Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η αριθμητική μέθοδος προσομοίωσης μεγάλων κυμάτων (LWS), για τη μελέτη της τυρβώδους ροής που αναπτύσσεται κατά τη θραύση κυμάτων (θραύση εκχείλισης) πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης. Κατά τη μέθοδο LWS, οι μεγάλες κλίμακες των τυρβωδών διακυμάνσεων της ταχύτητας και της ελεύθερης επιφάνειας επιλύονται αριθμητικά, ενώ η επίδραση των μικρών κλιμάκων λαμβάνεται υπόψη με τη χρήση υποπλεγματικού (subgrid scale ή SGS) μοντέλου τάσεων, αντίστοιχο της μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων δινών LES. Η θραύση εκχείλισης προσομοιώνεται από τη δράση των SGS τάσεων, οι οποίες δημιουργούν το στρόβιλο θραύσης και παράγουν εγκάρσια στροβιλότητα στο μέτωπο του κύματος. Η μέθοδος LWS εφαρμόζεται σε σύζευξη με τις εξισώσεις Euler και των αντιστοίχων μη-γραμμικών οριακών συνθηκών. Επιπλέον, ως σημείο αναφοράς χρησιμοποιείται η προσομοίωση της θραύσης εκχείλισης με μοντέλο επιφανειακού στροβίλου, κατά το οποίο η επίδραση του στροβίλου θραύσης υπολογίζεται εμπειρικά. Το μοντέλο προσαρμόζεται στις εξισώσεις δισδιάστατης μη συνεκτικής ροής, με τη χρήση κατάλληλα τροποποιημένων οριακών συνθηκών. Παρουσιάζονται αποτελέσματα δισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα στην ακτογραμμή, και τρισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα και υπό γωνία ως προς την ακτογραμμή. Γενικά, τα αποτελέσματα της ελεύθερης επιφάνειας και του πεδίου ταχυτήτων στη ζώνη απόσβεσης, κατά την θραύση κυμάτων κάθετα στην ακτογραμμή και πάνω από πυθμένα κλίσης 1/35, δείχνουν ικανοποιητική συμφωνία με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις. Ωστόσο, παρά την ασθενή μεταβολή της ροής εγκάρσια στην ακτογραμμή, παρατηρείται ότι, λόγω της τρισδιάστατης δομής του στροβίλου, ο μηχανισμός της θραύσης προσομοιώνεται ικανοποιητικότερα από τη μέθοδο LWS, όταν αυτή συνδυάζεται με τρισδιάστατο πεδίο ροής. Τέλος, εξετάζεται η διάδοση και η θραύση κυμάτων πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης 1/35, τα οποία προσπίπτουν στην ακτογραμμή υπό γωνία 42,45 μοιρών σε μεγάλο βάθος. Οι κορυφογραμμές του κύματος θραύονται σταδιακά και η δράση των SGS τάσεων παράγει εγκάρσια και διαμήκη στροβιλότητα. Ο στρόβιλος θραύσης αναπτύσσεται κατά μήκος των θραυομένων κορυφογραμμών, με γωνία προσανατολισμού αντίστοιχη της γωνίας πρόσπτωσης κύματος στη γραμμή θραύσης. / A method named Large Wave Simulation is presented, for the study of turbulent flow that develops during wave breaking (spilling breakers) over a constant-slope bed. According to LWS method, large scales of velocity field and free-surface elevation are numerically resolved, whereas the corresponding subgrid scale (SGS) effects are accounted for by a SGS stress model, equivalent to the ones used in Large Eddy Simulation (LES) method. Spilling breaking is simulated by a SGS stress field that creates an eddy breaker and produces spanwise vorticity at the breaking wave front. LWS method is used in conjuction with the Euler equation and the corresponding nonlinear boundary conditions. Moreover, as a reference, a surface roller (SR) model is used for the simulation of spilling breaking, which necessitates empirical parameters, for the calculation of the eddy breaker effect. The SR model is adapted for two-dimensional, inviscid but rotational free-surface flow, by use of appropriately modified boundary conditions. Results of two-dimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly to the shoreline, are presented, as well as results of threedimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly and obliquely to the shoreline. In the case of waves breaking perpendicularly to the shoreline over a constant slope (1/35) bed, free-surface elevation and velocities results are in accordance with existing experimental data. However, despite of the flow being weakly dependent to the cross-shore direction, due to the fact that the eddy breaker is three-dimensional, LWS method performs better when combined with a three-dimensional flow field. Finally, oblique wave propagation (42,45 degrees at deep water) and breaking over a constant-slope (1/35) bed is simulated. Wave crestlines break gradually and the effect of the SGS stress field produces spanwise (longshore) and streamwise (cross-shore) vorticity. The eddy breaker develops along the breaking wave front and its orientation follows the shape of the breaking crestlines.

Η έννοια του περιβάλλοντος στις μέρες μας αποτελεί ίσως ένα από τα πλέον καυτά θέματα συζήτησης όχι μόνο στους κόλπους της επιστημονικής κοινότητας αλλά και στην καθημερινότητα των σύγχρονων ανθρώπων. Η παρουσία του ανθρώπου σε ένα οικοσύστημα, το οποίο έχει προσαρμοστεί στις ανάγκες του και τροποποιηθεί ανάλογα, με στόχο να καλύπτει τις απαιτήσεις του έχει ως αποτέλεσμα να δέχεται εισροές από το εξωτερικό περιβάλλον και να παράγει εισροές με την σειρά του για άλλα συστήματα. Σήµερα η απειλή από ένα πλήθος περιβαλλοντικών πιέσεων καθιστά αναγκαία τη γνώση εκείνων των παραγόντων που οδηγούν στην υποβάθµιση των υδάτινων οικοσυστηµάτων. Μια από τις πλέον επιβαρυντικές δραστηριότητες του ανθρώπου όσο αναφορά την ποιότητα των υδάτων είναι η γεωργία. Η ευρεία και τις περισσότερες φορές ανεξέλεγκτη χρήση αγροχημικών σκευασμάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως από τους καλλιεργητές με κύριο στόχο την αύξηση της απόδοσης της αγροτικής παραγωγής τους, αλλά και την προστασία των προϊόντων αυτής από τη δράση επιβλαβών οργανισμών, έχει ως αποτέλεσμα την επιβάρυνση των υδάτων με υψηλές συγκεντρώσεις ρυπογόνων ή και τοξικών χημικών ουσιών. Αντικείµενο της παρούσας µελέτης είναι η έρευνα και καταγραφή των θρεπτικών στοιχείων καθώς και άλλων παραμέτρων στο νερό των ποταμών, των ρεμάτων και της θαλάσσιας ακτογραμμής, των αγροτικών κατά κύριο λόγο περιοχών που επιλέχθηκαν για μελέτη. Επιχειρείται η διερεύνηση της επιρροής των γεωργικών απορροών στο υδάτινο παράκτιο περιβάλλον μέσω της διακίνησης και κατανομής μακροστοιχείων που αποτελούν και τα κύρια συστατικά των εφαρμοζόμενων λιπασμάτων. / -

Τα παράκτια μεταβατικά οικοσυστήματα όπως οι λιμνοθάλασσες και οι αλυκές, αποτελούν δυναμικά οικοσυστήματα και παρουσιάζουν έντονες χωρικές και χρονικές διακυμάνσεις, αφού ως οικότονοι μεταξύ ξηράς και θάλασσας, δέχονται την ταυτόχρονη επίδραση χερσαίου και θαλάσσιου περιβάλλοντος. Παράλληλα είναι οικοσυστήματα υψηλής παραγωγικότητας, αφού φιλοξενούν είδη με υψηλή πρωτογενή παραγωγικότητα. Τα υδρόβια μακρόφυτα αποτελούν δομικά και λειτουργικά στοιχεία των οικοσυστημάτων αυτών και σύμφωνα με την Οδηγία Πλαίσιο 2000/60/ΕΕ, αποτελούν ποιοτικά στοιχεία και χρησιμοποιούνται ως βιοδείκτες για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, διερευνήθηκαν οι σχέσεις μεταξύ αβιοτικών και βιοτικών παραμέτρων της υδάτινης στήλης, στις λιμνοθάλασσες Κοτύχι και Πρόκοπο της ΒΔ Πελοποννήσου και στις αλυκές Λάρνακας και στον υγρότοπο Ακρωτηρίου (Αλυκές Ακρωτηρίου, λιβάδι Φασουρίου) της Κύπρου. Πραγματοποιήθηκαν μηνιαίες δειγματοληψίες κατά την βλαστητική περίοδο των ετών 2006, 2007 και 2008, στην διάρκεια των οποίων καταγράφηκαν οι φυσικοχημικές παράμετροι των υδάτων, όπως βάθος (m), διαφάνεια (m), θερμοκρασία (οC), αλατότητα (‰), αγωγιμότητα (mS/cm), διαλυμένο οξυγόνο (mg/l), pH, ολικά αιωρούμενα στερεά (mg/l), φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία- PAR ενώ υπολογίστηκαν οι συγκεντρώσεις της Chl-α (mg/m3) η αλκαλικότητα (mg/l), η συγκέντρωση των θρεπτικών αλάτων φωσφόρου-SRP (mg/l) και αζώτου - NO2-N, NO3-N και ΝΗ4-Ν (mg/l), καθώς και η σταθερά απορρόφησης Κ (m-1) της υδάτινης στήλης. Παράλληλα συλλέχθηκαν ποσοτικά και ποιοτικά δεδομένα που αφορούν τη δομή των μακροφυτικών κοινωνιών, καθώς και την χωρική και χρονική διακύμανση της κατανομής και της ανάπτυξης των μακροφυτικών ειδών που απαντώνται στις λιμνοθάλασσες και στις αλυκές. Τέλος διερευνήθηκαν οι σχέσεις μεταξύ αβιοτικών παραμέτρων και ειδών μακροφύτων και εξετάστηκαν οι πιθανοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη και την κατανομή των μακροφύτων. Για την διερεύνηση της δομής των μακροφυτικών κοινωνιών, την ταξινόμηση της υδρόβιας βλάστησης σε ευδιάκριτες ομάδες, καθώς και την ομαδοποίηση των σταθμών δειγματοληψίας ανάλογα με την σύνθεση της βλάστησης τους, εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι ταξινόμησης TWINSPAN και MDS. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης οι συντελεστές συσχέτισης Pearson (r) και Kendall (tau-b), προκειμένου να εξεταστεί η ύπαρξη πιθανών συσχετίσεων μεταξύ των φυσικοχημικών παραμέτρων, αλλά και μεταξύ βιοτικών και αβιοτικών παραμέτρων, ενώ πραγματοποιήθηκε ανάλυση διασποράς (one-way ANOVA) προκειμένου να διαπιστωθούν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των περιοχών μελέτης, αλλά και μεταξύ των διαφορετικών ομάδων βλάστησης. Τέλος, για την διερεύνηση των αβιοτικών παραμέτρων που επηρεάζουν την ανάπτυξη και την κατανομή των μακροφύτων, εφαρμόστηκε η μέθοδος ανάλυσης κανονικών αντιστοιχιών CCA (Canonical Correspondence Analysis). Στις τέσσερις περιοχές μελέτης καταγράφηκαν συνολικά 29 taxa μακροφύτων, τα οποία ταξινομήθηκαν σε έξι ομάδες βλάστησης. Πέντε taxa από αυτά, αναφέρονται για πρώτη φορά στην Κύπρο. Τα είδη με την μεγαλύτερη αφθονία στις περιοχές μελέτης ήταν τα Ruppia cirrhosa, Potamogeton pectinatus, Najas marina ssp. armata, Althenia filiformis, Lamprothamnium papulosum και Ulva lactuca. Η βιομάζα των κυρίαρχων ειδών παρουσίασε εποχικές διακυμάνσεις με τις μέγιστες τιμές να καταγράφονται την άνοιξη και το καλοκαίρι. Στις λιμνοθάλασσες Κοτύχι και Πρόκοπο παρατηρήθηκε οικολογική διαδοχή ειδών στη διάρκεια της βλαστητικής περιόδου, η οποία μπορεί να αποδοθεί σε σημαντικές αλλαγές του αβιοτικού περιβάλλοντος (π.χ. αλατότητας), όπως η αντικατάσταση του είδους Potamogeton pectinatus από το αγγειόσπερμο Ruppia cirrhosa, ενώ η εμφάνιση ευτροφικών φαινομένων με σημαντική αύξηση της βιομάζας ευκαιριακών ειδών (π.χ. χλωρόφυτα), οδήγησε στην μείωση της βιομάζας των αγγειοσπέρμων. Στις αλυκές Λάρνακας και Ακρωτηρίου η βιομάζα κυμάνθηκε σε πολύ χαμηλά επίπεδα πιθανώς λόγω των πολύ ψηλών τιμών αλατότητας. Τις υψηλότερες τιμές βιομάζας παρουσίασε το αγγειόσπερμο Althenia filiformis τον Απρίλιο. Την βλαστητική περίοδο 2008 οι μεγαλύτερες τιμές αλατότητας που καταγράφηκαν στις αλυκές Λάρνακας και Ακρωτηρίου, δεν ευνόησαν την ανάπτυξη μακροφύτων. Αντίθετα στο λιβάδι Φασουρίου όπου η αλατότητα ήταν σημαντικά χαμηλότερη, η βιομάζα του κυρίαρχου Najas marina ssp. armata κυμάνθηκε σε υψηλές τιμές με τις μεγαλύτερες να καταγράφονται τον Ιούνιο. Από την διερεύνηση των μορφομετρικών χαρακτηριστικών του αγγειόσπερμου Ruppia cirrhosa, προέκυψε ότι η πυκνότητα των πληθυσμών του είδους κυμάνθηκε στα ίδια επίπεδα με άλλες λιμνοθάλασσες της Μεσογείου (449–5120 βλαστοί/m2), ενώ παρουσίασε θετική συσχέτιση με την θερμοκρασία και αρνητική συσχέτιση με την συγκέντρωση ολικού φωσφόρου. Το μήκος των φύλλων συσχετίστηκε θετικά με την συγκέντρωση των όξινων ανθρακικών ιόντων, τα οποία σε χαμηλές συγκεντρώσεις μπορεί να αποτελέσουν περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη των μακροφύτων. Η μεγαλύτερη ποικιλότητα μακροφύτων (δείκτης Shannon-Weaner) καταγράφηκε στην λιμνοθάλασσα Πρόκοπο, ενώ οι αλυκές Λάρνακας παρουσίασαν την χαμηλότερη ποικιλότητα, πιθανά λόγω του ότι οι υψηλές τιμές αλατότητας δεν ευνοούν την ανάπτυξη πολλών ειδών μακροφύτων. Η εφαρμογή του δείκτη οικολογικής αξιολόγησης ΕΕΙ (Ecological Evaluation Index) για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτων με την χρήση των μακροφύτων ως βιοδεικτών, είχε ως αποτέλεσμα την ταξινόμηση της ποιότητας των υδάτων της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου ως Μέτρια, της λιμνοθάλασσας Πρόκοπος και των αλυκών Λάρνακας ως Καλή, ενώ του υγρότοπου Ακρωτηρίου μπορούν να χαρακτηριστούν ως Υψηλής οικολογικής ποιότητας. Oι σημαντικότερες περιβαλλοντικές παράμετροι που καθορίζουν την σύνθεση των ομάδων βλάστησης, αλλά και την εξάπλωση των ειδών των μακροφύτων στις περιοχές έρευνας, είναι το υδατικό ισοζύγιο, η αλατότητα και οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών αλάτων. Στα πλαίσια προστασίας και διατήρησης των παράκτιων αυτών υγροτόπων, προτείνεται ο σχεδιασμός ενός μόνιμου δικτύου παρακολούθησης βιοτικών και αβιοτικών παραμέτρων και η διεξαγωγή συστηματικής έρευνας με την πραγματοποίηση οικολογικών μελετών χρησιμοποιώντας βιοτικά στοιχεία για την εκτίμηση της οικολογικής τους ποιότητας. Επίσης, η λήψη διαχειριστικών μέτρων για τον περιορισμό της εισροής θρεπτικών στους υγρότοπους, κρίνεται επιτακτική αφού η εμφάνιση ευτροφικών φαινομένων αποτελεί διαρκεί απειλή για τα υδάτινα οικοσυστήματα. Η απαγόρευση καταπάτησης των οικοτόπων, της απόρριψης σκουπιδιών, της βόσκησης και της θήρευσης, μπορεί να υλοποιηθεί με την λήψη και εφαρμογή αυστηρών μέτρων, καθώς και με την φύλαξη των περιοχών αυτών. Η περίφραξη και η σηματοδότηση επιλεγμένων σημείων, ο καθαρισμός απορριμμάτων, η απομάκρυνση ξενικών ειδών και ο καθαρισμός των καναλιών που συλλέγουν και διοχετεύουν νερό από την λεκάνη απορροής στους υγρότοπους, μπορούν να βοηθήσουν στην διατήρηση των υγροτόπων και την βελτίωση της οικολογικής τους κατάστασης. Επίσης, η πραγματοποίηση ειδικών περιβαλλοντικών μελετών πρέπει πάντα να προηγείται της υλοποίησης κάθε μορφής έργων. Τέλος η ενημέρωση και ευαισθητοποίηση του κοινού με την απρόσκοπτη λειτουργία κέντρων περιβαλλοντικής ενημέρωσης και φορέων διαχείρισης των περιοχών αυτών, κρίνεται απαραίτητη προκειμένου οι υγρότοποι να προστατευτούν και να αποφευχθεί η σταδιακή υποβάθμιση τους. / Lagoons and other coastal wetlands are shallow aquatic environments located in the transitional zone between terrestrial and marine ecosystems, which can span from freshwater to hypersaline conditions depending on their water balance. They exhibit an extreme spatial and temporal variability of environmental parameters and are recognized as highly productive ecosystems. Aquatic macrophytes are key structural and functional components of aquatic ecosystems. As photosynthetic sessile organisms being at the base of food web, are vulnerable and adaptive to human and environmental stress. They respond to aquatic environment representing reliable indicators of its changes and are mentioned in the WFD as biological quality elements for the ecological classification of transitional and coastal waters. In the present work, the relationships between biotic and abiotic parameters of the water column were investigated in coastal lagoons of Kotychi and Prokopos (NW Peloponnisos, Greece), Larnaca salt lakes and Akrotiri wetland (Cyprus). Monthly samplings were conducted during the vegetative periods of the years 2006, 2007 and 2008 and water parameters such as depth (m), transparency (m), temperature (οC), salinity (‰), conductivity (mS/cm), dissolved oxygen (mg/l), pH, photosynthetic active radiation – PAR and attenuation coefficient K (m-1) were recorded in situ, while Chl-α (mg/m3), total suspended matter (mg/l), alkalinity and nutrients of nitrogen and phosphorus (mg/l) were determined in the laboratory. Quantitative and qualitative data concerning aquatic macrophyte flora were recorded during the same period, such as species composition, community structure, spatial and temporal variations of species abundance and the succession of submerged macrophytes in relation to the main environmental factors. The aquatic macrophytic community was distinguished in different vegetation groups using TWINSPAN and MDS techniques. Correlations between environmental parameters were tested using Pearson and Kendall correlation tests, while One –way ANOVA was used to determine statistical significant differences of environmental variables between different study areas and distinguished plant groups. Finally CCA was performed in order to examine relationships between the species abundance and environmental variables. In total, 29 taxa were recorded in all four study areas and were classified in six vegetation groups. Five species were recorded for the first time in the island of Cyprus. The most abundant species were Ruppia cirrhosa, Potamogeton pectinatus, Najas marina ssp. armata, Althenia filiformis, Lamprothamnium papulosum και Ulva lactuca. The biomass of dominant species showed seasonal variations and maximum biomass values were recorded in late spring and summer. In Kotychi and Prokopos lagoons, the replacement of Potamogeton pectinatus by Ruppia cirrhosa was recorded, probably due to significant increase of salinity. In other parts of the lagoons, the replacement of macrophyte beds due to increased macroalgal proliferation was also recorded. In Larnaca and Akrotiri salt lakes, biomass values were significantly lower as a result of high salinity values. The most abundant species was Althenia filiformis (biomass peak in April). During the vegetative period of 2008, extreme salinity values were recorded as a result of reduced rainfall. High salinity values resulted in scarse occurrence of macrophytes in the salt lakes during this period. In Fasouri marsh, which is characterized by minimum salinity values, the dominant species Najas marina ssp. armata showed high biomass values (peak in June). Regarding the results of Ruppia cirrhosa population’s density in Kotychi lagoon (449-5120 shoots/m2), they were comparable with data from other Mediterranean lagoons. Meadows density was positively correlated with temperature and negatively correlated with total phosphorus. Leaf length showed positive correlation with bicarbonate ions, which can be a restrictive factor for the growth of macrophytes. The highest macrophyte diversity (Shannon-Weaner index) was found in Prokopos lagoon, whereas Larnaca salt lakes had the lowest values, probably due to high salinity. The implementation of EEI (Ecological Evaluation Index) for the assessment of the ecological quality of coastal and transitional waters, showed that Kotychi lagoon was classified into Moderate ecological class. Prokopos lagoon and Larnaca salt lakes were classified into Good ecological class and finally Akrotiri wetland was classified into High ecological class. Hydrological regime, salinity and nutrient concentrations seem to be the key factors controlling macrophyte composition, community structure and species abundance. For the conservation and management of these coastal and transitional wetlands, we propose the development of a monitoring network for biotic and abiotic parameters. Ecological studies for the evaluation of ecological quality of the wetlands according to the WFD 200/60/EU and implementation of management practices for the reduction of nutrient inflows in the wetlands are needed, in order to reduce eutrophication phenomena, which are a severe threat for the ecological balance of the wetlands. The encroachment of wetlands, hunting and waste discharges, should be prohibited by law. Finally, the increase of public environmental awareness will have significant results in the conservation of coastal wetlands.