικό καθεστώς περιβαλλοντικής προστασίας. Στη βάση των δεικτών αυτών επιλέχθηκαν 15 παραλίες στη Λέσβο και Χίο χρησιμοποιώντας την πολυκριτηριακή μέθοδο TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution). Ακολούθως, για τις επιλεγμένες παραλίες έγινε συνεκτίμηση των ανωτέρω δεικτών 1, 2, 5 και 7 με δείκτες που αφορoύν την έκθεση στη διάβρωση, όπως η μείωση του μέγιστου πλάτους της ‘ξηρής’ παραλίας κάτω από το (συντηρητικό) σενάριο Κλιματικής Αλλαγής RCP4.5, του τύπου του ιζήματος και της πυκνότητας των υποδομών/περιουσιακών στοιχείων στην οπισθοπαραλία, χρησιμοποιώντας την πολυκριτηριακή προσέγγιση Αναλυτική Ιεραρχική Διαδικασία (AHP), με ανά ζεύγη συγκρίσεις για τις επιλεγμένες παραλίες. Η ανάλυση ανέδειξε τις παραλίες Ερεσού (Λέσβου) και Κώμης (Χίου) ως τις πλέον ευπαθείς και, έτσι, επιλέχθηκαν για την περαιτέρω μελέτη σε τοπική κλίμακα. Σημειώνεται, ότι αν και η μεθοδολογία ιεράρχησης που ακολουθήθηκε μπορεί να δώσει πολύ χρήσιμη (και ‘αντικειμενική’) πληροφορία για την παράκτια διαχείρηση, μπορεί πάντα να βελτιωθεί αν δοκιμασθεί η προσθήκη και άλλων δεικτών σχετικών με π.χ. τη διαθεσιμότητα γλυκού νερού/ενέργειας, των μελλοντικών βιοκλιματικών συνθηκών και την οικολογική, αισθητική και υγειονομική κατάσταση. Η ανάλυση αυτή προτείνεται να αποτελέσει αντικείμενο μελλοντικής έρευνας. Σε τοπική κλίμακα, η συλλογή/ανάλυση επαναλαμβανόμενων μορφολογικών ιζηματολογικών και υδροδυναμικών παρατηρήσεων και προσομοιώσεων, έδειξαν τα ακόλουθα (σημειώνεται, ότι υπήρξε διαφοροποίση στην χωρο-χρονική ‘πυκνότητα΄ των δεδομένων μεταξύ της παραλιών Ερεσού και Κώμης, με την πρώτη να έχει μελετηθεί για πολύ μακρύτερη χρονική περίοδο). H παραλία Ερεσού είναι μια αντιπροσωπευτική νησιωτική φραγμογενής παραλία (sand-barrier beach). Συνδυαστική ανάλυση της μορφολογίας, ιζηματολογίας και υδροδυναμικής και της δυναμικής τους έδειξε ότι η παραλία χάνει υλικό (κυρίως προς τα ανοικτά) διαμέσου συγκεκριμένων ατραπών μεταφοράς ιζήματος, κάτω από θύελλες από το νότιο τομέα που υπερβαίνουν ενεργητικά κατώφλια. Διαπιστώθηκε ετήσια μεταβλητότητα στους ανέμους που επιδρούν στην παραλία. Έντονες μορφοδυναμικές μεταβολές παρατηρήθηκαν μετά από συμβάντα θυελλών, όπως σημαντική μετατόπιση των ιζηματογενών υφάλων αναβαθμών προς τα ανοικά και παρουσία γεωμορφών (π.χ. κάθετες στην ακτή αμμώδεις ραβδώσεις, αμμορυτίδες και αμμοκυμάτια) σε βάθη μεγαλύτερα από το υπολογισθέν βάθος κλεiσιματος - closure depth των 5-7 m. Υδροδυναμικό πείραμα κατά την διάρκεια ενός έντονου φαινομένου έδειξε την παρουσία κυματογενών ρευμάτων (0.1 m από τον πυθμένα) προς τα ανοικτά με μέσες ταχύτητες μεταξύ 0.1 και 0.34 m/s στη διάρκεια της θύελλας, παρατηρήσεις που υποστηρίζονται και από μορφοδυναμικές προσομοιώσεις. Γενικά, οι παρατηρήσεις της παράκτιας μορφολογίας και ιζηματολογίας, και υδροδυναμικής (καθώς και οι περιορισμένες προσομοιώσεις) έδειξαν την ύπαρξη σημαντικών βενθικών ροών που θεωρείται ότι εμφανίζονται κατά τη διάρκεια ακραίων φαινομένων (ίσως και αμέσως μετά από τη θύελλα) κυρίως στο δυτικό τμήμα του κόλπου Ερεσού. Οι διεργασίες αυτές, μαζί με με τον περιορισμό της τροφοδοσίας από τη λεκάνη απορροής της Ερεσού λόγω του φράγματος Χαλάντρα καθώς και οι ανθρωπογενείς κατασκευές (θαλάσσιος τοίχος), θεωρούνται ως κύρια αίτια της διάβρωσης της παραλίας Ερεσού. Τελος, περιορισμένες προσομοιώσεις για τη διάβρωση της παραλίας κάτω από δύο συντηρητικές ανόδους της μέσης θαλάσσιας στάθμης (0.15 και 0.5 m) έδειξαν υποχώρηση της ακτογραμμής κατά 12 και 19 m, αντίστοιχα. Παρατηρήσεις πεδίου και προσομοιώσεις έδειξαν, επίσης, υδροδυναμική και μορφοδυναμική πολυπλοκότητα στο παραλιακό σύστημα της Κώμης (Χίος). Αν και η επαναληψιμότητα των συλλεχθέντων δεδομένων δεν ήταν επαρκής για να δώσει ασφαλείς ερμηνείες, φαίνεται ότι εκτός από την υδροδυναμική φόρτιση και οι ανθρωπογενείς κατασκευές (θαλάσσιος τοίχος, λιμενικό καταφύγιο και το Φράγμα Κατράρη) επηρεάζουν τη μορφολογία της παραλίας. Όσον αφορά τη μελλοντική διάβρωση, οι προβλεψεις των μορφοδυναμικών μοντέλων δείχνουν σημαντική επιδείνωση του προβλήματος ακόμα και κάτω από το συντηρητικό σενάριο RCP4.5. Προβλέπεται παραλιακή οπισθοχώρηση 9 και 19 m για τα έτη 2050 και 2100 αντίστοιχα, κάνοντας επιτακτική την ανάγκη διαχείρισης του προβλήματος μέσω λήψης μέτρων προσαρμογής και συγκεκριμένα μέσω ιζηματικής αναπλήρωσης. Συμπερασματικά, η παρούσα έρευνα έδειξε ότι το προτεινόμενο πλαίσιο είναι λειτουργικό για την ταξινόμηση και ιεράρχηση της ευπάθειας των νησιωτικών παραλιών (σε επίπεδο νήσου), στη βάση γεω-χωρικών και κοινωνικο-οικονομικών στοιχείων που μπορούν να συλλεγούν σχετικά εύκολα. Για τη βελτίωση του όμως θα απαιτηθεί και συλλογή/ανάλυση στοιχείων για την παραγωγή/χρήση και άλλων κοινωνικο-οικονομικών και γεω-χωρικών δεικτών, καθώς και πιο ολοκληρωμένες προβλέψεις από μορφοδυναμικά μοντέλα.