Η διάβρωση των ακτογραμμών της Ελλάδας. Αξιολόγηση - τρόποι αντιμετώπισης

Abstract

Εκτεταμένη περίληψη Στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής μελετήθηκε η διάβρωση των ακτογραμμών της Ελλάδας. Για τον λόγο αυτό εξετάστηκαν και αξιολογήθηκαν τρεις αντιπροσωπευτικές περιπτώσεις μελέτης, (α) Ν. Λασιθίου, (β) παραλία Βάρκιζας, Αθήνα και (γ) Ν. Χανιών. Ο Ν. Λασιθίου φιλοξενεί πληθώρα παραλιών, με εύρος κοκκομετρίας, γεωμετρικών χαρακτηριστικών (μήκος και πλάτος) και κυματικού καθεστώτος και ρευμάτων που καλύπτουν την πλειονότητα των παραλιών που συναντούνται στην Ελληνική επικράτεια (παραλίες τσέπης έως παραλίες πολλών χιλιομέτρων, σχετικά περιορισμένου μέσου πλάτους (10 - 60 m), οι οποίες αποτελούνται από λεπτόκοκκο έως χοντρόκοκκο υλικό και επηρεάζονται είτε από ανοικτά αναπτύγματα πελάγους είτε από κατακερματισμένα λόγο νησιών και βραχονησίδων). Η παραλία της Βάρκιζας αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα αστικοποιημένης παραλίας, καθώς είναι ιδιαίτερα δημοφιλή, με περιορισμένο μήκος και πλάτος, ενεργή διάβρωση, έντονη αστικοποίηση της λεκάνης απορροής και της παραλίας και χωρίς καμία μορφή διαχείρισης της. Ο Ν. Χανιών, φιλοξενεί, σε μεγαλύτερο βαθμό από τον Ν. Λασιθίου, ιδιαίτερα δημοφιλείς παραλίες και μεγάλο μέρος της τοπικής οικονομίας στηρίζεται σε αυτές. Παρόλα αυτά, τις τελευταίες κυρίως δεκαετίες, έχει παρατηρηθεί η έντονη διάβρωση, ρύπανση και υποβάθμιση της υγείας τους, όπως συμβαίνει και σε άλλες τουριστικά αναπτυγμένες παραλίες της Ελλάδας. Για την προκαταρκτική αξιολόγηση της κατάστασης των Ελληνικών ακτογραμμών, από πλευράς διάβρωσης, χρησιμοποιήθηκαν βιβλιογραφικά στοιχεία και πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις πεδίου. Η υγεία των Ελληνικών ακτογραμμών βρέθηκε χαμηλή, και μέσω επεξεργασίας αεροφωτογραφιών και τοπογραφικών δεδομένων βρέθηκε πως είτε παραλίες έχουν ήδη εξαφανιστεί, όπως η παραλία Βραχάκια, Χανιά είτε ακτογραμμές να διαβρώνονται με μέσο ρυθμό έως και 2 m/year, όπως στην περίπτωση του δέλτα του Αχελώου ποταμού. Επίσης, αναγνωρίστηκε ότι η έντονη διάβρωση οφείλεται σε ανθρώπινους παράγοντες και αναπτύχθηκαν δείκτες αξιολόγησης της παράκτιας κυψέλης/παραλίας οι οποίοι αποτελούν πρωτοτυπία. Στην συνέχεια αξιολογήθηκε η υφιστάμενη νομοθεσία/νομολογία που αφορά την παράκτια ζώνη. Αυτή βρέθηκε ιδιαίτερα ελλιπής, με πληθώρα νόμων οι οποίοι αναφέρονται σε διακριτά κομμάτια της παράκτιας ζώνης και όχι στο σύνολο της, με αποτέλεσμα να υπάρχουν αλληλοεπικαλύψεις. Στη περίπτωση μελέτης του Ν. Λασιθίου αναγνωρίστηκαν και μελετήθηκαν 25 περιοχές οι οποίες δύναται να αντιμετωπίζουν σημαντικό πρόβλημα διάβρωσης λόγο ανθρωπογενών παρεμβάσεων. Για τον υπολογισμό της διαχρονική εξέλιξης των ακτογραμμών χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες και μετρήσεις πεδίου. Βρέθηκε πως η υποχώρηση ακτογραμμής είναι αντίστροφος ανάλογη του κανονικοποιημένου πλάτους (προς το μήκος), για τιμές έως περίπου 0.1, ενώ για υψηλότερες τιμές (έως 0.5), δηλαδή για παραλίες περιορισμένου πλάτους (παραλίες τσέπης), η διάβρωση είναι περιορισμένη ή μηδενική. Πραγματοποιήθηκε συσχετισμός του σημερινού και του ιστορικού μήκους (x) ως προς το κανονικοποιημένο πλάτους (προς το μήκος) (y) των φυσικών αμμωδών παραλίων, και βρέθηκε πως το πρώτο περιγράφεται στατικά από την σχέση y=23.47x-0.048, ενώ το ιστορικό από την σχέση y=18.276x0.02. Συνεπώς, οι μικρές σε μήκος παραλίες έχουν παραμείνει σχετικά σταθερές νώ οι μεγάλου μήκους παραλίες έχουν χάσει έως και το 30% του πλάτους τους τις τελευταίες δεκαετίες. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι όσο μεγαλύτερο το πλάτος μιας παραλίας, τόσο περισσότερες πιθανότητες έχει να επηρεαστεί από ανθρωπογενείς παρεμβάσεις και τόσο πιο επιρρεπείς είναι στην διάβρωση. Βάση χάρτη επικινδυνότητας διάβρωσης που δημιουργήθηκε, προσαρμοσμένος στο περιορισμένο πλάτος των παραλιών του Ν. Λασιθίου, το 40% των υπό εξέταση περιοχών αντιμετωπίζουν εκτεταμένο πρόβλημα παράκτιας υποχώρησης (>0.25 m/έτος), το 20% αντιμετωπίζει μέτριο πρόβλημα (0.15 έως 0.25 m/έτος), το 12% χαμηλό ρυθμό υποχώρησης (0.05 έως 0.15 m/έτος) και μόλις το 28%, κυρίως παραλίες τσέπης, παραμένει σταθερό (~ 0 m/έτος). Στην περίπτωση μελέτης της παραλίας της Βάρκιζας αναπτύχθηκε πρωτοπόρα μέθοδος για την αναλυτική καταγραφή του πραγματικού εμβαδού και της τοπογραφίας/βαθυμετρίας, η μέθοδος του κράνους RTK GPS. Η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί σε παραλίες μικρού πλάτους και μήκους, με έντονές μεταβολές του ανάγλυφου τους και στις οποίες η παλίρροια είναι πολύ μικρή. Η ακρίβεια της μεθόδου πολύ υψηλή (±2.60 cm στον κάθετο άξονα) όπως επίσης και η ταχύτητα αποτύπωσης (έως 3600 μετρήσεις/ώρα). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αυτά που προέκυψαν από την εφαρμογή κλασσικών μεθόδων για την καταγραφή προφίλ παραλιών (shore-normal techniques) και βρέθηκε ότι η μέθοδος του κράνους RTK GPS είναι η καταλληλότερη για την αποτύπωση των Ελληνικών παραλιών. Επίσης, για πρώτη φορά στην Ελλάδα, μετρήθηκε το κυματικό καθεστώτος και τα ρεύματα της παραλίας της Βάρκιζας με το ναυτικό ραντάρ Miros wavex και τον ADCP κυματομετρητή Nortek Awac. Συνολικά, για τον κυματικό χειμώνα 2012-2013 καταγράφηκαν 16 κυματικές καταιγίδες οι οποίες είχαν όλες βόρειο προσανατολισμό, μέγιστο ύψος κύματος περίπου 4 m και η μέγιστη φασματική περίοδος 8 sec. Στην περίπτωση μελέτης του Ν. Χανιών παρατηρήθηκε έντονη διάβρωση σε παραλίες του κόλπου Χανιών, βάσει δεδομένων που βρέθηκαν και αφορούν τον Β΄ Παγκοσμίου πολέμου, επισκέψεις πεδίου και ιστορικό φωτογραφικό υλικό. Παραδείγματος χάρη, η παραλία του Κολυμβαρίου κατά τον Β΄ Παγκόσμιο πόλεμο είχε πλάτος το οποίο κυμαινόταν από 51 έως 104 m, ενώ από το διάστημα 1973 έως το 2005 διαβρώνονταν με ρυθμό 1m/year με αποτέλεσμα να το 2005 το δυτικό τμήμα της να εξαφανιστεί και να αντικατασταθεί από ογκόλιθους. Πρωτογενή δεδομένα τα οποία συλλέχθηκαν στην Βάρκιζα αλλά και στα Χανιά με τον κυματομετρητή Awac συγκρίθηκαν με τις προβλέψεις του μαθηματικού μοντέλου SMB (Svedrup- Munk-Bretschneider), το πιο διαδεδομένο μοντέλο περιγραφής της κατάστασης διαταραχής της θαλάσσιας επιφάνειας, και τις προβλέψεις του κυματικού μοντέλου WAM. Βρέθηκε, πως οι προσεγγίσεις του μαθηματικού μοντέλου SMB έχουν μεγάλες επισφάλειες, ενώ οι προβλέψεις του κυματικού μοντέλου WAM βρίσκονται πιο κοντά στην πραγματικότητα για τον υπολογισμό του σημαντικού ύψους κύματος, ενώ βρέθηκε πως υπάρχει σημαντική τάση υπερυπολογισμού της περιόδου. Στη συνέχεια, αξιοποιώντας τις μετρήσεις του κυματομετρητή Awac εφαρμόστηκε το υδροδυναμικό μοντέλο MIKE 21 BW σε περίπτωση μελέτης στο Ενετικό λιμάνι Χανίων, ώστε να μελετηθεί αν ο έξαλλος κυματοθραύστης που έχει τοποθετηθεί ΒΔ της εισόδου του είναι λειτουργικός. Βρέθηκε πως ο κυματοθραύστης δεν επιφέρει τα επιθυμητά αποτελέσματα και πως είναι αναγκαία η χρήση υδροδυναμικών μοντέλων πριν από την τοποθέτηση κατασκευών στην παράκτια ζώνη. Αξιολογηθεί η μέθοδος του ραδιενεργού καίσιου-137 (137Cs) για τον υπολογισμό του ρυθμού διάβρωσης/πρόσχωσης λεκανών απορροής και αναπτύχθηκε πρωτοπόρα εφαρμογή της για τον υπολογισμό της στάθμης εφημέριων υδάτινων σωμάτων, τον Μάιο του 1986. Τέλος, μελετήθηκε η ρύπανση με βαρέα μέταλλα σε ιζήματα παραλιών και η πιθανότητα ρύπανσης από βαρέα μέταλλα ευκαιριακών πηγών αναπλήρωσης και αναγνωρίστηκαν σημειακές πηγές ρύπανσης παραλιών. Αυτές ήταν (α) η υποθαλάσσια έξοδος της εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων του Δ. Πλατανιά, (β) τα βυρσοδεψία και (γ) εργασίες συντήρησης σκαφών πάνω σε λιμενοβραχίονες. Βρέθηκε, πως στο εν λόγο θέμα υπάρχει νομοθετικό κενό και προτάθηκαν τρόποι κάλυψης του. Καθώς η παραλία του Πλατανιά έχει χάσει πάνω από το μισό της πλάτος σε σχέση με την δεκαετία του 1980, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα, και στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, η ευκαιριακή αναπλήρωση με υλικό από τον ομώνυμο λιμένα, ο οποίος δεν ήταν σημαντικά μολυσμένες με βαρέα μέταλλα.

Extended summary In this thesis the erosion of the coastlines of Greece, with special attention given to sandy beaches, was studied. For this reason three case studies were examined, namely (a) Lasithi Prefecture, (b) Varkiza beach, Athens and (c) Chania Prefecture. Lasithi Prefecture hosts a plethora of beaches, with geometric characteristics (mean grain sizes, beach length and width) and wave climate representative of a common Greek beach. Varkiza beach is a typical example of an urbanized Greek beach, as it is very popular, has limited beach length and width, is actively eroding and has undergone intense urbanization of the drainage basin and the coastal zone, without any management. Chania Prefecture hosts popular beaches and a large part of the local economy relies on them. However, during the last decades, its beaches are actively eroding and combined with pollution the overall health of coastal zone has been degraded, a common case in popular Greek beaches. For a preliminary assessment of the current situation, in terms of erosion, literature review as well as field surveys were conducted. The overall health and sustainability of Greek coastlines was found to be low. Using historical data and historical aerial photographs it was found that either beaches had already disappeared, such as Vrachakia beach, Chania or shoreline retreat had maximum mean erosion rates of up to 2 m / year, as in the case of Acheloos delta. Erosion can be mainly attributed to human interventions on the coastal zone and on the drainage basins. In order to assess the health of the coastal zone the beach and coastal cell good environmental indices were developed. Moreover, the legislation that concerns the coastal zone was found to be inadequate, with a plethora of laws that overlap. In Lasithi Prefecture 25 locales were identified as actively eroding or vulnerable, mainly due to anthropogenic interventions. To evaluate the temporal evolution of these locales historical aerial photographs, satellite images and field measurements were utilized. It was found that shoreline retreat was inverse proportional to the normalized beach width (by length), for values up to about 0.1, while for higher values (up to 0.5), i.e. pocket beaches, erosion was either low or the coastline was stable. When natural sandy beaches were examined, it was found that the correlation of the current and historical beach length (x) to beach width (y) can be statistically described for the first by y = 23.47x-0.048 and for latter by y = 18.276x0.02. Therefore, it is observed that pocket beaches have remained relatively stable, while longer coastlines have lost up to 30% of their mean width during the last decades. This suggests that the larger the length of a beach, the more likely to be affected by anthropogenic interventions and so the more prone to erosion it will be. A coastal erosion hazard map was created, adapted to the mean beach widths of Lasithi Prefecture. 40% of the coastline faces extensive coastal retreat (> 0.25 m / year), 20% medium (0.15 to 0.25 m / year), 12% low(0.05 to 0.15 m / year) and only 28%, mainly pocket beaches, are stable (~ 0 m / year). In Varkiza beach, Athens, the method of the helmet RTK GPS was developed as to effectively map beach evolution in three dimensions and identify volumetric losses and gains and beach dynamic. The method finds favorable application to Greek beaches, which are generally short in length and often have been forced to accommodate various structures in their dry width, including buildings and roads. As a result, steep inclinations of the dry beach profile can be observed. The method is quite accurate (± 2.60 cm on the vertical axis) and high density and resolution data from the beach dry width, and from the swash zone (~up to 1.5 m depth, depending on the operator height), can be obtained. The results were compared with those obtained from the shore normal techniques and it was found that the helmet technique better fits Greek beaches conditions. Also, wave and current measurements in shallow waters were recorded using a Miros wavex marine radar and ADCP Nortek Awac. For the period 2012-2013, 16 wave storms, of north direction, were recorded, with maximum wave height about 4 m and maximum spectral period 8 sec. Beaches of Chania Prefecture were found to be actively eroding. By utilizing data from field surveys and historical data that reach back to Second World War, it was found that popular beaches located on the northern part have undergone extensive erosion. For example, the width of Kolymvari beach, during the Second World War, was ranging from 51 to 104 m and beaches were used as an airstrip from German aircrafts. From 1973 to 2005 the western part of the beach eroded at a rate of 1m / year and in 2005 a sea wall and a coastal road replace the beach. What is more wave data, collected with an ADCP Nortek Awac were compared with the predictions of SMB (Svedrup- Munk-Bretschneider) model, most coastal engineering studies rely on this, and with forecasts of third generation wave model WAM . It was found that SMB yields high errors, while the WAM estimations are closer to reality for the significant wave height but for wave period. Awac measurements were used as an input in the hydrodynamic model MIKE 21 BW and the results of a common storm in the Venetian port, Chania were simulated. Mike 21 was used in order to investigate whether the breakwater situated NW of the port entrance, which placement was not based on a hydrodynamic model predictions, is functional. It is shown that the breakwater is not producing the desirable results and hence the use of a hydrodynamic model is necessary before placing structures on the coastal zone, which is not the case in Greece. Caesium-137 (137Cs) technique was assessed for estimating erosion/accretion rates in drainage basins in Greece and it was found promising. Finally, the distribution of heavy metals in beach sediment and in opportunistic beach nourishment sources was examined by utilizing an Energy Dispersive X-Ray Fluorescence (EDXRF) system. Heavy metal point sources were identified and included (i) the effluents of small industries (tanneries), (ii) wastewater treatment plant effluents, and (iii) paint and oil scraps from substandard ship maintenance activities that take place on ports breakwaters. It was found that legislation for dredging activities in Greece is insufficient. Using, an identified source, the first planned opportunistic beach nourishment project in Greece materialized in Platanias beach, Chania. Nonetheless, before opportunistic beach restoration projects materialize the quality of the dredged material needs to be assessed.