Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/16095
Title: Μελέτη επίδρασης παράλληλων αποσπασμένων κυματοθραυστών χαμηλής στέψης στην παράκτια ζώνη μέσω αριθμητικής προσομοίωσης
Other Titles: Effect of low crested detached breakwaters on the three dimensional coastal processes
Authors: Παρισοπούλου, Μαρία
Keywords: Κυματοθραύστες χαμηλής στέψης
Εξίσωση Exner
Στερεομεταφορά
Κυματογενή ρεύματα
Keywords (translated): Low crested breakwaters
Sediment transport
Wave currents
Exner equation
MIKE 3 wave model FM
Abstract: Μεταξύ των συστημάτων προστασίας ακτής οι κυματοθραύστες χαμηλής στέψης συγκεντρώνουν ένα διαρκώς αυξανόμενο ενδιαφέρον σε ερευνητικό και μελετητικό επίπεδο κυρίως λόγω των σημαντικών περιβαλλοντικών πλεονεκτημάτων τους έναντι των έξαλων κυματοθραυστών όπως η ανεμπόδιστη κυκλοφορία θαλάσσιων ρευμάτων, η μειωμένη οπτική όχληση και η δημιουργία τοπικών υποβάθρων ευνοϊκών για την αύξηση της θαλάσσιας βιοποικιλότητας. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς παράλληλων αποσπασμένων κυματοθραυστών χαμηλής στέψης στην παράκτια ζώνη μέσω τρισδιάστατης αριθμητικής προσομοίωσης των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών με το λογισμικό MIKE 3 Wave Model FM και μέσω προσομοίωσης των μορφοδυναμικών μεταβολών με προγραμματισμό στη Matlab. Επιλέγεται να εξετασθεί πεδίο ιδεατής βαθυμετρίας με ευθεία ακτογραμμή και παράλληλες σε αυτή ισοβαθείς σταθερής κλίσης 1:25 και ορθογωνικών διαστάσεων 750m x 2000m με τη μεγάλη διάσταση παράλληλη στην ακτή και κυματοθραύστες με κεκλιμένα πρανή μήκους 80m, πλάτους στέψης 4m, κλίσης πρανών 1:2, ύψους στέψης 1.5m και με τον ανάντη πόδα τοποθετημένο σε βάθος 3.4m. Εξετάζεται η επίδραση δύο διαφορετικών διατάξεων των κυματοθραυστών για δύο ύψη κύματος, Hs=2.5m και Hs=3.5m και για 2 γωνίες πρόσπτωσης, κάθετη και υπό γωνία 20°στα βαθιά ύδατα ήτοι τέσσερα σενάρια κυματισμών. Οι δύο διατάξεις των κυματοθραυστών διαφοροποιούνται ως προς το μεταξύ τους πλάτος ανοίγματος που ορίζεται σε 40m (ΓΕΩΜ. Α) και σε 25m (ΓΕΩΜ. Β). Στα αποτελέσματα περιλαμβάνονται στιγμιότυπα κατανομής του ύψους κύματος, η μεταβολή της μέσης στάθμης της θάλασσας (Μ.Σ.Θ), οι συντελεστές ανάκλασης και μετάδοσης, ο σχηματισμός κυματογενών ρευμάτων και τέλος η μορφοδυναμική μεταβολή του πυθμένα και η εξέλιξη της ακτογραμμής. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι η μέση στάθμη της θάλασσας αυξάνεται με την αύξηση του ύψους κύματος στην προσήνεμη περιοχή. Για κάθετη και πλάγια πρόσπτωση για το κύμα με Ηs=3.5m, ο ρυθμός αύξησης της Μ.Σ.Θ. προς την ακτογραμμή είναι μεγαλύτερος για τη ΓΕΩΜ. Β από τη ΓΕΩΜ. Α προσεγγίζοντας ωστόσο το ίδιο εύρος τιμών στην ακτογραμμή. Ο συντελεστής μετάδοσης αυξάνει με την αύξηση του ύψους κύματος και ο συντελεστής ανάκλασης αυξάνει με τη μείωση της κλίσης του κύματος. Για τη δυσμενέστερη περίπτωση παρατηρείται ότι στη ΓΕΩΜ. Β σχηματίζονται λιγότερο ισχυρά ρεύματα από ότι στη ΓΕΩΜ. Α. Για κάθετη πρόσπτωση των κυμάτων παρατηρείται αύξηση του βελοειδούς ρεύματος με την αύξηση του ύψους κύματος. Για πλάγια πρόσπτωση των κυμάτων παρατηρείται σχηματισμός παράλληλου στην ακτογραμμή ρεύματος το οποίο αυξάνει με την αύξηση του ύψους κύματος. Για ύψος κύματος Hs=2.5m δεν σχηματίζεται ουσιαστικά βελοειδές ρεύμα και δεν καταγράφονται φαινόμενα αναρρίχησης και υπερπήδησης. Επίσης, μεγαλύτερα ύψη κυματισμών οδηγούν σε μεγαλύτερη στερεομεταφορά και κατ’ επέκταση μεγαλύτερη διάβρωση/πρόσχωση και εντονότερη εξέλιξη της ακτογραμμής. Σε βαθυμετρία με λεπτόκοκκο πυθμένα παρατηρείται εντονότερη στερομεταφορά και εντονότερη εξέλιξη της ακτογραμμής από ότι σε βαθυμετρία με χονδρόκοκκο πυθμένα. Τέλος, με μικρότερα ανοίγματα σημειώνονται ηπιότερα κυματογενή ρεύματα και κατ’ επέκταση ηπιότερη στερεομεταφορά στην περιοχή των κυματοθραυστών και κατάντη αυτών προσδίδοντας μεγαλύτερη προστασία στην ακτή.
Abstract (translated): The majority of the shore protection systems based on breakwaters have been designed using emerged parallel rubble mound breakwaters. Nowadays, the increasing concern of society on environment protection leads coastal managers to favor low-crested breakwaters due to their inherent advantages such as enhanced water circulation, reduced visual impact and creation of new biotopes. The objective of the present thesis is the study of the impact of low-crested detached breakwaters on coastal processes via three-dimensional numerical simulation of the flow induced by incoming waves (oblique, 20° and perpendicular incidence) using the MIKE3 Wave Flow Model software and via simulation of the morphodynamic evolution using Matlab. The breakwaters are tested on an ideal bathymetry with a fixed slope of 1:25. Based on the literature, the designed low crested detached breakwaters have the following geometric features: length of 80m, crest width of 4m, side slope of 1:2 and crest height of 1.5m. Two different layouts regarding the gap width size are being tested for 4 scenarios. In the first layout (GEOM A) the gap width was set to 40m and while in the second layout (GEOM B) the gap width was reduced to 25m. The simulations results include snapshots of wave distribution, the variation of mean sea level (MSL), coefficients of reflection and transmission, wave currents and the morphodynamic variation of the sea bed and the evolution of the shoreline. Simulation results demonstrated that the MSL increases with the increase of the wave height in the seaward area. For the worst-case scenario, the rate of increase of MSL towards the shoreline is greater for GEOM B. than for GEOM A. The transmission coefficient increases with the increase of wave height and the reflection coefficient increases with the wave steepness decrease. Less severe currents are formed in GEOM B than in GEOM A. For perpendicular incidence, rip current velocity increases with the wave height increase. For oblique incidence, the parallel to the shore current velocity increases with the wave height increase. For the wave with Hs=2.5m rip current is not formed and phenomena of overtopping and run-up are not observed. Sediment transport and shoreline evolution increase with the wave height increase. On a fine-grained bathymetry, more severe sediment transport is observed than on a coarse-grained bathymetry. Finally, the results of the present study demonstrated that smaller gap widths are more efficient in terms of shore protection.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Parisopoulou(civ).pdf12.55 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.