Διερεύνηση των μοντέλων εκτίμησης της μετακίνησης της ακτογραμμής

Abstract

Η παράκτια ζώνη με μεγάλη οικολογική σημασία και αξία, είναι ιδιαίτερη ευάλωτη στη μελλοντική εξέλιξη της ακτογραμμής. Από τη μελλοντική πρόσχωση ή υποχώρηση της ακτογραμμής εξαρτώνται αξίες ακινήτων γης, παράκτιες περιουσίες, οδικά δίκτυα και δημόσια έργα, η βιοποικιλότητα της κάθε παράκτιας περιοχής και το πιο σημαντικό από όλα, ανθρώπινες ζωές. Η υποχώρηση της ακτογραμμής και η απώλεια εδαφών μπορεί να πλήξει άμεσα το βιοτικό επίπεδο των κατοίκων της συγκεκριμένης παράκτιας περιοχής αλλά ακόμα και να κινδυνεύσουν οι ίδιοι στην περίπτωση εκδήλωσης ενός επεισοδιακού καιρικού φαινομένου (π.χ. μιας κυματικής καταιγίδας). Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εκτίμηση της μελλοντικής μετακίνησης της ακτογραμμής μέσω της δημιουργίας και της χρήσης ενός μαθηματικού μοντέλου. Χρησιμοποιώντας πρωτογενή δεδομένα από 10 παράκτιες περιοχές της χώρας μας, εφαρμόστηκαν οι 10 πλέον διαδεδομένες στατιστικές και μη μέθοδοι υπολογισμού του ρυθμού μεταβολής της ακτογραμμής. Ακολούθησε σύγκριση των αποτελεσμάτων με σκοπό την αξιολόγηση των υπαρχουσών μεθόδων, όσον αφορά την προσαρμογή τους με βάση τις ιδιομορφίες των ελληνικών ακτών. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τη γενική περιγραφή και ανάλυση του φίλτρου Kalman [4], [62], δημιουργήθηκε ένα καινούργιο μοντέλο προσαρμόζοντας το φίλτρο σε παράκτια δεδομένα. Το μοντέλο που προέκυψε, δομήθηκε έτσι ώστε να περιλαμβάνει τα αποτελέσματα δράσης των σημαντικότερων παραγόντων που επιδρούν στην εξέλιξη της ακτογραμμής, χρησιμοποιώντας μια προσαρμοσμένη μορφή ενός μαθηματικού φίλτρου, όπως είναι το φίλτρο Kalman. Το φίλτρο Kalman επιλέχθηκε να προσαρμοστεί στα δεδομένα της παρούσας διατριβής και να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτικό εργαλείο μελέτης της παράκτιας δυναμικής σε σχέση με τις υπάρχουσες μεθόδους υπολογισμού του ρυθμού μεταβολής της ακτογραμμής, έτσι ώστε να προκύψουν πιο αξιόπιστα αποτελέσματα πρόβλεψης των μελλοντικών θέσεων της ακτογραμμής, με μικρότερες αβεβαιότητες, μέσω ενός πληρέστερου μαθηματικού εργαλείου. Πρόσθετα στην όλη παραπάνω διαδικασία μοντελοποίησης της δυναμικής εξέλιξης της ακτογραμμής, χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος «ομαδοποίησης διατομών» Binning [54], με σκοπό τον εντοπισμό τμημάτων σε κάθε ακτή με διαφοροποιημένους ρυθμούς μεταβολής σε σχέση με τη γενικότερη τάση μεταβολής, που υπολογίζεται σε κάθε περίπτωση. Οι 10 μέθοδοι υπολογισμού του ρυθμού μεταβολής σε συνδυασμό με την προσαρμοσμένη μορφή του φίλτρου Kalman αλλά και τη μέθοδο Binning, εφαρμόστηκαν σε κάθε μία από τις 10 παράκτιες περιοχές της διατριβής, με διαφορετικούς συνδυασμούς των διαθέσιμων πρωτογενών δεδομένων αλλά και των αβεβαιοτήτων τους. Είναι γεγονός πως οι παράκτιες ζώνες είναι ιδιαίτερα ευάλωτες στην πιθανή εκδήλωση ακραίων καιρικών φαινομένων (π.χ. κυματικές καταιγίδες, έντονη διάβρωση, κατολισθήσεις κ.α.). Βέβαια, το συγκεκριμένο μοντέλο δεν ενσωματώνει στη διαδικασία πρόβλεψης του την πιθανή εκδήλωση και δράση ακραίων καιρικών φαινομένων ή καταστροφών. Η πρόβλεψη που είναι ικανό να προσφέρει, αποτελεί μια εκτίμηση της μελλοντικής θέσης της ακτογραμμής, στηριζόμενη στη σύνθετη δράση ενός μεγάλου πλήθους παραγόντων. Η μεγάλη σπουδαιότητα και αξία των παράκτιων περιοχών και οι επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών, επικαιροποιούν το θέμα της παρούσας διατριβής. Ιδιαίτερα στην περίπτωση της χώρας μας, όπου το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού αλλά και η πλειοψηφία των χρήσεων γης συγκεντρώνονται στις παράκτιες περιοχές της, η δημιουργία ενός μοντέλου προσδιορισμού της μελλοντικής εξέλιξης της ακτογραμμής, κρίνεται ιδιαιτέρως σημαντική. Μέσω αυτού του μοντέλου είναι δυνατόν να εκτιμηθούν μελλοντικές δυσάρεστες εξελίξεις και καταστάσεις για τα παράκτια συστήματα και να γίνει αποτελεσματικότερος χωροταξικός σχεδιασμός για τη μελλοντική ανάπτυξη τους, με βάση τις προβλεπόμενες θέσεις των ακτογραμμών. Γνωρίζοντας τη μελλοντική θέση της ακτογραμμής, η πολιτεία θα είναι ικανή να θεσπίσει μέτρα και στρατηγικές προστασίας περιοχών που είναι ήδη ανεπτυγμένες οικιστικά και οι οποίες θα κινδυνέψουν στο μέλλον από πιθανή υποχώρηση της ακτογραμμής. Τέτοιου είδους μέτρα και στρατηγικές «ήπιας» προστασίας των παράκτιων περιοχών θα μπορούσαν να σχεδιαστούν, να εφαρμοστούν και να αποδώσουν μόνο υπό την προϋπόθεση ότι οι εκτιμήσεις για τις μελλοντικές θέσεις της ακτογραμμής είναι σχετικά ακριβείς. Με βάση τα παραπάνω, είναι προφανής η μεγάλη σημασία και χρησιμότητα ενός αξιόπιστου μοντέλου πρόβλεψης της εξέλιξης της ακτογραμμής στη διαδικασία χάραξης πολιτικών προστασίας των παράκτιων περιοχών.

All model simulations agree that the temperature in Greece will increase in the range of 1°C to 2°C by the year 2030. In general, mean sea level in Mediterranean is expected to rise at the rate of 5 cm/decade. In particular, sea level will rise about 50cm by the year 2100 (with an uncertainty range of 20-86cm). Delta Nile, Venice and Thessaloniki appear to be the more sensitive areas in Mediterranean [44], [59] and [67]. The scope of the current dissertation is the estimation of the future coastline displacements, according to specific, climate change scenarios. The final, expected outcome would be the creation and use of a model, able to determine the future evolution of the shoreline. In order to achieve that, statistical and non-statistical methods were used in order to compute the shoreline change rate of 10 coastal areas of Greece. Furthermore, in the same 10 areas, the known mathematical filter Kalman was originally adjusted and tested using coastal data (shoreline positions), for the first time in this particular dissertation. Finally, the Binning method gave the opportunity to detect and group certain parts of each shoreline of the study, according to different computed change rates [54]. Based on all the above, shoreline change rates with prediction errors were computed using different mathematical methods and tools and shorelines were categorized and studied intensively allowing the better comprehension of the processes of coastal evolution.