Μελέτη των υδροδυναμικών και ιζηματολογικών διεργασιών σχηματισμού και εξέλιξης του υποθαλάσσιου και παράκτιου Δέλτα του Αχελώου ποταμού

Abstract

The present thesis, entitled “Study of the hydrodynamic and sedimentary processes of formation and evolution of the submarine and coastal Delta of the Acheloos river”, deals with the integrated analysis of terrestrial, coastal and marine processes related to the formation and evolution of the Acheloos River’ delta.River deltas are areas of utmost priority, providing a diversity of habitats for wildlife (flora and fauna) and supporting various human activities. Due to their distinct morphology, deltas are highly vulnerable to human intervention, storm surges and global sea-level rise.Acheloos catchment area is about 7530 km2, with the deltaic plain to be about 270 km2. Thai deltaic plain’s altitudes, from the foot of Pindos Mountain to the estuary, are lower than 20 m, while in the most part of the plain the altimetry is less than 5 m. Six hydroelectric dams have been constructed along the Acheloos riverbed, trapping sediment produced from the 65% of the total catchment area, while technical coastal defense have been built along the deltaic front to prevent the area from erosion.Acheloos coastal area has been significantly eroded during the last 75 years, with an average regression rate of about 1.2 m/y, which was even greater during the period 1945-1971, when coastal protection works had not been installed, with a rate of more than 7 m/y. The total land loss measured for the whole study area during 1945-2020 was 1.63 km2, half of that being at the modern estuary, probably due to the reduction of sediment discharge. As a result, the type of Acheloos delta (according to Galloway) tends to switch from river-dominated to wave-dominated.The subaerial and underwater surficial area of the delta consists of sand down to the water depth of 10 m, and finer-grained sediments in deeper areas. The morphology of the coastal area comprises the typical Gilbert-type characteristics, while a dense Posidonia oceanica meadow grows at depths between 2 and 10 m.The average rate of potential sediment longshore transport ranges between 0.03 x105 and 2.8 x105 m3/year, due to significant wave height between 0,03 x105 and 4,1 x105 m3/year and between 0.1 x105 and 3.5 x105 m3/year due to maximum 1/10 values, while the transport direction is eastwards at the southern shoreline and northwards at the western shoreline.The high-resolution seismic reflection survey show the presence of thick layers of deltaic and prodeltaic deposits, with prograding reflectors, formed during relatively calm marine conditions. The boundary of the prodeltaic deposits is found at the depth of about 80 m, with the average thickness of the Holocene marine deposited sediments being about 85 m close to the shoreline and about 50 m 10 km away from it. Furthermore, the sedimentation rate for the deposits close to the shoreline was measured at about 4.5 mm/y and 2.5 mm/y at the deeper part. Four distinctive palaeo-shorelines were identified at the depths of about 15 m, 52 m, 77 m and 130 m below the present sea-level, corresponding to the transition from rapid to slow sea-level rise during the Upper Holocene, the 8.2 ka BP Cold Event, the Younger Dryas and the erosional surface of the Upper Pleistocene, respectively.According to the four most prevalent scenarios of IPCC by 2100, sea-level will rise by 0.33 m, 0.42 m, 0.60 m and 0.71 m, according to RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5 and High-End RCP8.5, flooding an area of 9.3 km2, 10.4 km2, 16.4 km2 and 19.8 km2, respectively. Regardless the prevailing scenario, it was estimated that for each 0.1 m of sea-level rise, the average land loss at the deltaic area is approximately 2.77 km2.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο «Μελέτη των υδροδυναμικών και ιζηματολογικών διεργασιών σχηματισμού και εξέλιξης του υποθαλάσσιου και παράκτιου Δέλτα του Αχελώου ποταμού» εκπονήθηκε με σκοπό την ολοκληρωμένη ανάλυση των χερσαίων, παραλιακών και θαλάσσιων διεργασιών που σχετίζονται με το σχηματισμό και την εξέλιξη του δέλτα του Αχελώου.Τα ποτάμια δέλτα αποτελούν περιοχές προτεραιότητας, τόσο λόγω του πλήθους και της ποικιλίας της χλωρίδας και πανίδας που φιλοξενούν, όσο και λόγω των φυσικών πόρων και των οικοσυστημικών υπηρεσιών που προσφέρουν στον άνθρωπο (1/10 του παγκόσμιου πληθυσμού κατοικεί κοντά σε δελταϊκές περιοχές). Εξαιτίας της ιδιαίτερης μορφολογίας τους, τα δέλτα έχουν αυξημένη τρωτότητα στην ανθρώπινη παρέμβαση στα κύματα καταιγίδας και στην παγκόσμια άνοδο της θαλάσσιας στάθμης.Η έκταση της λεκάνης απορροής του Αχελώου είναι 7530 km2, με το δελταϊκό πεδίο να αποτελεί το 4% της συνολικής λεκάνης απορροής (270 km2) και να έχει υψόμετρο μικρότερο των 20 m από τους πρόποδες της Πίνδου έως τις εκβολές, ενώ το υψόμετρο στο μεγαλύτερο μέρος της δελταϊκής πεδιάδας δεν ξεπερνάει τα 5 m. Κατά μήκος της κοίτης του Αχελώου έχουν κατασκευαστεί και λειτουργούν έξι υδροηλεκτρικά φράγματα, τα οποία παγιδεύουν στους συνοδούς ταμιευτήρες ίζημα από το 65% της λεκάνης απορροής, ενώ κατά μήκος της παράκτιας περιοχής έχουν κατασκευαστεί τεχνικά έργα για την προστασία έναντι της διάβρωσης.Η παράκτια περιοχή του Αχελώου έχει διαβρωθεί σημαντικά τα τελευταία 75 χρόνια, με μέσο ρυθμό οπισθοχώρησης περίπου 1,2 m/y, ο οποίος ήταν αρκετά εντονότερος κατά την περίοδο 1945-1971, όταν δεν είχαν αρχίσει να κατασκευάζονται παράκτια αντιδιαβρωτικά έργα, φτάνοντας ανά τμήματα να παρατηρούνται ρυθμοί υποχώρησης της ακτογραμμής άνω των 7 m/y. Η συνολική απώλεια γης για όλη την περιοχή μελέτης κατά την περίοδο 1945-2020 ήταν 1,63 km2, ενώ από αυτό το εμβαδό σχεδόν το μισό αφορά τις σύγχρονες εκβολές, ως απόρροια της επίδρασης των φραγμάτων στα ανάντη του Αχελώου. Ως αποτέλεσμα, η σύγχρονη μορφή του δέλτα (κατά Galloway) τείνει να αποκτήσει τα χαρακτηριστικά τύπου δέλτα στο οποίο κυριαρχούν οι κυματικές διεργασίες, σε αντίθεση με την υπερίσχυση των ποτάμιων διεργασιών κατά το παρελθόν. Η παράκτια και θαλάσσια περιοχή καλύπτεται γενικά από αμμώδη ιζήματα έως το βάθος των 10 m, τα οποία μεταπίπτουν προς τα ανοικτά σε πιο λεπτόκοκκα ιζήματα. Η μορφολογία της παράκτιας περιοχής είναι τυπική μιας δελταϊκής απόθεσης τύπου Gilbert, ενώ από το βάθος των περίπου 2 m έως το βάθος των 10 m υπάρχει έντονη παρουσία λειμώνων Posidonia oceanica.Το κυματικό καθεστώς που επικρατεί στην περιοχή του δέλτα περιλαμβάνει κύματα ανοιχτής θάλασσας, που προέρχονται από ΝΔ, Δ και ΒΔ διευθύνσεις, με μέση τιμή ύψους κύματος 0,6 m, σημαντικού ύψους 0,9 m και μέση τιμή του 1/10 των μέγιστων τιμών 1,3 m. Οι μέγιστες τιμές ύψους κύματος που παρατηρήθηκαν κυμαίνονται από 2,2 m έως 3,2 m και οι τιμές που αντιστοιχούν στις θαλάσσιες καταιγίδες είναι 2,64 m η μέγιστη και 2 m η μέση τιμή για όλα τα επεισόδια. Το μέγιστο βάθος κινητοποίησης των ιζημάτων πυθμένα είναι 4,7 m, ενώ το βάθος θραύσης σε μέσο βάθος 1,4 m και το μέσο ύψος θραύσης του κύματος 1 m.Η μέση δυνητική επιμήκης παραλιακή στερεομεταφορά κυμαίνεται μεταξύ 0,03 x105 και 2,8 x105 m3/y, βάσει των τιμών σημαντικού ύψους κύματος μεταξύ 0,03 x105 και 4,1 x105 m3/y και μεταξύ 0,1 x105 και 3,5 x105 m3/y για το 1/10 των μέγιστων τιμών ύψους κύματος, ενώ η φορά της στερεομεταφοράς στη νότια δελταϊκή ακτογραμμή είναι προς τα ανατολικά και στο δυτικό τμήμα προς το βορρά.Με βάση τα αποτελέσματα της υψηλής διακριτικότητας σεισμικής στρωματογραφίας, εντοπίστηκαν δελταϊκά και προδελταϊκά ιζήματα σε στρώματα μεγάλου πάχους, που αποτέθηκαν σε σχετικά ήρεμο περιβάλλον και διαθέτουν χαρακτηριστικούς ανακλαστήρες δελταϊκής προέλασης σε μια λεκάνη γενικά προστατευμένη από έντονες θαλάσσιες διεργασίες. Το όριο της προδελταϊκής περιοχής όπου αποσφηνώνονται αυτές οι αποθέσεις βρίσκεται σε βάθος περίπου 80 m, με το μέσο όρο του πάχους του ολοκαινικού καλύμματος να είναι περίπου 85 m κοντά στην ακτογραμμή, το οποίο σε απόσταση περίπου 10 km από αυτή, φτάνει τα 50 m. Αντίστοιχα, ο μέσος ρυθμός ιζηματογένεσης για την περιοχή κοντά στην ακτογραμμή είναι περίπου 4,5 mm/y, ενώ βαθύτερα των προδελταϊκών αποθέσεων μειώνεται στα 2,5 mm/y. Αναγνωρίστηκαν τέσσερις παλαιοακτές σε βάθη περίπου 15 m, 52 m, 77 m και 130 m από τη σημερινή επιφάνεια της θάλασσας, που αντιστοιχούν στη μετάβαση από τη γρήγορη στην αργή άνοδος της θαλάσσιας στάθμης στο ανώτερο Ολόκαινο, στο ψυχρό επεισόδιο των 8,2 ka BP, στο Younger Dryas, και στη διαβρωσιγενή επιφάνεια του ανώτερου Πλειστοκαίνου, αντίστοιχα.Σύμφωνα με την ανάλυση των τεσσάρων επικρατέστερων σεναρίων του IPCC για την άνοδο της θαλάσσιας στάθμης έως το 2100 (RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5 και High-End RCP8.5), αυτή θα ανέβει κατά 0,33 m, 0,42 m, 0,60 m και 0,71 m, ανάλογα με το σενάριο που θα επικρατήσει, κατακλύζοντας επιφάνεια 9,3 km2, 10,4 km2, 16,4 km2 και 19,8 km2, αντίστοιχα. Ανεξάρτητα του σεναρίου που θα επικρατήσει, υπολογίστηκε ότι για κάθε 0,1 m ανόδου της στάθμης, ο μέσος όρος απώλειας γης είναι περίπου 2,77 km2.