Eco-hydraulic response of submerged permeable breakwaters under wave action

Abstract

In the present PhD thesis, the eco-hydraulic response of submerged permeable rubble-mound homogeneous narrow-crested breakwaters is studied. For these structures of a relatively small profile, examination was mainly guided to a series of new experiments for capturing the wave transmission coefficient, the wave reflection coefficient and hydrodynamic measures such as orbital velocities and hydrodynamic pressures. In terms of technical efficiency for beach protection from erosion due to wave action, it was evidenced that such structures are able to fairly dissipate incoming wave energy in micro-tidal conditions of up to average wave exposure, and at the same time to function as artificial habitats by attracting marine fauna and flora around and in their interior. For the estimation of the wave transmission coefficient above submerged rubble-mound homogeneous narrow-crested breakwaters a semi-empirical formulation was derived through experimental analysis. In terms of hydrodynamic parameters, their measurement and analysis leading to quantitative measures is useful to marine biologists for assessing the ecological value of such structures as artificial habitats. Supplementary to experimental investigation, validation of a Boussinesq-type model in predicting the wave transmission coefficient over submerged rubble-mound homogeneous narrow-crested breakwaters was executed giving promising results.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζεται η οικο-υδραυλική συμπεριφορά ύφαλων διαπερατών λιθόρριπτων ομογενών κυματοθραυστών στενής στέψης. Για αυτές τις κατασκευές σχετικά μικρού προφίλ η διερεύνηση προσανατολίστηκε κυρίως στη διενέργεια σειράς νέων πειραμάτων για τη μέτρηση του συντελεστή κυματικής μετάδοσης, του συντελεστή κυματικής ανάκλασης αλλά και των υδροδυναμκών μεγεθών τροχιακών ταχυτήτων και υδροδυναμικών πιέσεων. Σε όρους τεχνικής επάρκειας για την προστασία της ακτής από διάβρωση μέσω της ανάλυσης των πειραματικών δεδομένων φάνηκε πως τέτοιες κατασκευές δύνανται να απομειώνουν την εισερχόμενη κυματική ενέργεια για συνθήκες μικρού εύρους παλίρροιας και μέσης έντασης κυματικού κλίματος, αλλά και σε όρους οικολογικής προσέγγισης δύνανται να προσελκύσουν χλωρίδα και πανίδα γύρω από αυτές αλλά και στο εσωτερικό τους. Για τον υπολογισμό του συντελεστή κυματικής μετάδοσης πάνω από ύφαλους λιθόρριπτους ομογενής κυματοθραύστες εξήχθη ένα ημιεμπειρικό μοντέλο ικανό να τον προβλέπει. Σε ότι αφορά τα υδροδυναμικά μεγέθη, η μέτρηση και η ανάλυση τους δίνει χρήσιμη πληροφορία στους θαλάσσιους βιολόγους να αξιολογήσουν την αξία τέτοιων κατασκευών στο να λειτουργούν ως τεχνητοί οικότοποι. Συμπληρωματικά πραγματοποιήθηκε και η επαλήθευση ενός αριθμητικού μοντέλου τύπου Boussinesq το οποίο και χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη του συντελεστή κυματικής μετάδοσης πάνω από ύφαλους λιθόρριπτους διαπερατους ομογενείς κυματοθραύστες.