Μαρίνα Αλίμου: Παρουσίαση - διερεύνηση κυματικής διαταραχής εντός και γύρω από τη μαρίνα, με τη χρήση αριθμητικού μοντέλου διάδοσης κυματισμών

Σταυρακάκης, Γεώργιος

Marina of Alimos : Presentation - investigation of the wave disturbance inside and around the marina based on a numerical model for wave propagation

Διπλωματική εργασία

Author

Σταυρακάκης, Γεώργιος

Date

2022-12-23

Advisor

Συμπέθερος, Ιωάννης

civ_44363910226 SIGNED.pdf (10.06Mb)

Keywords

Μαρίνα Αλίμου ; Κυματική διαταραχή ; Κυματικό κλίμα ; Βυθομετρικά στοιχεία ; Σημεία ελέγχου ; Gauges ; Μέση στάθμη θάλασσας ; Celeris Advent ; Διαδραστική Προσομοίωση Κυματισμού

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την παρουσίαση της μαρίνας Αλίμου, του μεγαλύτερου τουριστικού λιμένα της Ελλάδας και μία από τις μεγαλύτερες μαρίνες της Μεσογείου, καθώς και τη μελέτη της διάδοσης της κυματικής διαταραχής εντός και εκτός της λιμενολεκάνης της μαρίνας υπό την επίδραση των κύριων κυματισμών που πλήττουν την παράκτια περιοχή της, με τη χρήση του λογισμικού διάδοσης κυματισμών Celeris Advent. Η εργασία χωρίζεται σε πέντε (5) κεφάλαια: 1ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ «Γενική Περιγραφή της Μαρίνας Αλίμου» Περιλαμβάνει τη γενική αναφορά στις μαρίνες της Ελλάδας, στο νομοθετικό πλαίσιο που τις διέπει και την ειδικότερη αναλυτική περιγραφή της υφιστάμενης χωροταξικής και περιβαλλοντικής κατάστασης της Mαρίνας Αλίμου [όπως: θέση, διοικητική υπαγωγή, κατάσταση περιβάλλοντος (κλιματικά στοιχεία, βυθομετρία, ανεμολογική δίαιτα της άμεσης και ευρύτερης περιοχής μελέτης, κτλ)] και την προοπτική εξέλιξής της σύμφωνα με το θεσμοθετημένο Γενικό Σχεδιασμό της (ΦΕΚ 172/ΑΑΠ/21.08.18 ). 2ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ «Λιμενικά Έργα Μαρίνας Αλίμου» Περιλαμβάνει την αναλυτική περιγραφή των λιμενικών εγκαταστάσεων της Μαρίνας Αλίμου (προσήνεμου και υπήνεμου μώλου, προβλητών, κρηπιδωμάτων και λοιπών χερσαίων εγκαταστάσεων και υποδομών). 3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ «Μετασχηματισμοί Κυματισμών Κοντά στην Ακτή (συνοπτικά) – Προσέγγιση Boussinesq» Περιλαμβάνει το θεωρητικό υπόβαθρο της παρούσας εργασίας. Περιγράφονται συνοπτικά οι μηχανισμοί μετασχηματισμού των κυματισμών στον παράκτιο χώρο (ρήχωση, διάθλαση, περίθλαση, θραύση, ανάκλαση και αναρρίχηση) και η προσομοίωσή τους με τις εξισώσεις Boussinesq και των αριθμητικών μεθόδων επίλυσής τους [μέθοδο πεπερασμένου όγκου FVM(finite volume method) και μέθοδο πεπερασμένων διαφορών FDM(finite difference method)] που χρησιμοποιούνται από το λογισμικό Celeris Advent στο οποίο βασίζεται η προσομοίωση της διάδοσης της κυματικής διαταραχής εντός και γύρω από τη μαρίνα. 4ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ «Μαθηματικό Μοντέλο Διαδραστικής Προσομοίωσης Κυματισμών Celeris Advent και η Εφαρμογή του για την Εκτίμηση της Κυματικής Διαταραχής στη Θαλάσσια Ζώνη Εντός και Εκτός της Λιμενολεκάνης της Μαρίνας Αλίμου» Γίνεται συνοπτική παρουσίαση διαδεδομένων λογισμικών διάδοσης κυματισμών και ειδική περιγραφή του διαδραστικού λογισμικού Celeris Advent. Επιπλέον, περιγράφεται ο τρόπος εισαγωγής των βασικών παραμέτρων για την εκτέλεση του προγράμματος και την εξαγωγή των αποτελεσμάτων του σχετικά με την κυματική διαταραχή εντός και εκτός της λιμενολεκάνης της μαρίνας. Η προσομοίωση της θαλάσσιας ζώνης, η οριοθέτηση των χερσαίων περιοχών της Μαρίνας Αλίμου και η προσομοίωση της εξεταζόμενης από την παρούσα μελέτη κυματικής διαταραχής γίνεται με τη εισαγωγή στο Celeris δεδομένων και αποτελεσμάτων (όπως των υπολογισθέντων με την καταγραφή, διαμόρφωση και εισαγωγή στο πρόγραμμα των κατάλληλων βυθομετρικών στοιχείων και των χαρακτηριστικών των κύριων κυματισμών του κυματικού κλίματος στα ανοικτά) από την Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων Μαρίνας Αλίμου (2018) και την ακτομηχανική μελέτη που εκπονήθηκε το 2019 για την περιοχή του Αγίου Κοσμά, η οποία γειτνιάζει με το εξεταζόμενο πεδίο μελέτης. Τέλος, επιλέγονται τέσσερα (4) αντιπροσωπευτικά σημεία (gauges) για την παρακολούθηση της κυματικής διαταραχής στη θαλάσσια ζώνη εντός και εκτός της μαρίνας και γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων του μοντέλου διαδραστικά, αλλά και υπό μορφή διαγραμμάτων 5ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ «Συμπεράσματα» Περιλαμβάνει το σχολιασμό των αποτελεσμάτων του Celeris, και ειδικότερα της διαδραστικής απεικόνισης και των διαγραμμάτων της κυματικής διαταραχής στα επιλεχθέντα σημεία ελέγχου (gauges) εντός και εκτός της μαρίνας.

Abstract

In this thesis the Alimos Marina, the largest tourist port of Greece and one of the largest marinas in the Mediterranean, is presented. The wave disturbance inside and around the marina’s port is investigated. This wave disturbance is caused by a farfield sine wave, representing a predominant wave climate in the region, propagating towards the marina’s coastal area. For the wave propagation simulations CELERIS, an interactive nearshore wave modelling software, which solves the depth-integrated, weakly dispersive Boussinesq-type equations. The work is divided into five (5) chapters: 1st CHAPTER "General Description of Marina of Alimos" It includes a general reference to the marinas of Greece, the legislative framework that governs them, and a detailed description of the existing spatial and environmental status of Alimos Marina and its surrounding area. 2nd CHAPTER "Port of Alimos Marina" It includes a detailed description of the port stuctures of Alimos Marina, such as windward and leeward jetties, docks, quays, port infrastructure and other inland installations etc. 3rd CHAPTER "Wave Transformations near the coast (summary) - Boussinesq approach" This chapter contains the theoretical background required for the investigation of wave disturbance propagation inside and around the marina’s port. The mechanisms of wave transformation in the coastal area (wave shoaling, refraction, diffraction, breaking, reflection and run-up) and their simulation using the Boussinesq approximation. The Finite Volume Method (FVM Method) and the Finite Difference Method (FDM), used by the CELERIS software for the numerical solution of the Boussinesq-type wave equations describing the propagation of wave disturbance inside and around the marina, are briefly presented. 4th CHAPTER "The CELERIS interactive numerical wave model and its application for the assessment of the wave disturbance inside and outside the port of Alimos Marina" A very brief presentation of the main nearshore wave propagation software available is made, followed by a more detailed description of the interactive CELERIS Advent software used in this study. In addition, the structure of the input files containing the necessary parameter values for the execution of the wave propagation simulations, as well as the export files containing the simulation results, such as the wave-induced free-surface profile variation inside and outside the marina’s port, are explained. The construction of the bathymetry grid for the simulation area, based on bathymetric data extracted from bathymetric contour maps from different sources, and the delineation of the land areas are described in detail. For the far-field wave climate required as an input for the near-shore wave propagation simulations, results from the 2018 Environmental Impact Study of the Alimos Marina and the 2019 Coastal Impact Assessment Study for Agios Kosmas, a coastal area adjacent to the Alimos Marina, were employed. Finally, four (4) characteristic locations inside and outside the marina were selected as virtual gauges to monitor and plot the instantaneous free surface displacement with time at each location, due to wave propagation towards the Alimos Marina coastal area. These plots are combined with snapshots of the interactive images of the propagating wave disturbance at different time instances due to a farfield sine wave of specific magnitude and direction. 5th CHAPTER "Conclusions" In this chapter, the results of the CELERIS simulations, as depicted in the plots of the instantaneous free surface displacement vs time at each of the four gauge locations and the interactive images of the propagating wave disturbance for different far-field sine wave magnitudes and directions are discussed.