Υδροδυναμικά μεγέθη στο εσωτερικό ύφαλου ομογενούς κυματοθραύστη

Abstract

Οι κυματοθραύστες αποτελούν σημαντικό παράγοντα για την διατήρηση και ανάδειξη των παράκτιων περιοχών, εξαιτίας της μεγάλης συγκέντρωσης πληθυσμό σε αυτές. Όσον αφορά τους ύφαλους κυματοθραύστες, παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους ύφαλους, όπως η οικονομικότερη κατασκευή και συντήρηση, η πιο ήπια παρέμβαση στο αισθητικό περιβάλλον και η διατήρηση θαλάσσιας ζωής στο εσωτερικό τους. Η θαλάσσια χλωρίδα και πανίδα έλκεται από τους φυσικούς ογκολίθους για τροφή και προστασία. Είναι σημαντικό λοιπόν να μελετηθεί εάν υπάρχει επαρκής ανανέωση νερού και άρα οξυγόνου στο εσωτερικό μιας τέτοιας κατασκευής ώστε να μπορέσει να φιλοξενήσει ζώα και φυτά της θάλασσας. Η επιλογή της τυπικής διατομής του κυματοθραύστη που θα μελετηθεί για το σκοπό αυτό επιλέχθηκε ώστε να ανταποκρίνεται σε πληθώρα περιπτώσεων. Έτσι, παραλήφθηκε ο πυρήνας και άλλα υποστρώματα και έτσι η κατασκευή προέκυψε ομογενής, πράγμα που διευκολύνει και την ανανέωση των υδάτων και άρα το σκοπό αυτής της μελέτης. Η ευστάθεια του κυματοθραύστη μελετήθηκε με βάση το τυπικό κύμα σχεδιασμού για τα δεδομένα της Μεσογείου και έτσι προέκυψε το μέγεθος των ογκολίθων που αποτελούν την κατασκευή. Το εύρος των τιμών που επιλέχθηκε για τα πειράματα είναι 0,40-1,40μ ύψη κύματος, δηλαδή για μικρά σχετικά κύματα που εμφανίζονται κυρίως κατά την καλοκαιρινή περίοδο και απέχουν κατά πολύ από το κύμα σχεδιασμού. Αυτό συνέβη για να μελετηθεί η ανανέωση των υδάτων για τη δυσμενέστερη περίπτωση, δηλαδή για την περίπτωση κυμάτων μικρού ύψους. Μελετήθηκαν σενάρια για διάφορους συνδυασμούς υψών και περιόδων κύματος, ενώ τα σενάρια αυτά επαναλήφθηκαν για διαφορετικούς συντελεστές βύθισης ώστε να κατανοηθεί και η επιρροή αυτής της παραμέτρου στην έρευνα αυτή. Σε πειραματικό μοντέλο υπό κλίμακα τοποθετήθηκαν ταχύμετρα και πιεσόμετρα για να προσδιοριστεί η ανανέωση των υδάτων στο εσωτερικό του ύφαλου ομογενούς κυματοθραύστη. Τοποθετήθηκαν στο μισό του ύψους της κατασκευής Η/2 ενώ κατά μήκος αφού χωρίσαμε την κατασκευή σε τρία μέρη, ανάντη πρανές, στέψη και κατάντη πρανές, τοποθετήσαμε ένα ταχύμετρο σε κάθε μέρος. Τα σενάρια για διαφορετικά ύψη και περίοδοι κύματος καθώς και για συντελεστές βύθισης τροποποιήθηκαν σε κλίμακα ώστε να προσομοιάζουν τις καταστάσεις σε φυσική κλίμακα. Κατά την ανάλυση των πειραματικών δεδομένων μελετήθηκε η επιρροή του ύψους κύματος και της διαμέτρου των ογκολίθων στις ταχύτητες στο εσωτερικό του κυματοθραύστη για διαφορετικούς συντελεστές βύθισης. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η επιρροή της περιόδου των κυματισμών στις ταχύτητες για διαφορετικούς συντελεστές βύθισης. Επίσης, με βάση τα πειράματα μελετήθηκε η σχέση μεταξύ των ταχυτήτων ανάντη και εντός του κυματοθραύστη ενώ προέκυψε ότι οι διαφορικές πιέσεις συνδέονται με τις ταχύτητες μέσω της εξίσωσης Bernoulli για δεδομένη διαπερατότητα του υλικού που χρησιμοποιήθηκε. Καθώς αναλύθηκε η επιρροή των διαφορικών πιέσεων για διαφορετικά ύψη και περιόδους κύματος και για διαφορετικούς συντελεστές βύθισης, προέκυψε ότι ο μηχανισμός των διαφορικών πιέσεων είναι διαφορετικός για το πρώτο και το δεύτερο μισό του κυματοθραύστη. Τα βασικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από την μελέτη αυτή παρουσιάζονται παρακάτω. Φαίνεται καθαρά ότι οι μικρότερες ταχύτητες στο εσωτερικό του κυματοθραύστη εμφανίζονται στο μέσο του, ενώ οι ταχύτητες γενικά μειώνονται για αύξηση του συντελεστή βύθισης. Οι ταχύτητες ανάντη του κυματοθραύστη είναι πάντοτε μεγαλύτερες σε σχέση με αυτές στο εσωτερικό της κατασκευής, λόγω της διαφοράς διαπερατότητας των δυο μέσο αλλά και λόγω της ροής νερού επάνω από τον κυματοθραύστη για συντελεστές βύθισης μεγαλύτερες του μηδενός. Ο λόγος των διαφορικών πιέσεων μεταξύ του δεύτερου και του πρώτου μισού της κατασκευής είναι ανεξάρτητες από το ύψος και την περίοδο του κύματος ενώ ο λόγος αυτός μειώνεται για μεγαλύτερους συντελεστές βύθισης. Σε κάθε περίπτωση οι διαφορικές πιέσεις στο πρώτο μισό του κυματοθραύστη είναι μεγαλύτερες σε σχέση με αυτές στο δεύτερο μισό της κατασκευής. Οι κυριότερες προτάσεις για περεταίρω μελέτη παρουσιάζονται παρακάτω. Περεταίρω διερεύνηση των παραμέτρων που λήφθηκαν υπόψη σε αυτήν την μελέτη. Για παράδειγμα, μεγαλύτερο εύρος τιμών για ύψη και περιόδους κύματος καθώς και για συντελεστές βύθισης. Επιπλέον μπορούν να εισαχθούν παραπάνω παράμετροι που αφορούν το αντικείμενο αυτό και παραλήφθηκαν χάριν απλοποίηση όπως το μήκος της στέψης, η κλίση των πρανών και η επιρροή του ανέμου.

The main objective of this study is to give estimation about the pore velocity of a homogenous rubble-mound submerged breakwater as well as the flow of water inside it for different water levels. This research has been performed by means of a physical model. Five variables are considered in this study: • wave period • wave height • submergence factor • pore velocity • pressure differences Also, some consideration was given on the environmental impact of a homogenous rubble-mound breakwater. It would be interesting to investigate whether with given conditions marine life could inhabit in the breakwater. In the analysis of the data collected from the measurements, the impact of the varying parameters is investigated leading to useful conclusions and better understanding of the entire process. Finally, suggestions of further research on this topic are discussed.