Διερεύνηση συνθηκών στερεομεταφοράς και κυματικής διαταραχής στο εσωτερικό διατάξεων μαρινών

Abstract

Θέμα της διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση του σχεδιασμού μιας μαρίνας σε σχέση με την κυματική διαταραχή και τη στερεομεταφορά στο εσωτερικό της λιμενολεκάνης της. Το κυματικό καθεστώς στο εσωτερικό μικρών λιμένων και μαρινών είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την ομαλή και ασφαλή λειτουργία τους και είναι ένα θέμα που χρήζει ιδιαίτερης προσοχής κατά τον σχεδιασμό τους. Ταυτόχρονα, η προωθούμενη ενέργεια στο εσωτερικό λιμενολεκανών επηρεάζει σημαντικά τις διαδικασίες στερεομεταφοράς στο εσωτερικό της. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι σε πρώτο στάδιο να διερευνηθούν οι κυματικές συνθήκες στο εσωτερικό διαφορετικών διατάξεων μαρινών και να εξεταστεί αν είναι ασφαλείς και λειτουργικές με βάση διεθνείς κανονισμούς. Σε δεύτερο στάδιο, και με βάση τα συμπεράσματα του πρώτου σταδίου και στοιχεία που αφορούν τη στερεομεταφορά κοντά στην είσοδο της κάθε διάταξης, θα διερευνηθεί αν υπάρχει ευκολία εγκλωβισμού και μετακίνηση ιζημάτων στο εσωτερικό των εξεταζόμενων διατάξεων. Για την εκπόνηση της εργασίας χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό πακέτο Mike DHI 2011 και συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε το MIKE21 ΒW. Γενικά, συμπεραίνεται κατ’ αρχάς ότι η διάταξη, ο προσανατολισμός και η προστασία της εισόδου σε σχέση με τους επικρατούντες κυματισμούς παίζουν καθοριστικό ρόλο στην διαμόρφωση ήπιου και ασφαλούς κυματικού κλίματος στο εσωτερικό και στην είσοδο λιμενολεκανών μικρών σκαφών. Διατάξεις με την είσοδο με προσανατολισμό προς τα «ανοιχτά» όπως επίσης και διατάξεις με μη προστατευμένη είσοδο παρουσιάζουν, όπως αναμενόταν, έντονη κυματική διαταραχή στο εσωτερικό τους και μη ασφαλείς συνθήκες για τον ελλιμενισμό μικρών σκαφών. Εν αντιθέσει, λιμενολεκάνες με είσοδο προστατευμένη που τοποθετείται στο υπήνεμο τμήμα τους είναι σαφώς πιο προστατευμένες και παρουσιάζουν καλύτερες συνθήκες. Σε ότι αφορά την κίνηση των ιζημάτων, σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η τοπική ταχύτητα των υδάτων κοντά στη είσοδο της μαρίνας, καθώς σε μεγάλες ταχύτητες το ίζημα κινείται και καθιζάνει σε μικρότερο βαθμό. Συνεπώς, πολύ μεγάλες ταχύτητες στην είσοδο του έργου μπορεί να διατηρήσουν τα ιζήματα σε κίνηση και να δράσουν αποτρεπτικά σε σχέση με την καθίζηση αυτών. Διατάξεις με μεγάλη διαφορά πεδίου ταχυτήτων στην είσοδο και στο εσωτερικό της λιμενολεκάνης, έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να εισέλθουν ιζήματα στο εσωτερικό τους και να εγκλωβιστούν εκεί. Από την άλλη πλευρά, σε λιμενολεκάνες που επικρατούν στην είσοδο και στο εσωτερικό τους έντονοι κυματισμοί, δύναται να δημιουργηθούν συνθήκες μετακίνησης των ιζημάτων που θα αποτεθούν εντός της λιμενολεκάνης και για το λόγο αυτό διερευνήθηκαν στο δεύτερο στάδιο. Λαμβάνοντας υπόψη το συνδυασμό κριτηρίων κυματικής διαταραχής, στερεοματαφοράς και εγκλωβισμού ιζημάτων στη λιμενολεκάνη, αξίζει να σημειωθεί ότι σε γενικές γραμμές, μικρές μαρίνες, προτείνεται να σχεδιάζονται την είσοδός τους στην υπήνεμη πλευρά, προστατευμένη από τους προσπίπτοντες κυματισμούς και το έργο να σχεδιάζεται με καμπύλα στοιχεία ώστε να παρατηρείται μείωση στην ένταση των στροβίλων που δημιουργούνται στις ασυνέχειες της διαδρομής των προσπιπτόντων ρευμάτων και στη συνεπαγόμενη ένταση της στερεομεταφοράς εξωτερικά της μαρίνας.

The subject of this study is to investigate how the geometry and the location of the entrance of a small harbor (marina), can affect the wave climate and sediment transport rates inside the harbor and the entrance. The wave climate inside the basin is a very important factor that should taken into serious consideration in the design of marinas for small craft. Additionally, the sediment transport inside the harbor is affected by the height of the wave and the wave energy, which impinge on the marina. The first aim of the study is to examine the impact of the marina geometry and the entrance location to the wave climate inside the given basins. The second aim though, is to examine the possibility of sedimentations movement inside the basin . In the present study, the computational model Mike21BW by DHI was used to calculate the wave heights and velocities. The study shows also that the entrance of the marina should be designed as far as possible protected. It is proposed that the entrance should be constructed on the lee side of the structure, in order to avoid a strong wave climate inside the basin. Μoreover, marinas layouts with entrances looking directly to the open sea, are more vulnerable to the waves, impinging inside the basin and effecting the docking conditions of the small crafts along the quays. Even when, the entrance is located leeward should be properly protected from the prevailing waves. Marinas, such as layout 5, that have a windward breakwaters that does not protect the entrance adequately, are not a safe haven for the berthing and protection of vessels. Marinas located on the coast often have sediment deposited near the entrance from alongshore sediment transport. Sediment accumulation within the basin happens when outside the entrance occur high wave velocities, while inside the basin the velocity field is low. Although, it is possible that the wave conditions inside basins with exposed entrances, may cause velocities near the bed that could actuate the sediments on the seabed. Taking into account the above, it should be noted that as far as the wave climate inside the basin and the sediments are concerned, small marinas, proposed to be designed with entrances located on the lee side of the harbor, in order to achieve significantly low wave height inside the basin and low sedimentation rate both outside and near the entrance of the marina.