Διερεύνηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στην υδροδυναμική κυκλοφορία και στους χρόνους ανανέωσης στην λιμενολεκάνη του Πειραιά

Μερκούρης, Κωνσταντίνος; Merkouris, Konstantinos

dc.contributor.author	Μερκούρης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Merkouris, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2024-01-29T11:45:19Z
dc.date.available	2024-01-29T11:45:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58725
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26421
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κλιματική αλλαγή	el
dc.subject	Ανανέωση υδάτων	el
dc.subject	Επίδραση παλίρροιας	el
dc.subject	Λιμάνι Πειραιά	el
dc.subject	Υδροδυναμική κυκλοφορία	el
dc.subject	Port of Piraeus	en
dc.subject	Climate change	en
dc.subject	Water renewal	en
dc.subject	Tidal effect	en
dc.subject	Hydrodynamic circulation	en
dc.title	Διερεύνηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στην υδροδυναμική κυκλοφορία και στους χρόνους ανανέωσης στην λιμενολεκάνη του Πειραιά	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θαλάσσια υδραυλική και λιμενικά έργα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-13
heal.abstract	Ο λιμένας του Πειραιά αποτελεί ένα εκ των πιο σημαντικών λιμένων στον κόσμο. Είναι το μεγαλύτερο στην Ελλάδα και γενικότερα στη Μεσόγειο εξυπηρετώντας όχι μόνο επιβατικά αλλά και εμπορικά δρομολόγια. Ωστόσο ένα λιμάνι με υψηλή επιβατική κίνηση και συχνές αφίξεις σκαφών όπως αυτό του Πειραιά οφείλει να τηρεί εκτός των άλλων, ορισμένες προδιαγραφές ποιότητας υδάτων. Η διαδικασία ανανέωσης των υδάτων επιτυγχάνεται κυρίως με φυσικούς μηχανισμούς μεταξύ των οποίων η δράση των ανέμων και η μεταβολή της στάθμης της θάλασσας. Η ανανέωση των υδάτων του λιμένα του Πειραιά χάρη στους δύο αυτούς παράγοντες αποτελεί το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Πιο συγκεκριμένα η έρευνα εστιάζει στην επίδραση που θα επιφέρει η κλιματική αλλαγή στο φαινόμενο της ανανέωσης των υδάτων, παράμετρος που δεν έχει διερευνηθεί έως σήμερα. Σε αυτό το πλαίσιο, αντλήθηκαν δεδομένα ανεμολογικά (συχνότητες εμφάνισης ανέμων) για δύο σενάρια παγκόσμιας εξέλιξης συγκεντρώσεων αερίων του θερμοκηπίου (Representative Concentration Pathway, στο εξής RCP) σύμφωνα με το Intergovernmental Panel on Climate Change, το μετριοπαθές (RCP) 4.5 και το απαισιόδοξο RCP 8.5 όπως και για την ιστορική περίοδο 1970 -2005. Σκοπός είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των δύο σεναρίων και της ιστορικής περιόδου για να προκύψει ένα συμπέρασμα σχετικά με μία πιθανή βελτίωση ή επιδείνωση του φαινομένου της ανανέωσης των υδάτων του Πειραιά. Η επίδραση της παλίρροιας εξετάζεται μεμονωμένα, ανεξάρτητα των κλιματικών σεναρίων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία επικεντρώνεται στη δημιουργία της περιοχής μελέτης και στους υπολογισμούς των χρόνων ανανέωσης με την χρήση ενός αριθμητικού μοντέλου προσομοίωσης. Επιλέχθηκε το λογισμικό της Scientia Maris, και ειδικότερα το Maris BTG (Scientia Maris, 2022) για την κατασκευή του βαθυμετρικού καννάβου και το Maris HYD (Scientia Maris, 2022) για την προσομοίωση της υδροδυναμικής κυκλοφορίας, δηλαδή την ταχύτητα C (m/s) και τη διεύθυνση των ρευμάτων D (° σε σχέση με το Βορρά), που αναπτύσσονται εντός της λιμενολεκάνης. Με βάση αυτές υπολογίζονται οι παροχές εξόδου Qout (m3/s) και στη συνέχεια οι χρόνοι ανανέωσης των υδάτων T (days). Επειδή η γεωμετρία του λιμένα του Πειραιά είναι πολύπλοκη και παρατηρείται πληθώρα λιμενολεκανών, θεωρήθηκε σκόπιμο να εξεταστούν, πέραν της συνολικής, και κάποιες από αυτές που ενδεχομένως να παρουσιάζουν τοπικά πρόβλημα με την ανανέωση των υδάτων τους. Συγκεκριμένα το μοντέλο προσομοίωσης δίνει τη δυνατότητα να οριστούν διατομές πάνω στην περιοχή μελέτης για να μελετηθούν ξεχωριστά. Έτσι εκτός της βασικής διατομής που είναι η είσοδος του λιμένα (Line 1) ορίστηκαν: α) μία οριζόντια διατομή ως η είσοδος του λιμένα των Αλών (Line 2), β) μία κάθετη διατομή ως νοητή είσοδος στον κεντρικό λιμένα (Line 4) και τέλος γ) άλλη μία οριζόντια διατομή ως είσοδος της μικρής λιμενολεκάνης που βρίσκεται δυτικά της ακτής Μιαούλη. Οι άνεμοι χωρίστηκαν σε διευθύνσεις πνοής ανά 30° και λήφθηκαν υπόψιν μόνο οι εντάσεις μεγαλύτερες των 4 Bf. Για τις μικρότερες εντάσεις παρατηρήθηκε ότι οι ταχύτητες που αναπτύσσονται είναι εξαιρετικά μικρές έως και μηδενικές, και συνεπώς δεν συμμετέχουν στην ανανέωση των υδάτων και γι’ αυτό αγνοήθηκαν. Τα αποτελέσματα δείχνουν σχετικά υψηλούς χρόνους ανανέωσης για τον λιμένα αν συνυπολογίσει κανείς ότι οι συχνότητες των μικρότερων Bf δε λήφθηκαν υπόψιν. Για κάθε περιοχή μελέτης παρατηρήθηκαν δύο με τρεις δυσμενείς διευθύνσεις ανέμων με σχεδόν διπλάσιους χρόνους. Για τη διατομή 1, δηλαδή, συνολικά τον λιμένα, αυτοί ήταν οι άνεμοι των 0°, 30° και 210°. Όσον αφορά τους χρόνους ο σταθμισμένος μέσος όρος υπολογίστηκε στις 15,6 ημέρες περίπου για τα 7 Bf και στις 48,5 ημέρες για τα 4 Bf. Σχετικά με την παλίρροια, προέκυψε ότι η επιρροή της στο φαινόμενο της ανανέωσης των υδάτων είναι πολύ μικρή και βοηθάει μόνο στο δυτικό τμήμα του λιμένα. Τέλος σχετικά με την κλιματική αλλαγή, το βασικό συμπέρασμα που προκύπτει από τη σύγκριση των Διπλωματική Εργασία Κ. Μερκούρης vii κλιματικών σεναρίων είναι ότι η κλιματική αλλαγή όσον αφορά τις ανεμολογικές συνθήκες δεν πρόκειται να έχει σημαντική αλλαγή στην ανανέωση των υδάτων καθώς, υπολογίστηκαν σχεδόν οι ίδιοι χρόνοι με αυτούς από τα ιστορικά δεδομένα με πολύ μικρές αυξομειώσεις.	el
heal.abstract	STUDY AREA The port of Piraeus is one of the most important ports in the world. It is the largest in Greece and in the Mediterranean Sea serving not only passengers but also commercial routes. However, a port with high passenger traffic and frequent ship calls like that of Piraeus must meet some water quality standards. The process of water renewal is achieved mainly by natural mechanisms, among which are the action of the winds and the change in the sea level due to tides. THESIS SUBJECT The renewal of the waters of the port of Piraeus thanks to these two factors is the subject of this thesis. More specifically, the research focuses on the effect that climate change will have on the phenomenon of water renewal, a parameter that has not been included in the international literature. Wind data (wind frequencies) were extracted for two scenarios, the moderate RCP4.5 and the pessimistic RCP8.5 as well as for the history hindcast (1970 -2005). The main goal is to compare the results between the two scenarios and the history hindcast to reach a conclusion about a possible improvement or deterioration of the renewal of the waters of the port of Piraeus in the coming decades. The tidal effect is considered individually, independent of climate scenarios. PROPOSED METHODOLOGY The proposed methodology focuses on the creation of the study area and the calculations of renewal times using a numerical simulation model. Scientia Maris software suite was chosen for that purpose. In particular, the numerical tool, Maris BTG (Scientia Maris, 2022) was implemented to construct the bathymetric grid while Maris HYD (Scientia Maris, 2022) was implemented to simulate the hydrodynamic circulation in the basin and to provide the current speed C (m/s) and direction D (°, in relation to the true North). Subsequently, the outflow discharge Qout (m3/s) and then the water renewal times T (days) were calculated. Due to the complex geometry of the port, it was considered appropriate to further examine some port sub-basins in addition to the entire basin. The simulation model allows for cross-sections to be defined over the study area to calculate the desired magnitudes. Hence, apart from the main cross-section which represents the port entrance (Line 1), a horizontal cross-section was determined as the port entrance of the port of Alon (Line 2), a vertical cross-section as the imaginary entrance to the central port (Line 4) and finally another horizontal cross-section as the entrance to the small port basin located west of the Miaoulis coast. Winds were broken down in 30° bins and wind intensity of equal or greater than 4 Bf was considered. For lower intensities, it was found that zero or extremely current speeds are developed in the port basin and therefore they were ignored. RESULTS AND CONCLUSIONS The results show relatively high renewal times for the port. For each study area, two to three wind directions were observed with extremely high renewal times. For instance, for cross-section 1, i.e., the overall port basin the wind directions of 0°, 30°, and 210° produce low circulation and hence high renewal times. In terms of times, the weighted average was calculated indicatively at approximately 15.6 days for 7 Bf and 48.5 days for 4 Bf. Regarding the tide, it was found that its influence on the phenomenon of water renewal remains low, participating only in the western part of the port basin. Finally, regarding climate change, the main conclusion we reached from the comparison of the results for the climate scenarios is that climate change will not have an impact on water renewal, given that almost the same renewal times were observed with those of historical data, with insignificant variations.	en
heal.advisorName	Χονδρός, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Λιμενικών Έργων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false