Μελέτη υδροδυναμικού πεδίου σε φυσικό ύφαλο κυματοθραύστη

Abstract

Τελευταία η σημασία των ύφαλων διαπερατών κατασκευών αυξάνεται σταθερά λόγω των περιβαλλοντικών πλεονεκτημάτων τους έναντι των έξαλλων κατασκευών. Μια βασική παράμετρος για να αξιολογηθεί κατά πόσο μπορεί να αποτελέσουν τοπικό οικότοπο είναι η ταχύτητα των ρευστών σωματιδίων του νερού γύρω από την κατασκευή. Στην παρούσα διπλωματική ερευνάται το υδροδυναμικό πεδίο γύρω από φυσικό ύφαλο κυματοθραύστη και πραγματοποιείται προσομοίωση αυτού με χρήση αριθμητικού μοντέλου. Ο φυσικός ύφαλος κυματοθραύστης βρίσκεται στην παραλία Χάρακα Αττικής που βρίσκεται πέντε χιλιόμετρα μακριά από το Σούνιο. Οι μετρήσεις που έγιναν με τη χρήση ενός οργάνου Flow Meter που διαθέτει το Εργαστήριο Λιμενικών Έργων του ΕΜΠ, πραγματοποιήθηκαν σε σημεία ανάντη, κατάντη αλλά και πάνω στο φυσικό εμπόδιο, ώστε να υπάρξει λεπτομερής καταγραφή των προφίλ ταχυτήτων. Το ύφαλο φυσικό εμπόδιο χαρακτηρίζεται από μέτωπα απότομης κλίσης τόσο στην προσήνεμη όσο και στην υπήνεμη πλευρά του. Το γεγονός αυτό καθιστά δύσκολη την προσομοίωσή του στο πρόγραμμα. Το αριθμητικό μοντέλο προσομοίωσης της κυματικής διαταραχής που χρησιμοποιήθηκε για την διερεύνηση της απόκρισης του ύφαλου εμποδίου στον επερχόμενο κυματισμό είναι το εμπορικό πρόγραμμα ΜΙΚΕ21 BW (1DH). Σε γενικές γραμμές παρατηρήθηκε ότι η προσομοίωση φυσικού ύφαλου κυματοθραύστη στο συγκεκριμένο πρόγραμμα είναι ένα πολυπαραμετρικό πρόβλημα. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων και των μετρήσεων χαρακτηρίζεται από μεγάλες αποκλίσεις, ειδικά στα σημεία πάνω στη στέψη όπου δεν προσομοιώνεται σωστά η θραύση του κυματισμού λόγω της ιδιόμορφης γεωμετρίας του κυματοθραύστη. Παρόλα αυτά το πρόγραμμα οδηγεί σε ορθές προβλέψεις των μέσων τιμών ταχυτήτων, ειδικά στα ανάντη και στα κατάντη σημεία του εμποδίου

Lately, the importance of permeable submerged structures is steadily increasing due to environmental merits over emerged breakwaters. A key parameter to assess the shelter they provide to the local habitats is the water particle velocity around the structure. The present dissertation focuses on the hydrodynamic field over a natural submerged sill and carries out a simulation through a numerical model. The natural submerged sill is located at the coastal area of Charakas which is five kilometers away from Sounio. The field measurements, which were performed by using a Flow Meter provided by the Harbor Works Laboratory of the NTUA, were implemented upstream and downstream of the submerged sill, in order to estimate the velocity profile of each point. The natural, submerged sill has an offshore vertical face and an inshore face of steep inclination. Due to its morphology, simulation was approximate in practical approaches. The oncoming wave was investigated by applying the MIKE 21 BW (1DH) commercial numerical simulation model. In conclusion, the simulation of the natural submerged breakwater with this particular program is a multivariate problem. The comparison of the results and the measurements led to large deviations, especially around the points above the sea level, where the wave fracture is not simulated properly, because of the peculiar geometry of the breakwater. However, the program gives us good estimates of the average speed values, especially in the upstream and downstream points of the obstacle.