Ανάπτυξη αριθμητικών μεθόδων για τον υπολογισμό της εξέλιξης του πυθμένα παρουσία παράκτιων έργων - Καρούσης, Αντώνιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Λιμενικών Έργων, 2018)
Για τον σχεδιασμό και την κατασκευή έργων προστασίας της ακτής έναντι της διάβρωσης, θεωρείται αναγκαία η κατανόηση και η πρόβλεψη της εξέλιξης της μορφής του πυθμένα σε σχέση με τον χρόνο. Η προληπτική αυτή αντιμετώπιση του προβλήματος της διάβρωσης στηρίζεται στην χρησιμοποίηση διαφορετικών αριθμητικών μοντέλων και θεωριών με τα οποία προσομοιάζουμε την αλληλεπίδραση πυθμένα-κύματος. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται μια αριθμητική μέθοδος για τον υπολογισμό της εξέλιξης του πυθμένα γραμμένη σε γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN από τους καθηγητές Bouharguane A. και Mohammadi B.. Η μέθοδος αυτή αποτελείται από δυο υποπρογράμματα, τα οποία υπολογίζουν τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά του κύματος και την εξέλιξη του πυθμένα υπό την επίδραση των χαρακτηριστικών αυτών. Το πρώτο υποπρόγραμμα είναι εκείνο που υπολογίζει τις οριζόντιες ταχύτητες u, v των μορίων του κύματος, το βάθος της ελεύθερης επιφάνειας και την ποσότητα κίνησης κατά την διεύθυνση x, y αντίστοιχα. Για τον υπολογισμό αυτό βασίζεται στην επίλυση των εξισώσεων ρηχών νερών ή shallow water equations. Οι εξισώσεις αυτές αποτελούν εφαρμογή των αρχών διατήρησης της μάζας και της ορμής στην κίνηση του νερού στα ρηχά νερά υπό την επίδραση του πυθμένα. Το δεύτερο υποπρόγραμμα είναι εκείνο που υπολογίζει την ανύψωση ή την καθίζηση του πυθμένα και την τελική μορφή που εκείνος θα έχει. Η πρωτοτυπία του υποπρογράμματος αυτού έγκειται στο γεγονός ότι για τον υπολογισμό της εξέλιξης του πυθμένα χρησιμοποιείται μια νέα μέθοδος σε αρχές ελαχιστοποίησης μιας συνάρτησης κόστους. Η συνάρτηση αυτή περιγράφει την συνολική δυναμική ενέργεια του κύματος και την συνολική μεταβολή του πυθμένα. Οι αρχές αυτές βασίζονται στην υπόθεση ότι ο πυθμένας είναι αμμώδης, ευμετάβλητος και προσαρμόζεται στην ροή του νερού. Για την εφαρμογή της αριθμητικής μεθόδου που αναλύσαμε χρησιμοποιήθηκε η βυθομετρία μιας ιδεατής ακτής, η οποία προϋπήρχε στα αρχεία του υπολογιστή σε αρχείο μορφής txt . Στον πυθμένα αυτό προσθέσαμε 4 διαφορετικά έργα προστασίας της ακτής, τα αποτελέσματα των οποίων αναλύσαμε και συγκρίναμε μεταξύ τους τόσο ως προς το μέτρο και την διεύθυνση των υδροδυναμικών ταχυτήτων όσο ως προς την εξέλιξη και την τελική μορφή του πυθμένα. Αναλυτικότερα τα τέσσερα αυτά έργα είναι τα εξής: έξαλος κυματοθραύστης, ύφαλος κυματοθραύστης, έξαλος και πλάγιος προς την ακτή κυματοθραύστης, σύστημα δυο προβόλων. Αφού ορίσαμε την βυθομετρία της ακτής μελέτης και τοποθετήσαμε τα έργα προστασίας της, συνεχίσαμε με τον προσδιορισμό των οριακών συνθηκών της μεθόδου. Όσον αφορά τον πυθμένα, του δώσαμε την ιδιότητα της μερικής απορρόφησης της ενέργειας του κύματος καθώς και την δυνατότητα ανάπτυξης ταχυτήτων στην διεπιφάνεια με το νερό. Στα πλαινά όρια εφαρμόστηκαν μεταβιβαστικές οριακές συνθήκες δευτέρας τάξης, ενώ στην είσοδο της περιοχής μελέτης η κυματική δράση προσομοιάστηκε με συμβολή Ν μονοχρωματικών κυματισμών. Τέλος, στην έξοδο τα κύματα εξέρχονται ελεύθερα από την ακτή μελέτης. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι όλα τα έργα συμβάλουν στην μείωση των ταχυτήτων και του ύψους κύματος καθώς πλησιάζουμε προς την ακτή. Εκεί που παρουσιάζουν όμως διαφορές είναι στην τελική μορφή του πυθμένα, όπου σε μερικά έργα, όπως ο ύφαλος κυματοθραύστης, έχω εντονότερα φαινόμενα διάβρωσης σε αντίθεση με άλλα έργα στα οποία κυριαρχεί η απόθεση ιζήματος. Τα αποτελέσματα αυτά, όμως, πλησιάζουν ικανοποιητικά την θεωρητική εξέλιξη της ακτής παρουσία των έργων προστασίας και αναμένεται να αποτελέσουν έναυσμα για πιο ενδελεχή έρευνα και για την ολοκληρωμένη διαχείριση της παράκτιας ζώνης.