ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΡΔΕΥΣΗΣ ΣΤΑ ΑΛΑΤΟΥΧΑ ΚΑΙ ΝΑΤΡΙΩΜΕΝΑ ΕΔΑΦΗ ΤΟΥ ΚΑΤΩ ΡΟΥ ΑΧΕΛΩΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ GIS

Transcript

1 ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΑΡΔΕΥΣΗΣ ΣΤΑ ΑΛΑΤΟΥΧΑ ΚΑΙ ΝΑΤΡΙΩΜΕΝΑ ΕΔΑΦΗ ΤΟΥ ΚΑΤΩ ΡΟΥ ΑΧΕΛΩΟΥ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ GIS Σταυρινός E. 1 Μπαρούχας Π. 2 και Μαλάμος Ν. 2 1 Δ/νση Σχεδιασμού Εγγ/κών Έργων & Αξιοπ/σης Εδαφικών Υδατικών Πόρων, ΥΠΑΑΤ, Αθήνα 10445, estav2@yahoo.gr, 2 Τμήμα Μηχανολόγιας & Υδάτινων Πόρων, ΤΕΙ Μεσσολογίου, Μεσολόγγι, pbar@teimes.gr, nmalamos@teimes.gr Περίληψη Η διαχείριση των αλατούχων και νατριωμένων γεωργικών εδαφών λόγω της κακής ποιότητας νερού άρδευσης ή της ανεπαρκούς στράγγισης παρουσιάζει ιδιαίτερο περιβαλλοντικό ενδιαφέρον σε επίπεδο λεκανών απορροής ποταμών. Στο πλαίσιο των αναγκαίων δράσεων αποκατάστασης της περιοχής των αρδευτικών δικτύων του κάτω ρου Αχελώου μελετήθηκαν α) μέτρα διατήρησης και ενίσχυσης των οικοσυστημάτων με τη βελτίωση των εδαφικών και υδατικών πόρων και β) εκτίμηση της αποδοτικότητας της χρήσης του αρδευτικού νερού των υποβαθμισμένων εδαφών, χρησιμοποιώντας τη χωρική μεταβολή της αποδοτικότητας χρήσης του νερού με Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π. G.I.S.). Με την εκτίμηση της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής (ETa) των καλλιεργειών υπολογίστηκε η ποσότητα του αρδευτικού νερού στα αλατούχα και νατριωμένα εδάφη, ως μέρος του ισοζυγίου στο ξηρό (1996) και το υγρό έτος (2008) με τη σταδιακή αντικατάσταση της μεθόδου άρδευσης με καταιονισμό από τη μέθοδο της στάγδην άρδευσης η οποία παρουσιάζει σαφώς καλύτερο βαθμό αποδοτικότητας εφαρμογής του νερού στα εδάφη της περιοχής μελέτης. Το 1996 χρησιμοποιήθηκε κυρίως η μέθοδος του καταιονισμού (70%), σε σχέση με τη στάγδην άρδευση (30%), ενώ αυτό αντιστράφηκε κατά το έτος 2008 (στάγδην 80%, έναντι καταιονισμού 20%) σε καλλιέργεια Αραβοσίτου και Μηδικής. Τα αποτελέσματα υπολογισμού και χωρικής μεταβλητότητας του δείκτη αποδοτικότητας του αρδευτικού συστήματος υποδεικνύουν τις περιοχές των προβληματικών αλατούχων και νατριωμένων εδαφών με υψηλές απώλειες σε αρδευτικό νερό, οι οποίες έχουν και μεγάλο περιθώριο βελτίωσης, ύστερα από αναδιάρθρωση του συστήματος μεταφοράς, διανομής ή εφαρμογής της άρδευσης. Λέξεις Κλειδιά: αλατούχα εδάφη, δείκτης αποδοδοτικότητας άρδευσης, Σ.Γ.Π, Αχελώος Εισαγωγή Η αυξανόμενη ζήτηση του αρδευτικού νερού εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύει το 70% των συνολικών αναγκών σε νερό στις Μεσογειακές χώρες ενώ στην χώρα μας το 86% (FAO, 1998). Στην περίμετρο των υφισταμένων αρδευτικών δικτύων και σε περιοχές χωρίς οργανωμένα δίκτυα στη χώρα μας η έλλειψη σχεδίων διαχείρισης των εδαφικών και υδατικών πόρων έχουν δημιουργήσει χρόνια προβλήματα ελλειμματικού

2 ισοζυγίου αρδευτικών υδάτων (ΥΠΑΑΤ, 2008). Με την Οδηγία 2000/60/EC (WFD) οι χώρες μέλη υποχρεούνται στην εκτίμηση και ανάκτηση του κόστους των υπηρεσιών ύδατος συμπεριλαμβανομένου του περιβαλλοντικού και του κόστους πόρου σύμφωνα με την αρχή «ο ρυπαίνων πληρώνει» (άρθρο 9). Ως εκ τούτου επιβάλλεται η διαχείριση των υδάτων στην γεωργία να πραγματοποιείται σε επίπεδο λεκάνης απορροής και για κάθε γεωργική εκμετάλλευση. Οι απαιτήσεις σε αρδευτικό νερό μεταξύ των γεωργικών περιοχών διαφοροποιούνται εξαρτώμενες από τις τοπικές μετεωρολογικές συνθήκες και τις εδαφικές ιδιότητες οι οποίες χρησιμεύουν στον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, ET r, κατά την αρδευτική περίοδο (Papazafiriou, 1984 ; ESDB, 2004). Σε λεκάνες απορροής μεγάλης έκτασης, περιοχές με ετερογενείς εδαφολογικές και κλιματολογικές συνθήκες όπου οι διαθέσιμες πληροφορίες είναι ανεπαρκείς ή ελλιπείς, η πραγματική εξατμισοδιαπνοή (ETa) παρέχει καλή εκτίμηση της χρήσης του νερού με την εφαρμογή σύγχρονων τεχνικών Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π. G.I.S.) και της δορυφορικής τηλεπισκόπησης υπολογισμού του ισοζυγίου σε αρδευτικό νερό (Bastiaanssen et al ; Chemin and Alexandridis, 2001). Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι δείκτες ισοζυγίου του νερού ή δείκτες λογιστικής νερού, όπως ο δείκτης αποδοτικότητας της άρδευσης, παρέχουν χρήσιμη και επαρκή πληροφορία διαχείρισης των εδαφικών και υδατικών πόρων σύμφωνα με το International Water Management Institute ( Molden and Sakthivadivel, 1999). Οι δείκτες υποβοηθούν στην κατανόηση της χρήσης των υδάτων και στον σχεδιασμό μέτρων βελτίωσης της υφιστάμενης διαχείρισης των υδατικών συστημάτων. Σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί η χωρική μεταβολή της αποδοτικότητας χρήσης του αρδευτικού νερού των υποβαθμισμένων αλατούχων και αλατούχων νατριωμένων εδαφών ώστε να προταθούν δράσεις αποκατάστασης διατήρησης και ενίσχυσης των οικοσυστημάτων στην περίμετρο των δικτύων του κάτω ρου Αχελώου, στο πλαίσιο των προτεραιοτήτων αγροτικής ανάπτυξης Υλικά & Μέθοδοι Η περιοχή μελέτης καλύπτει έκταση των αρδευτικών δικτύων 9Α, 9Β, 9Γ στον κάτω ρου του ποταμού Αχελώου σε γεωγραφικό πλάτος 38 21' 46" βόρειο και γεωγραφικό μήκος 21 9' 38" ανατολικό. Με βάση τη διάταξη των αρδευτικών δικτύων της περιοχής και φυσικό όριο το δέλτα του ποταμού Αχελώου διαπιστώνεται ότι τα αρδευόμενα εδάφη ha της περιοχής δεν αποτελούν ένα ενιαίο

3 εγγειοβελτιωτικό έργο με βάση τα εδαφολογικά και υδρολογικά τους χαρακτηριστικά. Οι δυσμενείς συνθήκες στράγγισης σε συνδυασμό με το ύψος βροχόπτωσης (800 mm) και τις υπεδάφιες απορροές έχουν δημιουργήσει συνθήκες υψηλής στάθμης στραγγιστικού νερού σε βάθη 30 έως 60 cm τους χειμερινούς μήνες με αποτέλεσμα την παρουσία υποβαθμισμένων αλατούχων και νατριωμένων εδαφών σύμφωνα με επί τόπου αναγνώριση και αναλύσεις εδαφικών δειγμάτων τα έτη 1986 και 2008 (ΥΠΑΑΤ, 2008). Εικόνα 1. Παθογενή εδάφη της περιοχής μελέτης Οι οριακές τιμές των παραμέτρων EC e, ESP(%) και ph της πάστας υδατοκορεσμού χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό και τη κατηγοριοποίηση των παθογενών εδαφών της περιοχής μελέτης όπως φαίνονται στον Πίνακα 1 (Brady and Weil, 2002, Μισοπολινός, 1991). Πίνακας 1. Οριακές τιμές παθογενών εδαφών Χαρακτηρισμός Έκταση1996 (ha) (%) ECe (ds.m -1 ) ph (-) ESP (%) Αλατούχα Αλατούχα- Νατριωμένα Χέρσα -Μη Αλατούχα- Νατριωμένα ,9 > 2 < 8,5 < ,2 < 2 > 8,5 > 15 Βελτιωμένα Εδάφη ,3 <2 <8,5 <15 Σύνολο ,0

4 Οι μέγιστες και ελάχιστες απαιτήσεις των καλλιεργειών σε αρδευτικό νερό υπολογίστηκαν με την εκτίμηση του υγρού και ξηρού έτους της χρονοσειράς των βροχοπτώσεων της περιοχής. Για το σκοπό αυτό υπολογίστηκε ο δείκτης simple wetness index: SWI = Βροχόπτωση / Εξάτμιση (1) όπου, SWI η τιμή του δείκτη, Βροχόπτωση η ετήσια βροχόπτωση (mm), Εξάτμιση η εξατμισοδιαπνοή αναφοράς ΕΤr(mm), όπως υπολογίστηκε για ευκολία (σε επίπεδο τιμών ξηρού και υγρού έτους) από τη μέθοδο Penman-Monteith (Doorenbos and Pruitt, 1977). Στη συνέχεια, υπολογίστηκε η ημερήσια εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας (ETc) με βάση τη μέγιστη, ελάχιστη και μέση θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία, τη ταχύτητα ανέμου και την ηλιακή ακτινοβολία των δεδομένων του Μετεωρολογικού Σταθμού Μεσολογγίου. Ειδικότερα, η εξατμισοδιαπνοή των καλλιεργειών στην περίμετρο των συλλογικών αρδευτικών δικτύων του ΓΟΕΒ Αχελώου υπολογίστηκε με τη μέθοδο που περιγράφεται στο FAO 1998, για τα ανοικτά δίκτυα (Βαθμός Απόδοσης 70%), με καταιονισμό (Βαθμός Απόδοσης 80%) και στάγδην άρδευσης (Βαθμός Απόδοσης 90%). Η ποσότητα του αρδευτικού νερού (ΑW n ) για τις ανάγκες των καλλιεργειών και την έκπλυση των αλάτων (LR) στα αλατούχα εδάφη της περιοχής μελέτης υπολογίστηκε με τη σχέση (2), ( Maas, 1990) AW n ETC 1 LR (2) όπου, EΤc (mm) η πραγματική εξατμισοδιαπνοή και LR (mm) το ελάχιστο ποσοστό επί πλέον αρδευτικού νερού για την έκπλυση των αλάτων του εδάφους στο βάθος του ριζοστρώματος (0-60 cm) σε προκαθορισμένο επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας του νερού άρδευσης EC w = 1,9 ds.m -1. Οι καθαρές σε αρδευτικό νερό ανάγκες (AW n ) πολλαπλασιαζόμενες με την έκταση της κάθε καλλιέργειας δίνουν τον καθαρό όγκο νερού άρδευσης. Η ειδική παροχή του δικτύου σε (lt/sec/ha) χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της αποδοτικότητας της άρδευσης κάθε ζώνης των καλλιεργούμενων παθογενών εδαφών της περιοχής και υπολογίστηκε με την παρακάτω εξίσωση (3) για τα δύο έτη αναφοράς:

5 AW q0 n *1000 (3) 31* 24 *3600 όπου ΑW n το καθαρό ύψος αναγκών σε αρδευτικό νερό των καλλιεργειών σε mm/ημέρα κατά το μήνα αιχμής (Ιούλιο) για κάθε καλλιέργεια ανά 24ωρο. Στην ζώνη παθογενών εδαφών η μέση ειδική παροχή της κάθε κατηγορίας εδαφών αποδίδει το δείκτη αποδοτικότητας του αρδευτικού νερού ως ποσοστό της διαθέσιμης ποσότητας νερού (%) σε έκταση A i κάθε καλλιέργειας όπως Αραβοσίτου και Μηδικής (n=2) του Πίνακα 2, και υπολογίζεται με την παρακάτω εξίσωση (4) (Molden and Sakthivadivel, 1999) : 100* q n i 1 n i 1 q * A A i i i (4) Πίνακας 2. Εκτάσεις καλλιεργειών παθογενών εδαφών (υγρό έτος 2008) Καλλιέργειες Αλατούχα (ha) Αλατούχα - Νατριωμένα (ha) Βελτιωμένα Εδάφη (ha) Σύνολο εκτάσεων Σιτάρι Αραβόσιτος Μηδική Ρύζι Σύνολο Αποτελέσματα & Συζήτηση Με τον συγκριτικό έλεγχο της εξατμισοδιαπνοής των καλλιεργειών ΕΤ C Αραβοσίτου και Μηδικής με ΣΓΠ πραγματοποιήθηκε η εκτίμηση της χωρικής μεταβλητότητας του δείκτη αποδοτικότητας των αρδευτικών συστημάτων. Οι ανάγκες των καλλιεργειών Αραβοσίτου και Μηδικής μεταξύ του ξηρού και υγρού έτους στα αλατούχα και αλατούχα νατριωμένα εδάφη της περιοχής παρουσιάζονται παρακάτω αλληλοσυμπληρώνονται ή χρησιμοποιούνται για έλεγχο (Πίνακας 3).

6 Πίνακας 3. Εκτάσεις των παθογενών εδαφών ( ) Χαρακτηρισμός Έκταση 1996 (ha) (%) Έκταση 2008 (ha) (%) Αλατούχα Αλατούχα- Νατριωμένα , ,5 Χέρσα -Μη Αλατούχα- Νατριωμένα , ,6 Βελτιωμένα Εδάφη , ,7 Σύνολο , ,0 Ο δείκτης αποδοτικότητας της άρδευσης στα αλατούχα και αλατούχα νατριωμένα εδάφη υπολογίζεται στο σύνολο των αναγκών σε αρδευτικό νερό για κάθε μέθοδο άρδευσης ως ποσοστό της έκτασης με καλλιέργεια Αραβοσίτου (20%) και Μηδικής (10%) σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση : W i = A i * AW n * P ir * P c (5) όπου, W i (m 3 ), ο καθαρός όγκος νερού άρδευσης της καλλιέργειας, A i (ha) η έκταση της καλλιέργειας, AW n (mm) η απαιτούμενη καθαρή ποσότητα νερού άρδευσης, P ir, η αποδοτικότητα (%) της μεθόδου άρδευσης, P c, ποσοστό (%) του συνόλου της έκτασης της καλλιέργειας. α) το ξηρό έτος 1996 στην περίπτωση άρδευσης με καταιονισμό αποδοτικότητας 80% στο σύνολο της έκτασης των παθογενών εδαφών ha απαιτούνται : για τον Αραβόσιτο: W c = x 83,80/0,80 x 0,80 x 0,20 = m 3 αρδευτικό νερό για τη Μηδική: W m = x 71,80/0,80 x 0,80 x 0,10 = m 3 αρδευτικό νερό β) το υγρό έτος 2008 στην περίπτωση της στάγδην άρδευσης αποδοτικότητας 90% στο σύνολο της έκτασης των παθογενών εδαφών ha απαιτούνται : για τον Αραβόσιτο: W c = x 83,80/0,90 x 0,90 x 0,20 = m 3 αρδευτικό νερό για τη Μηδική: W m = x 71,80/0,90 x 0,90 x 0,10 = m 3 αρδευτικό νερό Η χωρική μεταβολή της διαθεσιμότητας νερού ακολουθεί τις βασικές ζώνες τροφοδοσίας του συστήματος, τις ζώνες μεταβολής των εδαφικών παραμέτρων και τις περιοχές υψηλής χρήσης νερού, όπως χωρικά κατανέμονται τα δίκτυα των

7 υποβαθμισμένων εδαφών της περιοχής μελέτης. Μεταξύ των δύο ετών αναφοράς, ξηρού και υγρού, ενώ η διαθεσιμότητα νερού αυξάνει κατά τη διάρκεια του υγρού έτους 2008 και το υδατικό ισοζύγιο θεωρείται πλεονασματικό, δεν επιτρέπεται η ανάκαμψη του υδατικού συστήματος λόγω της υπερεκμετάλλευσης του νερού στα αλατούχα και νατριωμένα εδάφη. Εικόνες 2 & 3: Χωρική μεταβλητότητα του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης σε καλλιέργεια Μηδικής το ξηρό έτος 1996 (αριστερά) και υγρό έτος 2008 (δεξιά) Εικόνες 4 & 5: Χωρική μεταβλητότητα του δείκτη αποδοτικότητας άρδευσης σε καλλιέργεια Αραβοσίτου το ξηρό έτος 1996 (αριστερά) και υγρό έτος 2008 (δεξιά) Η κατανομή του δείκτη αποδοτικότητας χρήσης του νερού άρδευσης στη Μηδική παρουσιάζει χωρική μεταβολή (Εικόνες 2 & 3) ενώ στην καλλιέργεια του Αραβοσίτου δεν παρουσιάζει χωρική μεταβολή μεταξύ των δύο ετών αναφοράς (Εικόνες 4 & 5)

8 λόγω των υψηλών απαιτήσεων και της αντίστοιχης υπερεκμετάλλευσης του νερού άρδευσης στα αλατούχα και αλατούχα νατριωμένα εδάφη. Συμπεράσματα Οι δείκτες αποδοτικότητας άρδευσης στην υπολεκάνη του κάτω ρου Αχελώου εξετάστηκε σε κάθε περιοχή των παθογενών αλατούχων και αλατούχων νατριωμένων εδαφών των αρδευτικών δικτύων σύμφωνα με την χωρική παραλλακτικότητα των εδαφικών παραμέτρων και τη ζήτηση του νερού άρδευσης με Σ.Γ.Π. Η υψηλότερη αποδοτικότητα της άρδευσης τη διάρκεια του ξηρού έτους επαληθεύεται με το γεγονός της καλύτερης αξιοποίησης του αρδευτικού νερού στη ζώνη της ριζόσφαιρας των αλατούχων εδαφών της περιοχής μελέτης. Αντίθετα, το υγρό έτος η αποδοτικότητα άρδευσης είναι μειωμένη λόγω της απώλειας των απορροών στα παθογενή εδάφη την αρδευτική περίοδο. Από τη χωρική μεταβολή της αποδοτικότητας χρήσης του αρδευτικού νερού οι βασικές ζώνες τροφοδοσίας του συστήματος ακολουθούν τις ζώνες μεταβολής των εδαφικών παραμέτρων όπως κατανέμονται μεταξύ των υποβαθμισμένων αλατούχων και αλατούχων νατριωμένων εδαφών των αρδευτικών δικτύων της περιοχής μελέτης. Με τη μελέτη της αποδοτικότητας της χρήσης του αρδευτικού νερού των υποβαθμισμένων αλατούχων και νατριωμένων εδαφών του κάτω ρου Αχελώου είναι δυνατόν να ιεραρχηθούν αποφάσεις αποκατάστασης, διατήρησης και ενίσχυσης των οικοσυστημάτων της περιοχής με το σχεδιασμό της βελτίωσης των υφισταμένων αρδευτικών δικτύων. Βιβλιογραφία Bastiaanssen W.G.M Remote sensing in water resources management: The state of the art.,international Water Management Institute, Colombo, Sri- Lanka, 118 p. Brady, N.C. and R.R.Weil The Nature and Properties of Soils.Prentice Hall NY. Chemin Y., Alexandridis T.A., Improving spatial resolution of ET seasonal for irrigated rice in Zhanghe, China. Asian Journal of Geoinformatics. 5(1):3-11. Doorenbos, J. and Pruitt, W.O Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 24. Revised edition. Rome.

9 ESDB, European Soil Portal, version 2.0. EUR EN, European Soil Bureau Network and the European Commission Website Available at: FAO Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements - FAO Irrigation and drainage paper 56., Maas, E.V Crop salt tolerance. In: Tanji, K.K. (Ed.), Agricultural Salinity Assessment and Management. ASCE Manuals and Reports on Engineering, No. 71. ASCE, New York, NY, pp Μισοπολινός, Ν. Δ., Προβληματικά εδάφη: Μελέτη - Πρόληψη - Βελτίωση. Γιαχούδη - Γιαπούλη, 2η έκδοση. Molden, D., and R. Sakthivadivel Water accounting to assess use and productivity of Water. Water Resources Development. 15: ) Oδηγία 2000/60/EC (WFD) Θέσπιση πλαισίου κοινοτικής δράσης στον τομέα της πολιτικής των υδάτων. Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και Συμβουλίου. 23 ης Οκτωβρίου L327/1. Παπαζαφειρίου, Πειραματικές εφαρμογές νέων μεθόδων άρδευσης : Εκτίμηση των απαιτήσεων των καλλιεργειών σε νερό στην Ελλάδα. Υπουργείο Γεωργίας. Υπουργείο Αγροτικής Ανάπτυξης Ποιοτικά χαρακτηριστικά υδάτων των ποταμών και λιμνών της χώρας. Τόμοι Β & Γ. IRRIGATION WATER INDICATORS EFFICIENCY OF SALTY AND SODIC SOILS IN ACHELOOS RIVER PLAIN WITH GIS Stavrinos E. 1 Barouchas P. 2 and Ν. Μalamos 2 1 Directorate of Land Reclamation and Soil-Water Resources Planning, Hellenic Ministry of Rural Development and Food, estav2@yahoo.gr, li210u016@minagric.gr 2 Messologhi Technological Educational Institute of Messolonghi, School of Agricultural Technology, Department of Mechanical & Water Resources Engineering 30200, Messolonghi, pbar@teimes.gr, nmalamos@teimes.gr ABSTRACT

10 The irrigated saline and sodic soils management, due to the low water quality or the insufficiency of water drainage, presents a distinguishing environmental interesting on the river basin. In the context of necessity for rehabilitation of irrigation networks in Acheloos river plain, was considered a) the measures for conservation and enhancing ecosystems dependent on soil and water resources improvement and b) the promoting irrigation efficiency of degraded soils, using the spatial change of water use with GIS. The irrigation water needs of crops were estimated with actual evapotransiration (ET a ) calculation in saline and sodic soils in order of assessing the spatial factors of water balance between the dry (1996) and wet (2008) reference years, replacing the sprinkler method of irrigation with drip method in the degraded soils of the study area. In 1996 the total degraded area was irrigated using the sprinkler irrigation and drip irrigation of 70% and 30%, respectively, while in 2008 with drip irrigation of 80% and 20% in corn and alfalfa crops. The spatial variability of water irrigation efficiency indicator recommends the sites of degraded saline and sodic soils with high losses of irrigation water, the room for improvement and rehabilitation of regional ecosystem through the water network allocation and restoration. Key Words : saline, sodic soils, irrigation water efficiency indicators, GIS, Acheloos