Διερεύνηση της προστασίας των ακτών από διάβρωση με λιβάδια Ποσειδωνίας (Posidonia Oceanica) μέσω μαθηματικής προσομοίωσης: Εφαρμογή στην ακτή Πηγαδάκια, Χαλκούτσι Ωρωπού

Κάνζας, Νικόλαος; Kanzas, Nikolaos

dc.contributor.author	Κάνζας, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Kanzas, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2024-11-07T13:09:50Z
dc.date.available	2024-11-07T13:09:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60390
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28086
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Λιβάδια Ποσειδωνίας	el
dc.subject	Παράκτια διάβρωση	el
dc.subject	Μαθηματικό μοντέλο PMS	el
dc.subject	Μαθηματικό μοντέλο HYD	el
dc.subject	Μαθηματικό μοντέλο SDT	el
dc.subject	Posidonia Oceanica	en
dc.subject	Coastal Erosion	en
dc.subject	Mathematical Model PMS	en
dc.subject	Mathematical Model HYD	en
dc.subject	Mathematical Model SDT	en
dc.title	Διερεύνηση της προστασίας των ακτών από διάβρωση με λιβάδια Ποσειδωνίας (Posidonia Oceanica) μέσω μαθηματικής προσομοίωσης: Εφαρμογή στην ακτή Πηγαδάκια, Χαλκούτσι Ωρωπού	el
dc.title	Investigation of the protection of coasts from erosion with Posidonia Oceanica through mathematical simulation: Application to the Pigadakia coast, Chalkoutsi Oropou, Greece	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Παράκτια Μηχανική	el
heal.classification	Coastal Engineering	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-04
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία, διερευνάται η δυνατότητα της Ποσειδωνίας (Posidonia Oceanica), στην αντιμετώπιση της παράκτιας διάβρωσης μέσω μαθηματικής προσομοίωσης με εφαρμογή στην ακτή Πηγαδάκια στο Χαλκούτσι Ωρωπού. Η παράκτια διάβρωση, αποτελεί ένα δυναμικό φαινόμενο, αφού οι μεταβολές της παράκτιας περιοχής είναι συνεχείς. Υπό την επίδραση της κλιματικής αλλαγής, το φαινόμενο της παράκτιας διάβρωσης θα γίνει εντονότερο, λόγω διάφορων παραγόντων, όπως η άνοδος της μέσης στάθμης της θάλασσας και η αύξηση της έντασης και της συχνότητας των ακραίων κυματισμών. Για την αντιμετώπιση της παράκτιας διάβρωσης, ανάλογα την περιοχή μελέτης, μπορούν να εφαρμοστούν πολλές μέθοδοι προστασίας, όπου η κάθε μια προσφέρει διαφορετικό επίπεδο προστασίας και διαφορετικό επίπεδο μεταβολών της παράκτιας περιοχής. Οι πιο διαδεδομένες και συμβατικές μέθοδοι προστασίας είναι οι κυματοθραύστες, οι πρόβολοι και η τεχνητή αναπλήρωση της ακτής. Στην ανάγκη μιας βιώσιμης ανάπτυξης, εισέρχεται ο όρος Nature Based Solutions ή λύσεις σε συνεργασία με την φύση, όπου πραγματοποιούνται φιλικές προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο παρεμβάσεις, για μια βιώσιμη ανάπτυξη που βασίζεται στην οικονομική ανάπτυξη με βάση το περιβάλλον και όχι με βάση τις υποδομές, στην περιβαλλοντική ανάπτυξη, βελτίωση και αποκατάσταση των οικοσυστημάτων που έχουν δεχθεί πιέσεις, αλλά και στην ανθρώπινη υγεία και ευημερία. Οι λύσεις σε συνεργασία με την φύση, μπορούν να εφαρμοστούν σε κάθε περιοχή, όπου ανάλογα με το πρόβλημα που αντιμετωπίζει, προτείνεται και το αντίστοιχο μέτρο. Στο κομμάτι της παράκτιας ζώνης, στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται λύσεις σε συνεργασία με την φύση που αφορούν, τους κοραλλιογενείς υφάλους, τα μαγκρόβια και την Ποσειδωνία, ενώ γίνεται και αναφορά σε κάποιες λύσεις σε ευρεία κλίμακα, όπως στις μεγάλες πόλεις και στην αγροτική ανάπτυξη. Σχετικά με αυτές τις λύσεις, καταγράφονται γενικά στοιχεία για το κάθε είδος, αναλύεται η δυνατότητά τους στην αντιμετώπιση της παράκτιας διάβρωσης, μέσω μείωσης των κυματικών και υδροδυναμικών συνθηκών, και αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και οι απειλές που δέχονται, καθώς και στοιχεία σχετικά με την δυνατότητα αποκατάστασής τους. Στην συνέχεια, η έρευνα επικεντρώθηκε στην Ποσειδωνία, όπου αρχικά επιλέχθηκαν τρείς έρευνες από τη διεθνή βιβλιογραφία, οι δυο από αυτές για την μεταβολή του ύψους κύματος σε κανάλι με τεχνητή βλάστηση και η τρίτη για την μεταβολή της υδροδυναμικής ταχύτητας με τεχνητή βλάστηση. Χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα από τις εν λόγω έρευνες, ώστε να γίνει βαθμονόμηση των μαθηματικών μοντέλων. Τα μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για αυτή την ανάλυση, είναι το PMS και HYD της Scientia Maris. Τέλος, μετά την βαθμονόμηση των μοντέλων, ακολούθησε η διερεύνηση της δυνατότητας της Ποσειδωνίας στην αντιμετώπιση της διάβρωσης, σε πραγματική περιοχή μελέτης, η οποία είναι η ακτή Πηγαδάκια στο Χαλκούτσι Ωρωπού. Στην περιοχή μελέτης, επιλέχθηκε μια περιοχή ελέγχου, στην οποία παρουσιάζονται δύο προβλήματα, που έχουν δημιουργηθεί λόγω του κυματικού και υδροδυναμικού κλίματος. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 8 σενάρια με διαφορετική διάταξη, διαφορετικά βάθη τοποθέτησης, διαφορετικά πλάτη και διαφορετική πυκνότητα βλάστησης με στόχο να πραγματοποιηθεί συγκριτική ανάλυση των παραπάνω σεναρίων, ώστε να φανεί η καλύτερη περίπτωση και ταυτόχρονα πόσο διαφορετικό επίπεδο προστασίας μπορεί να προσφέρει το κάθε σενάριο μέσω μείωσης του ύψους κύματος και των υδροδυναμικών ταχυτήτων. Για το κάθε ένα σενάριο, εκτυπώθηκε ο αντίστοιχος χάρτης κυματικού και υδροδυναμικού πεδίου, καθώς και χάρτης της μεταβολής του θαλάσσιου πυθμένα. Επίσης για την αριθμητική αποτύπωση των μεταβολών κάθε σεναρίου, επιλέχθηκαν 3 εγκάρσιες διατομές στην περιοχή της βλάστησης και τα αποτελέσματά τους, τοποθετήθηκαν για συγκριτική ανάλυση σε κοινό διάγραμμα για την αριθμητική σύγκριση. Τα σενάρια για τα οποία πραγματοποιήθηκε η συγκριτική ανάλυση είχαν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: • Σενάριο 1ο 360 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 0.5 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 2ο 180 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 0.5 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 3ο 360 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 1 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 4ο 180 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 1 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 5ο 360 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 1.5 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 6ο 180 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 1.5 έως 2 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 7ο 360 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 2 έως 2.5 και μέσω μήκος 350m. • Σενάριο 8ο 180 stems/m2, πλάτος από ισοβαθή 2 έως 2.5 και μέσω μήκος 350m. Τέλος, επιλέχθηκε πλάτος φυλλώματος 0.01m και ύψος βλάστησης 0.5m ως μέσες τιμές όπως προκύπτει από τη βιβλιογραφία. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης και με στοιχεία από την διεθνή βιβλιογραφία, η μείωση του ύψους κύματος και της υδροδυναμικής ταχύτητας, εξαρτήθηκε από την πυκνότητα της βλάστησης και το πλάτος της. Μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, είχε το 1ο σενάριο, ενώ όσο η ανάλυση προχωρούσε προς τα επόμενα σενάρια, η αποτελεσματικότητα μειωνόταν. Στα σενάρια 7 και 8, δεν παρατηρήθηκε σχεδόν καμία μεταβολή σε σχέση με το σενάριο μηδενικής παρέμβασης (Do Nothing). Η ανάλυση του μοντέλου, έδειξε ότι τα λιβάδια Ποσειδωνίας, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φυσικό μέτρο προστασίας σε ακτές για την προστασία τους από διάβρωση. Όμως, η όλη διαδικασία, έχει κάποια εμπόδια. Η Ποσειδωνία, σπάνια αναπτύσσεται σε ρηχά νερά και ειδικά σε ζώνες θραύσης, καθώς οι ισχυρές φορτίσεις που επικρατούν σε αυτή την περιοχή, θα προκαλούσαν ξερίζωμα των φυτών. Για τον λόγο αυτόν, η Ποσειδωνία σπανίως παρατηρείται σε ρηχά νερά και μόνο σε αυτά στα οποία επικρατούν ήπιες κυματικές και υδροδυναμικές συνθήκες και συνεπώς χρειάζεται διερεύνηση για την περιοχή φύτευσης μέσω μαθηματικής προσομοίωσης σε κάθε περιοχή μελέτης.	el
heal.abstract	Coastal erosion is a dynamic phenomenon characterized by continuous changes to the shoreline. The impact of climate change is expected to exacerbate coastal erosion due to factors such as sea-level rise and increased frequency and intensity of extreme wave events. To address this issue, various protective measures can be implemented, each offering varying levels of protection and impact on the coastal zone. Conventional methods include breakwaters, groynes, and beach nourishment. Nature-based Solutions (NbS) offer an environmentally friendly approach to coastal protection, emphasizing ecosystem restoration and sustainable development. This study explores NbS for coastal erosion mitigation, focusing on coral reefs, mangroves, and Posidonia oceanica. It also examines NbS applications in urban and agricultural settings. Posidonia oceanica, commonly known as seagrass, is a marine plant species recognized for its role in coastal protection. This study investigates the potential of Posidonia oceanica in mitigating coastal erosion through numerical modeling, with a specific focus on Pigadakia Beach, Chalkoutsi Oropos. Three research studies from international literature were selected to analyze the impact of Posidonia oceanica on wave height and hydrodynamic velocity. The data from these studies was utilized to calibrate the numerical models PMS and HYD from Scientia Maris. A control area within Pigadakia Beach was identified, exhibiting two erosion problems caused by wave and hydrodynamic conditions. Eight scenarios with different planting arrangements, depths, widths, and densities were simulated to compare their effectiveness in reducing wave height and hydrodynamic velocities. Wave and hydrodynamic field maps, seabed change maps, and cross-sectional analysis were generated for each scenario. The results indicate that the effectiveness of Posidonia oceanica in mitigating erosion depends on planting density and width. Scenario 1, with the highest planting density and width, demonstrated the most significant reduction in wave height and hydrodynamic velocities. Scenarios 7 and 8, with planting in deeper waters, showed minimal impact compared to the no-intervention scenario. The study highlights the potential of Posidonia oceanica as a nature-based solution for coastal erosion mitigation. However, considerations must be made regarding the suitability of planting locations. Posidonia oceanica typically thrives in deeper waters and sheltered areas, limiting its applicability in high-energy zones. Careful site selection and numerical modeling are essential to ensure effective implementation. Posidonia oceanica offers a promising nature-based approach to coastal erosion management. Numerical modeling provides a valuable tool for evaluating the effectiveness of Posidonia oceanica plantings in specific coastal settings. Further research is needed to optimize planting strategies and address the challenges associated with Posidonia oceanica cultivation in high-energy environments. Posidonia oceanica can effectively reduce wave height and hydrodynamic velocities, mitigating coastal erosion. The effectiveness of Posidonia oceanica plantings depends on planting density, width, and location. Numerical modeling is crucial for evaluating the suitability of Posidonia oceanica plantings in specific coastal settings. Nature-based solutions offer sustainable and environmentally friendly alternatives to traditional coastal protection measures.	en
heal.advisorName	Χονδρός, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Χονδρός, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	279 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false