Υδρολογική διερεύνηση του φράγματος της Πύλης Τρικάλων με εφαρμογή του κλιματικού μοντέλου RCAO

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή μελέτη εκπονήθηκε στο εργαστήριο γεωργικής υδραυλικής της Σχολής Γεωπονικών Επιστημών, Τμήματος Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής και Αγροτικού Περιβάλλοντος, υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. Χαλκίδη Ηρακλή. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η εκτίμηση των μελλοντικών υδρολογικών δεδομένων της περιοχής Πύλης Τρικάλων του Δήμου Τρικάλων, που υπάγεται στην Περιφέρεια Θεσσαλίας, με βάση τα μελλοντικά σενάρια ύψους βροχής που λήφθηκαν με τη χρήση του περιοχικού μοντέλου Hirham του προγράμματος Prudence. Με αυτό τον τρόπο θα υπολογισθεί ο συνολικός όγκος νερού που θα υπάρχει στο φράγμα της περιοχής, και θα είναι διαθέσιμος για την άρδευση των κατάντη καλλιεργητικών στρεμμάτων, τα οποία αγγίζουν τα 80.000 στρέμματα, αλλά και για την ύδρευση της γύρω περιοχής για την οποία θα χρειαστούν περί τα 6 εκατομμύρια κυβικά μέτρα νερού. Για την υλοποίηση των παραπάνω, σε πρώτη φάση, κατέστη αναγκαία η χρήση του τοπογραφικού προγράμματος ArcGIS, για την σχηματική απεικόνιση της υδρολογικής λεκάνης καθώς και της θέσης κατασκευής του φράγματος πάνω στον γεωγραφικό χάρτη της περιοχής, μέσω γεωαναφοράς. Εν συνεχεία λάβαμε από το Τμήμα Υδρολογικών Έργων της Περιφέρειας Θεσσαλίας, στοιχεία σχετικά με τα υδρολογικά δεδομένα της περιοχής όπως τα μηνιαία ύψη βροχών, τις απαιτήσεις των τοπικών καλλιεργειών σε νερό και τις υδατικές απώλειες της περιοχής καθώς επίσης και τα χαρακτηριστικά του υπό κατασκευήν φράγματος αλλά και τις συνολικές καλλιεργούμενες εκτάσεις που θα πρέπει να αρδευτούν. Έπειτα, χρησιμοποιήσαμε τις μηνιαίες τιμές βροχόπτωσης του κλιματικού μοντέλου Hirham για την περίοδο 1960-1990, και με εφαρμογή της μεθόδου διπλής αθροιστικής καμπύλης ανάμεσα στα υδρολογικά δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού της περιοχής και στα δεδομένα του μοντέλου, καταλήξαμε στην εξαγωγή μιας μαθηματικής σχέσης που εκφράζει την συσχέτισή τους. Με αυτό τον τρόπο μπορέσαμε να εξετάσουμε την εγκυρότητα του κλιματικού μοντέλου, ώστε να χρησιμοποιήσουμε την ίδια σχέση και για τα μελλοντικά δεδομένα που προέβλεφε το μοντέλο (2070-2100) και να υπολογίσουμε τα μηνιαία ύψη βροχών για την περιοχή μας εκείνη την περίοδο. Έτσι, έχοντας πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα του νερού που θα εισρεύσει στην περιοχή λόγω βροχοπτώσεων, τις απαιτήσεις των καλλιεργειών σε νερό, τις απώλειες νερού λόγω εξάτμισης και διήθησης και τα χαρακτηριστικά του φράγματος, προχωρήσαμε στην επεξεργασία αυτών των δεδομένων για να μπορέσουμε να εκτιμήσουμε το υδατικό ισοζύγιο στο φράγμα, κατά την αρδευτική περίοδο του διαστήματος 2070-2100. Αφού λοιπόν υπολογίσαμε το υδατικό ισοζύγιο για την περίοδο 2070-2100, εξετάσαμε το ενδεχόμενο να μην υπάρχουν καθόλου ατμοσφαιρικές εισροές κατά την διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών συν του μήνα Μάίου για την περίοδο αυτή. Ακόμη, ένα άλλο σενάριο που εξετάστηκε, αφορούσε τον υπολογισμό του υδατικού ισοζυγίου του φράγματος για την περίοδο 1960-1990, δεδομένου ότι θα είχε ήδη κατασκευαστεί το φράγμα, ώστε να εξεταστεί η αποτελεσματικότητά του και για την περίοδο εκείνη του παρελθόντος. Τέλος, συγκρίθηκαν οι μετρήσεις των υδατικών ισοζυγίων, μεταξύ των δύο αυτών χρονικών διαστημάτων, για να δοθεί έμφαση στις επιδράσεις της κλιματικής αλλαγής στα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα, αλλά και στην αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της Γης, η οποία επηρεάζει άμεσα τις υδατικές ανάγκες των καλλιεργειών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν, λοιπόν, είναι ότι κατά την μελλοντική περίοδο 2070-2100 ο συνολικός όγκος του νερού που θα κατακρημνιστεί στην περιοχή και θα εισρεύσει στο φράγμα μέσω απορροής, θα είναι αρκετός για να καλυφθούν οι ανάγκες των κατάντη στρεμμάτων, συμπεριλαμβανομένων των απωλειών εξαιτίας της εξάτμισης. Συγκεκριμένα, το φράγμα θα είναι γεμάτο κατά την έναρξη των αρδευτικών μηνών (Μάιο- Αύγουστο), δηλαδή θα περιέχει 64 εκατομμύρια κυβικά μέτρα νερό, απ' τα οποία ο νεκρός όγκος συν τις ανάγκες ύδρευσης της περιοχής θα φτάσουν τα 23 εκατομμύρια κυβικά νερό (17 εκ. + 6 εκ. m3). Συνεπώς, τα υπόλοιπα 41 εκατομμύρια κυβικά θα χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, που αγγίζουν τα 540,9 κυβικά μέτρα νερού ανά στρέμμα, άρα θα καλυφθούν συνολικά περίπου 75.800 στρέμματα καλλιεργούμενων εκτάσεων. Στο δεύτερο σενάριο, κατά το οποίο θεωρήσαμε ότι δεν θα υπάρχουν υδατικές εισροές αλλά μόνο εκροές κατά την διάρκεια των τεσσάρων μηνών άρδευσης, προέκυψε ότι παρόλο που το φράγμα θα είναι πάλι γεμάτο στην αρχή των αρδεύσεων, εξαιτίας της απουσίας των εισροών, δεν θα μπορέσουμε να καλύψουμε τις αρδευτικές ανάγκες όλων των μηνών, αφού παρατηρήθηκε μια έλλειψη της τάξης των 2 εκατομμυρίων κυβικών μέτρων νερού τον μήνα Αύγουστο. Στην περίπτωση της μελέτης του παρελθόντος, εξαγάγαμε το συμπέρασμα ότι αν υπήρχε φράγμα εκείνη την περίοδο (1960-1990), η λειτουργία του θα κρίνονταν αποτελεσματική, καθώς η ποσότητα των εισροών θα ήταν μεγαλύτερη απ' των εκροών συνεπώς θα καλύπτονταν όλες οι ανάγκες άρδευσης (525 ΓΠ3/στρέμμα) και μάλιστα θα υπήρχε και πλεόνασμα. Τέλος, απ' την σύγκριση των δύο χρονικών περιόδων, εξαιτίας των κλιματικών αλλαγών που προκύπτουν (αύξηση θερμοκρασίας περιβάλλοντος, αύξηση ακραίων καιρικών φαινομένων κ.τ.λ.) παρατηρείται μια αύξηση τόσο των αρδευτικών αναγκών των καλλιεργειών (από 525 ηη3/στρέμμα -> 540,9 Γπ3/στρέμμα) όσο και των υδατικών εισροών, μέσω των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων, τα οποία έχουν ως συνέπεια μείωση της συνολικής έκτασης που δύναται να καλύψει το φράγμα κατά 3%, καθώς η αύξηση κατά 0,008% του συνολικά διαθέσιμου νερού που παρατηρείται είναι ανεπίσχετη και δεν μπορεί να επηρεάσει την ποσότητα των αρδευομένων εκτάσεων.