ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Οικολογική ποιότητα και διαχείριση υδάτων σε επίπεδο λεκάνης απορροής ΤΜΗΜΑΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ, ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ και ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Ανάπτυξη λογισμικού για την εκτίμηση παραμέτρων του υδατικού ισοζυγίου λεκάνης απορροής ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ ΔΗΜΗΤΡΑ ΔΑΣΟΛΟΓΟΣ Μεταπτυχιακή Διατριβή Ειδίκευσης Θεσσαλονίκη, 2016

2 ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSLONIKI INTERDISCIPLINARY POSTGRADUATE MASTER PROGRAM Ecological water quality and management at a river basin level BY THE SCHOOLS OF BIOLOGY, GEOLOGY and CIVIL ENGINEERING PAPADOPOULOU DIMITRA Msc in FORESTRY «Software development of water balance parameters estimation at a river basin level» MASTER DISSERTATION THESIS THESSALONIKI

3 Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή : 1) Ζήσης Μάλλιος, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠΘ, Επιβλέπων, 2) Κωνσταντίνος Βουδούρης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Γεωλογίας, ΑΠΘ, Συνεπιβλέπων, 3) Μάριος Βαφειάδης, Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, ΑΠΘ, Μέλος

4 Περίληψη Το νερό είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της ζωής. Η ανισοκατανομή με την οποία φτάνει στη γη έκανε απαραίτητη την ανθρώπινη παρέμβαση για τη διαχείριση του. Για το σκοπό αυτό, πρέπει να είναι γνωστή η ποσότητα του νερού, η οποία εκφράζεται με την εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου (Τσακίρης, 2006). Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η δημιουργία γραμμής εργαλείων για την εκτίμηση μιας παραμέτρου του υδατικού ισοζυγίου, της εξατμισοδιαπνοής, τη χαρτογραφική της αποτύπωση καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή των μεθόδων εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής. Η παραχθείσα γραμμή εργαλείων ονομάστηκε Evapotranspiration και αποτελεί ένα πρόσθετο (add-in) για το λογισμικό γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών ArcGIS Desktop Η συγγραφή της γραμμής πραγματοποιήθηκε στη γλώσσα C#, με τη χρήση του λογισμικού Microsoft Visual Studio 2010 και των βιβλιοθηκών του πακέτου ArcObjects του ArcGIS. Η γραμμή εργαλείων Evapotranspiration προσφέρει τη δυνατότητα παραγωγής χαρτών εξατμισοδιαπνοής, καθώς και των απαραίτητων χαρτών για την δημιουργία τους, δηλαδή χαρτών ισόθερμων καμπυλών και βροχομετρικών. Οι τύποι της εξατμισοδιαπνοής που εκτιμώνται περιλαμβάνουν την πραγματική και τη δυνητική. Για τον υπολογισμό της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής εφαρμόζονται οι μέθοδοι του Turc και του Coutagne, ενώ η δυνητική προσδιορίζεται με τη χρήση των μεθόδων του Thornthwaite και των Blaney-Criddle. Η εφαρμογή της γραμμής εργαλείων πραγματοποιήθηκε στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, στη Χαλκιδική. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι μέθοδοι του Turc και του Coutagne εκτιμούν ακριβέστερα την εξατμισοδιαπνοή σε σχέση με τις μεθόδους των Thornthwaite και Blaney-Criddle, οι οποίες την υπερεκτιμούν. Συμπερασματικά, η γραμμή εργαλείων Evapotranspiration, αποτελεί ένα χρήσιμο, πρακτικό και φιλικό προς το χρήστη εργαλείο για την επεξεργασία μετεωρολογικών δεδομένων και την διαχείριση υδάτων. Η αυτοματοποίηση των υπολογιστικών και χαρτογραφικών διαδικασιών προσφέρει την παραγωγή αποτελεσμάτων υψηλής ακρίβειας σε σύντομο χρόνο, εκμηδενίζοντας παράλληλα την πιθανότητα λάθους

5 Abstract Water is essential for the maintenance of life. Unequal distribution of water on earth made human intervention essential, in order to manage it. In order to do that, water quantity must be known. This can be expressed through the water balance equation (Tsakiris, 2006). The purpose of this study was the creation of a toolbar, for the estimation of evapotranspiration parameter, the production of evapotranspiration maps, as well as the comparison of the results of the methods that are used. The produced toolbar named Evapotranspiration is an add-in of ArcGIS Desktop This add-in was created using Microsoft Visual Studio 2010 and ArcObjects package of ArcGIS in C# language. The Evapotranspiration toolbar consists of tools for the creation of evapotranspiration maps, and the necessary maps for their production, i.e. precipitation and temperature maps. The types of evapotranspiration estimated includes actual and potential. The methods used for the estimation of actual evapotranspiration are those of Turc and Coutagne, while those of Thornthwaite and Blaney-Criddle for the potential evapotranspiration. The toolbar was applied on the water basin of Moudania, in Chalkidiki. According to the results, Turc and Coutagne methods approaches reality better in relation to the methods of Thornthwaite and Blaney-Criddle, which overestimates it. In conclusion, "Evapotranspiration" toolbar, is a useful, practical and user-friendly tool for processing meteorological data and water management. The automation of computing and cartographic procedures provides high-precision results in short time, eliminating the risk of error

6 Περιεχόμενα Περίληψη Abstract Περιεχόμενα Εισαγωγή Υδατικό ισοζύγιο Οι φάσεις του υδατικού ισοζυγίου Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα Κατείσδυση Επιφανειακή απορροή Εξατμισοδιαπνοή Μέθοδοι εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής Η μέθοδος του Turc Η μέθοδος του Coutagne Η μέθοδος του Thornthwaite Η μέθοδος των Blaney-Criddle Η γραμμή εργαλείων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών ArcGIS Desktop ArcObjects SDK for the Microsoft.NET Framework C# Μεθοδολογία Οδηγίες χρήσης της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration Η φόρμα δημιουργίας βροχομετρικού χάρτη (Precipitation) Η φόρμα δημιουργίας χάρτη ισόθερμων καμπυλών (Temperature) Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Turc Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Coutagne Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Thornthwaite

7 Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Blaney-Criddle Εφαρμογή της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration" Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών Γενικά χαρακτηριστικά Ανάγλυφο Γεωλογικά χαρακτηριστικά Χρήσεις γης Διοικητική Υπαγωγή Μετεωρολογικοί σταθμοί Αποτελέσματα Η φόρμα δημιουργίας βροχομετρικού χάρτη (Precipitation) Η φόρμα δημιουργίας χάρτη ισόθερμων καμπυλών (Temperature) Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Turc Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Coutagne Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Thornthwaite Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Blaney-Criddle Συμπεράσματα - Συζήτηση Προτάσεις για μελλοντική έρευνα Βιβλιογραφία Παράρτημα Ι Παράρτημα ΙΙ Παράρτημα ΙΙΙ Παράρτημα ΙV Παράρτημα V

8 Εισαγωγή Το νερό αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για τη διατήρηση της ζωής. Υπάρχουν οργανισμοί, οι οποίοι μπορούν να επιβιώσουν χωρίς αέρα, κανένας όμως δεν μπορεί να επιβιώσει χωρίς νερό (Στουρνάρας, 2007). Ο άνθρωπος είχε, από την εμφάνιση του μέχρι και σήμερα, σχέση εξάρτησης με το νερό. Είναι απαραίτητο για τον ίδιο, για τα ζώα που εκτρέφει, για την άρδευση των καλλιεργειών του, καθώς και στη βιομηχανία και στην παραγωγή ενέργειας (Στεφανίδης, 2008). Το μεγαλύτερο μέρος της Γης καλύπτεται από νερό. Υπολογίζεται ότι η συνολική ποσότητα του στη Γη ανέρχεται σε περισσότερα από km 3, με το μεγαλύτερο ποσοστό, περίπου 97,3%, να είναι αποθηκεμένο στους ωκεανούς. Το υπόλοιπο 3% αποτελεί το γλυκό νερό, το οποίο είναι κατάλληλο για πόση ή άρδευση. Από αυτό τα 2/3 είναι δεσμευμένο με τη μορφή παγετώνων, το υπόλοιπο αποτελεί το υπόγειο νερό, ενώ μόλις το 0,3% του γλυκού νερού βρίσκεται σε ποτάμια, λίμνες και έλη (Εικόνα 1). Υπολογίζεται ότι οι λίμνες και οι ποταμοί της Γης περιέχουν συνολικά km 3 γλυκού νερού (Jackson et al., 2001). Εικόνα 1: Παγκόσμια κατανομή νερού (USGS, 2015)

9 Με την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας, το νερό κινείται συνεχώς μεταξύ υδρόσφαιρας, ατμόσφαιρας, ξηράς και θάλασσας με μια σειρά διαδικασιών που αποτελούν τον υδρολογικό κύκλο (Εικόνα 2). Σε αυτή την κίνηση, εμφανίζεται με όλες τις μορφές: υγρό (βροχή), αέριο (υδρατμοί), στερεό (χιόνι, χαλάζι) (Βουδούρης, 2006). Εικόνα 2: Ο υδρολογικός κύκλος (USGS, 2015) Το νερό φθάνει στην επιφάνεια της γης με τη μορφή κατακρημνισμάτων (βροχή, χιόνι, χαλάζι). Ένα μέρος από αυτά εξατμίζεται κατά την πτώση και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα. Η μεγαλύτερη ποσότητα όμως φθάνει στο έδαφος. Από αυτό, ένα σημαντικό μέρος εξατμίζεται απευθείας από την εδαφική επιφάνεια ή δια μέσου των φυτών με την διαδικασία της διαπνοής, ένα μέρος διηθείται προς τα βαθύτερα στρώματα της γης, σχηματίζοντας υπόγεια νερά και πηγές και εμπλουτίζοντας το έδαφος με υγρασία, ενώ το μεγαλύτερο μέρος ρέει επιφανειακά και καταλήγει στους ποταμούς, στις λίμνες και στις θάλασσες. Από εκεί εξατμίζεται και επιστρέφει πάλι στην ατμόσφαιρα της γης, ολοκληρώνοντας τον υδρολογικό κύκλο (Στεφανίδης, 2008). Το νερό δεν καταφθάνει στην επιφάνεια της γης με ίδια αφθονία παντού. Υπάρχουν περιοχές που πλήττονται από πλημμύρες και περιοχές που υποφέρουν από λειψυδρία. Η κατανομή των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων είναι αποτέλεσμα των συνθηκών - 9 -

10 κυκλοφορίας των αέριων μαζών και των υδρατμών, των μεταβολών της ατμοσφαιρικής πιέσεως καθώς και της θερμοκρασίας κάθε περιοχής. Οι παράγοντες αυτοί σε συνδυασμό με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες, καθώς επίσης τις γεωμορφολογικές και υδρογεωλογικές, διαμορφώνουν το υδατικό ισοζύγιο μιας περιοχής (Στουρνάρας, 2007). Αυτή η ανισοκατανομή του νερού έκανε απαραίτητη την ανθρώπινη παρέμβαση για τη διαχείριση του, τόσο όσον αφορά την ποσότητα αλλά και την ποιότητα. Ο άνθρωπος, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και την εξέλιξη της επιστήμης, έχει πλέον τη δυνατότητα να επεμβαίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να προστατεύεται από ανεπιθύμητες επιπτώσεις όπως είναι οι πλημμύρες, αλλά και να αξιοποιεί το νερό προς όφελος του. Έχει θεσπιστεί ένα πλήθος νομοθετημάτων με τη μορφή ρυθμίσεων, οδηγιών, αποφάσεων και συστάσεων όσον αφορά την προστασία και διαχείριση του υδάτινου περιβάλλοντος καθώς και για συνιστώσες που επιδρούν σε αυτό, τόσο σε εθνικό επίπεδο όσο και σε ευρωπαϊκό (Τσακίρης, 2006). Οι σημαντικότερες οδηγίες σε Ευρωπαϊκό επίπεδο που αφορούν το υδάτινο περιβάλλον είναι οι ακόλουθες: Οδηγία 80/778/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 15ης Ιουλίου 1980 περί της ποιότητας του πόσιμου νερού. Οδηγία 76/464/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 4ης Μαΐου 1976 περί ρυπάνσεως που προκαλείται από ορισμένες επικίνδυνες ουσίες που εκχέονται στο υδάτινο περιβάλλον της Κοινότητας. Οδηγία 80/68/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 17ης Δεκεμβρίου 1979 περί προστασίας των υπογείων υδάτων από τη ρύπανση που προέρχεται από ορισμένες επικίνδυνες ουσίες. Οδηγία 91/271/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 21ης Μαΐου 1991 για την επεξεργασία των αστικών λυμάτων. Οδηγία 91/676/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 12ης Δεκεμβρίου 1991 για την προστασία των υδάτων από τη νιτρορύπανση γεωργικής προέλευσης. Οδηγία 98/83/ΕΚ του Συμβουλίου της 3ης Νοεμβρίου 1998 σχετικά με την ποιότητα του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης. Οδηγία 2000/60/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 23ης Οκτωβρίου 2000 για τη θέσπιση πλαισίου κοινοτικής δράσης στον τομέα της πολιτικής των υδάτων

11 Οδηγία 2006/7/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 15ης Φεβρουαρίου 2006 σχετικά με τη διαχείριση της ποιότητας των υδάτων κολύμβησης και την κατάργηση της οδηγίας 76/160/ΕΟΚ. Οδηγία 2006/11/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 15ης Φεβρουαρίου 2006 για τη ρύπανση που προκαλείται από ορισμένες επικίνδυνες ουσίες που εκχέονται στο υδάτινο περιβάλλον της Κοινότητας. Οδηγία 2006/44/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 6ης Σεπτεμβρίου 2006 περί της ποιότητος των γλυκών υδάτων που έχουν ανάγκη προστασίας ή βελτιώσεως για τη διατήρηση της ζωής των ιχθύων. Οδηγία 2006/118/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 12ης Δεκεμβρίου 2006 σχετικά με την προστασία των υπόγειων υδάτων από τη ρύπανση και την υποβάθμιση. Οδηγία 2007/60/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 23ης Οκτωβρίου 2007 για την αξιολόγηση και τη διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας. Οδηγία 2008/56/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 17ης Ιουνίου 2008 περί πλαισίου κοινοτικής δράσης στο πεδίο της πολιτικής για το θαλάσσιο περιβάλλον (οδηγία-πλαίσιο για τη θαλάσσια στρατηγική). Οδηγία 2008/105/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 16ης Δεκεμβρίου 2008 «Σχετικά με πρότυπα ποιότητας περιβάλλοντος στον τομέα της πολιτικής των υδάτων καθώς και σχετικά με την τροποποίηση και τη συνακόλουθη κατάργηση των οδηγιών του Συμβουλίου 82/176/ΕΟΚ, 83/513/ΕΟΚ, 84/156/ΕΟΚ, 84/491/ΕΟΚ και 86/280/ΕΟΚ και την τροποποίηση της οδηγίας 2000/60/ΕΚ.» Άλλες Οδηγίες, οι οποίες έχουν έμμεση σχέση με το νερό είναι οι εξής: Οδηγία 85/337/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 27ης Ιουνίου 1985 για την εκτίμηση των επιπτώσεων ορισμένων σχεδίων δημοσίων και ιδιωτικών έργων στο περιβάλλον. Οδηγία 86/278/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 12ης Ιουνίου 1986 σχετικά με την προστασία του περιβάλλοντος και ιδίως του εδάφους κατά τη χρησιμοποίηση της ιλύος καθαρισμού λυμάτων στη γεωργία. Οδηγία 92/43/ΕΟΚ του Συμβουλίου της 21ης Μαΐου 1992 για τη διατήρηση των φυσικών οικοτόπων καθώς και της άγριας πανίδας και χλωρίδας. Όσον αφορά την Ελληνική νομοθεσία σχετικά με την προστασία των υδάτων αλλά και γενικότερα του περιβάλλοντος, αναφέρονται τα εξής:

12 Νόμος 3199/2003 σχετικά με την «Προστασία και διαχείριση των υδάτων - Εναρμόνιση µε την Οδηγία 2000/60/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 23ης Οκτωβρίου 2000». (ΦΕΚ Α 280/ ). Ν.3983/2011 σχετικά με την «Εθνική στρατηγική για την προστασία και διαχείριση του θαλάσσιου περιβάλλοντος Εναρμόνιση με την οδηγία 2008/56/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 17ης Ιουνίου 2008 και άλλες διατάξεις» ΚΥΑ /2014 σχετικά με τις «Κατηγορίες αδειών χρήσης και εκτέλεσης έργων αξιοποίησης των υδάτων. Διαδικασία και όροι έκδοσης των αδειών, περιεχόμενο και διάρκεια ισχύος τους και άλλες συναφείς διατάξεις». Προεδρικό Διάταγμα 51/2007 με θέμα «Καθορισμός μέτρων και διαδικασιών για την ολοκληρωμένη προστασία και διαχείριση των υδάτων σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της Οδηγίας 2000/60/ΕΚ». ΚΥΑ 39626/2208/Ε130/2009 σχετικά με τον Καθορισμό μέτρων για την προστασία των υπόγειων νερών από την ρύπανση και την υποβάθμιση, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2006/118/ ΕΚ «σχετικά με την προστασία των υπόγειων υδάτων από την ρύπανση και την υποβάθμιση», του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 12ης Δεκεμβρίου 2006». ΚΥΑ 8600/416/E103/2009 σχετικά με την «Ποιότητα και μέτρα διαχείρισης των υδάτων κολύμβησης, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2006/7/ΕΚ». ΚΥΑ 51354/2641/Ε103/2010 σχετικά με τον Καθορισμό Προτύπων Ποιότητας Περιβάλλοντος (ΠΠΠ) για τις συγκεντρώσεις ορισμένων ρύπων και ουσιών προτεραιότητας στα επιφανειακά ύδατα, σε συμμόρφωση προς τις διατάξεις της οδηγίας 2008/105/ ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου της 16ης Δεκεμβρίου 2008 «σχετικά με Πρότυπα Ποιότητας Περιβάλλοντος (ΠΠΠ) στον τομέα της πολιτικής των υδάτων και σχετικά με την τροποποίηση και μετέπειτα κατάργηση των οδηγιών του Συμβουλίου 82/176/ΕΟΚ, 83/513/ΕΟΚ, 84/156/ΕΟΚ, 84/491/ ΕΟΚ και 86/280/ΕΟΚ και την τροποποίηση της οδηγίας 2000/60/ΕΚ του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου», καθώς και για τις συγκεντρώσεις ειδικών ρύπων στα εσωτερικά επιφανειακά ύδατα και άλλες διατάξεις. ΚΥΑ 31822/1542/Ε103/2010 σχετικά με την «Αξιολόγηση και διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2007/60/ΕΚ». ΚΥΑ /2011 σχετικά με τον Ορισμό Εθνικού Δικτύου Παρακολούθησης της ποιότητας και της ποσότητας των υδάτων με καθορισμό των θέσεων (σταθμών)

13 μετρήσεων και των φορέων που υποχρεούνται στην λειτουργία τους, κατά το άρθρο 4, παράγραφος 4 του Ν. 3199/2003 (Α 280). ΚΥΑ 38317/1621/Ε 103/2011 σχετικά με τις Τεχνικές προδιαγραφές και ελάχιστα κριτήρια επιδόσεων των αναλυτικών μεθόδων για τη χημική ανάλυση και παρακολούθηση της κατάστασης των υδάτων, σε συμμόρφωση προς τις διατάξεις της οδηγίας 2009/90/ΕΚ (Β 1977). ΚΥΑ 1811/2011 σχετικά με τον Ορισμό ανώτερων αποδεκτών τιμών για τη συγκέντρωση συγκεκριμένων ρύπων, ομάδων ρύπων ή δεικτών ρύπανσης σε υπόγεια ύδατα, σε εφαρμογή της παραγράφου 2 του Άρθρου 3 της υπ αριθμ.: 39626/2208/Ε130/2009 κοινής υπουργικής απόφασης (Β 2075). ΚΥΑ /1335/1997 σχετικά με τη θέσπιση μέτρων και όρων για την προστασία των νερών από τη νιτρορρύπανση γεωργικής προέλευσης. ΚΥΑ 46399/1352/1986 σχετικά με την «Απαιτούμενη ποιότητα των επιφανειακών νερών που προορίζονται για «πόσιμα», «κολύμβηση», «διαβίωση ψαριών σε γλυκά νερά» και «καλλιέργεια και αλιεία οστρακοειδών», σε συμμόρφωση με τις Οδηγίες 75/440/ΕΟΚ, 76/160/ΕΟΚ, 78/659/ΕΟΚ, 79/923/ΕΟΚ και 79/869/ΕΟΚ. ΚΥΑ 5673/400/1997 (Β 192) με θέμα ''Μέτρα και Όροι για την επεξεργασία των Αστικών Λυμάτων''. Για να είναι δυνατή η διαχείριση των υδάτινων πόρων μιας περιοχής θα πρέπει να είναι γνωστή η ποσότητα του νερού που είναι διαθέσιμη (Τσακίρης, 2006). Η δυνατότητα αυτή δίνεται από την εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου, η οποία αποτελεί την ποσοτική αποτύπωση του υδρολογικού κύκλου. P = I + R + E Όπου P: τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα (precipitation) Ι: η κατείσδυση (infiltration) R: η επιφανειακή απορροή (runoff) E: η εξατμισοδιαπνοή (evapotranspiration) (Βουδούρης, 2006)

14 Τα μέρη της παραπάνω εξίσωσης αποτελούν τις φάσεις του υδατικού ισοζυγίου. Έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μέθοδοι για τον υπολογισμό των παραπάνω παραμέτρων, από άμεσες μετρήσεις, όπου είναι δυνατό, έως έμμεσες μεθόδους για την εκτίμησή τους. Η εξέλιξη της τεχνολογίας έδωσε τη δυνατότητα να αυτοματοποιούνται εργασίες, μειώνοντας το χρόνο που απαιτείται για την εκτέλεσή τους, αλλά και τυχόν σφαλμάτων υπολογισμού που πραγματοποιούνται. Όπως σε πολλούς τομείς, έτσι και σε αυτόν των υδάτων, έχει αξιοποιηθεί η τεχνολογία, με την ανάπτυξη ποικιλίας προγραμμάτων που καλύπτουν ένα πλήθος εργασιών, τόσο για την διαχείριση του νερού, όσο και για την ποιότητα. Το 1988, με πρωτοβουλία του Πανεπιστημίου της Στοκχόλμης, δημιουργήθηκε το WEAP (Water Evaluation And Planning), ένα λογισμικό το οποίο δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να υπολογίσει το υδατικό ισοζύγιο μιας λεκάνης απορροής και να δημιουργήσει με τα διαθέσιμα εργαλεία προσομοίωσης διάφορα σενάρια για την διαχείριση των υδατικών πόρων. Το πρόγραμμα είναι διαθέσιμο και σήμερα, ενώ εμπλουτίζεται συνεχώς με νέα εργαλεία. Αργότερα, στο τέλος της δεκαετίας του 90, δημιουργήθηκε από υδρολογικό τμήμα του σώματος μηχανικών του αμερικανικού στρατού (U.S. Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center), το πρόγραμμα HEC-HMS με σκοπό την πλήρη προσομοίωση της υδρολογικής λειτουργίας ενός δικτύου δενδρώδους μορφής. Λόγω της ευρείας διάδοσης του προγράμματος ArcGIS της Esri, για την επεξεργασία και διαχείριση γεωγραφικών δεδομένων, άρχισαν να δημιουργούνται πακέτα λογισμικών ως πρόσθετα σε αυτό. Τέτοιο παράδειγμα αποτελεί το HEC-GeoHMS, εξέλιξη του HEC-HMS. Το HEC-GeoHMS είναι ένα εργαλείο, το οποίο δίνει την δυνατότητα σε μηχανικούς και υδρογεωολόγους, με περιορισμένη γνώση γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών, να πραγματοποιήσουν εύκολα χωρική επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων. Αντίστοιχες προσπάθειες πραγματοποιήθηκαν και στην Ελλάδα. Το 2005 δημιουργήθηκε από τους Papageorgiou, Latinopoulos, and Mallios (2005) μια γραμμή εργαλείων για το ArcGIS 9.3, η οποία έδινε την δυνατότητα εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής με της μεθόδους των Turc, Thornthwaite και Blaney-Criddle. Λίγο αργότερα, η Esri κυκλοφόρησε το Arc Hydro, λογισμικό επέκτασης του ArcGIS, με σκοπό τον καλύτερο σχεδιασμό της διαχείρισης υδάτων, με τη χρήση συγκεκριμένων μοντέλων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη λογισμικού επέκτασης (add-in) του προγράμματος ArcGIS, για την εκτίμηση της παραμέτρου της εξατμισοδιαπνοής, τη

15 χαρτογραφική της αποτύπωση, με τη χρήση μεθόδων, ευρέως διαδεδομένων στην Ελλάδα καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή των μεθόδων αυτών. Η εκτίμηση αυτή θα πραγματοποιείται σε επίπεδο λεκάνης απορροής

16 Υδατικό ισοζύγιο Ο υδρολογικός κύκλος αποτυπώνεται ποσοτικά με την εξίσωση (1.1) του υδατικού ισοζυγίου, που είναι η εξής: P = I + R + E (1.1) Όπου P: τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα (precipitation) Ι: η κατείσδυση (infiltration) R: η επιφανειακή απορροή (runoff) E: η εξατμισοδιαπνοή (evapotranspiration) (Βουδούρης, 2006). Τα μέρη της παραπάνω εξίσωσης αποτελούν τις φάσεις του υδατικού ισοζυγίου. Μπορούν να εκφραστούν σε όγκο νερού (m 3 ), σε ύψος νερού βροχής (mm), καθώς και σε ποσοστό ως προς τα κατακρημνίσματα (Σούλιος, 2007). Το υδατικό ισοζύγιο υπολογίζεται για μια περιοχή, και συγκεκριμένα για μια λεκάνη απορροής. Ως λεκάνη απορροής ενός ρεύματος ορίζεται η χερσαία εκείνη επιφάνεια που τροφοδοτεί το ρεύμα με νερό και φερτά υλικά (Στεφανίδης, 2006). Κάθε λεκάνη απορροής οριοθετείτε από τον υδροκρίτη, την κορυφογραμμή δηλαδή εκείνη εκατέρωθεν της οποίας τα επιφανειακά νερά κατευθύνονται προς διαφορετικές λεκάνες απορροής (Σούλιος, 2007). Το υδατικό ισοζύγιο μιας λεκάνης απορροής επηρεάζεται από τους εξής παράγοντες: Τις κλιματικές συνθήκες, με καθοριστικούς παράγοντες την θερμοκρασία και τη βροχόπτωση. Την φύση των πετρωμάτων, από τα οποία αποτελείται το υπέδαφος της λεκάνης απορροής. Την μορφολογία της λεκάνης, η οποία προσδιορίζεται από τη μέση κλίση της, το μέγιστο ανάγλυφο και την κατανομή της επιφάνειας στα διάφορα υψόμετρα. Λεκάνες απορροής με έντονο ανάγλυφο κα μεγάλη κλίση εντείνουν την επιφανειακή απορροή, ενώ η μικρή κλίση ευνοεί την διαδικασία της κατείσδυσης

17 Το υδρογραφικό δίκτυο, το οποίο αποτελεί δείκτη απεικόνισης της επιφανειακής απορροής. Χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή αποστράγγισης καθώς και την πυκνότητα του. Τη βλάστηση που υπάρχει στην λεκάνη. Η παρουσία της βλάστησης επιδρά αρνητικά στην επιφανειακή απορροή. Ωστόσο, ορισμένοι ερευνητές ισχυρίζονται ότι η βλάστηση μεταβάλλει το συσχετισμό μεταξύ των ποσοστών της επιφανειακής απορροής και της εξατμισοδιαπνοής (Σούλιος, 2007). Την επέμβαση του ανθρώπου στη λεκάνη απορροής. Ο άνθρωπος παρεμβαίνει στις λεκάνες απορροής, αλλά και στα ίδια τα ρεύματα με μια σειρά ενέργειες, όπως είναι οι δασικές πυρκαγιές, οι εκχερσώσεις, οι καταπατήσεις κοιτών, η κατασκευή ακατάλληλων τεχνικών έργων, η άροση, οι καλλιέργειες και άλλα (Στεφανίδης, 2006). Οι ενέργειες αυτές μεταβάλλουν τη βλάστηση της λεκάνης, επηρεάζοντας την απορροή αλλά και τις συνθήκες κατείσδυσης (Σούλιος, 2007)

18 Οι φάσεις του υδατικού ισοζυγίου Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα Με τον όρο ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα νοούνται όλες οι μορφές των μετεωρικών υδάτων που καταπίπτουν στην επιφάνεια της γης (Στεφανίδης, 2008). Το νερό βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της γης με τη μορφή υδρατμών. Όταν υποστεί συμπύκνωση, πέφτει στην επιφάνεια της γης σε υγρή μορφή (βροχή) ή στερεή (χιόνι, χαλάζι) (Βουδούρης, 2006). Η μεγαλύτερη ποσότητα των κατακρημνισμάτων είναι με τη μορφή βροχής, με ποσοστό συνήθως μεγαλύτερο από 80% (Σούλιος, 2007). Όλες οι μορφές των κατακρημνισμάτων εκφράζονται σε ισοδύναμο ύψος βροχής (mm). Ως ύψος βροχής ορίζεται το ιδεατό εκείνο ύψος που θα έφθανε η στάθμη του νερού, εάν τα κατακρημνίσματα έπεφταν σε μια αδιαπέρατη οριζόντια επιφάνεια, χωρίς να απορρέει ή να εξατμίζεται νερό, κατά τη διάρκεια που πραγματοποιείται η μέτρηση (Στεφανίδης, 2008). Τα κατακρημνίσματα χαρακτηρίζονται από το ύψος βροχής, τη διάρκεια, τη χρονική μεταβολή της έντασης της βροχής, την κατανομή τους στο χώρο, καθώς και τη συχνότητα εμφάνισής τους. Από τα παραπάνω χαρακτηριστικά το πιο σημαντικό είναι το ύψος βροχής. Η μέτρηση του πραγματοποιείται με τη χρήση βροχόμετρων και βροχογράφων. Τα βροχόμετρα είναι τυποποιημένα δοχεία συλλογής κατακρημνισμάτων, ενώ οι βροχογράφοι είναι βροχόμετρα που περιλαμβάνουν και αυτογραφικό μηχανισμό. Με βάση τις καταγραφές των βροχομετρικών οργάνων προσδιορίζεται το ημερήσιο ύψος βροχής. Από το άθροισμα των ημερήσιων υψών βροχής ενός μήνα προκύπτει το μηνιαίο ύψος βροχής και αντίστοιχα από το άθροισμα των μηνιαίων υψών βροχής ενός έτους προκύπτει το ετήσιο ύψος βροχής. Ως μέσο ετήσιο ύψος βροχής ορίζεται ο αριθμητικό μέσος όρος χρονοσειράς παρατηρήσεων (Στεφανίδης, 2008). Τα κατακρημνίσματα δεν κατανέμονται με τον ίδιο τρόπο σε όλα τα σημεία της λεκάνης απορροής, πολύ περισσότερο σε διαφορετικές λεκάνες απορροής. Η κατανομή τους εξαρτάται από τα εξής: Το υψόμετρο που είναι τοποθετημένος ο βροχομετρικός σταθμός. Έχει αποδειχθεί ότι μεταξύ του υψομέτρου και του ύψους βροχής μιας ορισμένης περιοχής υπάρχει γραμμική συσχέτιση. Όσο μεγαλύτερη είναι η λεκάνη που

19 αφορά την γραμμική σχέση υψομέτρου ύψους βροχής, τόσο μικρότερη είναι η τιμή του συντελεστή προσδιορισμού της γραμμικής σχέσης. Η θέση του σταθμού στη λεκάνη και η απόσταση του από τις κύριες πηγές υδρατμών. Το ανάγλυφο της λεκάνης και πιο συγκεκριμένα η έκθεση της περιοχής, η ανύψωσή της, ο προσανατολισμός της, καθώς και η διεύθυνση κλίσης των κλιτύων σε σχέση με τις πηγές υδρατμών. Οι βροχομετρικοί χάρτες αποτυπώνουν την κατανομή των κατακρημνισμάτων στο χώρο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτούς τους χάρτες υπάρχουν οι ισοϋετείς καμπύλες, οι οποίες είναι γραμμές που ενώνουν σημεία του εδάφους που δέχονται το ίδιο ύψος κατακρημνισμάτων. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την χάραξη των ισοϋετών καμπυλών όπως η μέθοδος των τριγώνων, η μέθοδος των πολυγώνων Thiessen, η αριθμητική μέθοδος, η μέθοδος του μέσου όρου, καθώς και η χάραξη των ισοϋετών κατ εκτίμηση. Με βάση τις ισοϋετείς καμπύλες και το εμβαδόν μιας λεκάνης απορροής, υπολογίζεται ο όγκος των κατακρημνισμάτων της συγκεκριμένης λεκάνης (Σούλιος, 2007). Κατείσδυση Η κατείσδυση αντιπροσωπεύει την ποσότητα των κατακρημνισμάτων, η οποία διαπερνά την επιφάνεια του εδάφους, εμπλουτίζει τους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες και μετέχει στις κινήσεις του υπόγειου νερού (Βουδούρης, 2006). Μπορεί να εκφραστεί με τρεις τρόπους: Σε όγκο (m 3 ), το οποίο αντιπροσωπεύει το συνολικό όγκο νερού που κατείσδυσε σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Με το συντελεστή κατείσδυσης, που εκφράζει το ποσοστό των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων που κατεισδύει. Ο συντελεστής κατείσδυσης υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο (2.1): Ι σ = Ι 100 (2.1) P Όπου: Ισ: ο συντελεστής κατείσδυσης Ι: η ποσότητα του νερού που κατεισδύει P: η ποσότητα των κατακρημνισμάτων

20 Σε ύψος νερού κατείσδυσης (mm), που αντιπροσωπεύει το πάχος νερού που κατεισδύει για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, συνήθως έτος. Η ποσότητα του νερού που κατεισδύει στο έδαφος εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: Το ύψος των κατακρημνισμάτων, την κατανομή τους στο υδρολογικό έτος καθώς και την ένταση των βροχοπτώσεων. Τη φύση του εδάφους και του υπεδάφους, κυρίως τη λιθολογική τους σύσταση που καθορίζει το πορώδες και την περατότητά τους. Ανάλογα με τη λιθολογική σύσταση του εδάφους, ο συντελεστής κατείσδυσης κυμαίνεται από 3% έως 60%. Την κλίση του εδάφους. Οι μικρές κλίσεις ευνοούν την κατείσδυση, σε αντίθεση με τις μεγάλες που ευνοούν την επιφανειακή απορροή. Τη βλάστηση. Η μεγάλη φυτοκάλυψη επιβραδύνει την επιφανειακή απορροή, ευνοώντας την κατείσδυση. Κλιματικούς παράγοντες, όπως η θερμοκρασία και ο άνεμος. Η υγρασία του εδάφους, η πάκτωση και η άροση του. Το βάθος που βρίσκεται ο υδροφόρος ορίζοντας (Σούλιος, 2007). Η ποσότητα του νερού που κατεισδύει μπορεί να μετρηθεί με διαφόρους τρόπους. Υπάρχουν ειδικές συσκευές, τα λυσίμετρα, τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως σε προσχωσιγενείς περιοχές, που μετρούν άμεσα την κατείσδυση, αλλά και εμμέσως την εξατμισοδιαπνοή. Η κατασκευή της συσκευής αυτής βασίζεται στην απομόνωση ενός τμήματος εδάφους, χωρίς να επηρεάζονται οι φυσικές υδρογεωλογικές συνθήκες, το οποίο σε βάθος 1-2m θα δέχεται το νερό που κατεισδύει. Απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στην τοποθέτηση τους ώστε να εξασφαλίζεται η μικρότερη δυνατή διατάραξη της φυσικής κατάστασης του εδάφους. Ακόμη, επειδή το δείγμα του εδάφους ενός λυσιμέτρου είναι μικρό, συνιστάται η χρήση περισσοτέρων λυσιμέτρων ώστε οι μετρήσεις να είναι αντιπροσωπευτικές για το σύνολο του εξεταζόμενου εδάφους, το οποίο είναι συνήθως ανομοιογενές. Μια ακόμη μέθοδος είναι η παρακολούθηση της παροχής των πηγών για ολόκληρο το υδρολογικό έτος. Προϋπόθεση για την εφαρμογή αυτή της μεθόδου είναι η γνώση της επιφάνειας της ζώνης τροφοδοσίας της πηγής και η στεγανότητα της ζώνης προς άλλους υποκείμενους υδροφόρους ορίζοντες. Στην περίπτωση αυτή ο συντελεστής κατείσδυσης υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο (2.2). Ι σ = V I V P 100 (2.2)

21 Όπου: Ισ: ο συντελεστής κατείσδυσης VI: η ολική ετήσια παροχή της πηγής VP: ο όγκος των κατακρημνισμάτων. Η παρακολούθηση της διακύμανσης της πιεζομετρικής στάθμης σε μια λεκάνη απορροής, ομοιογενή ως προς τη λιθολογική της σύσταση μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη γνώση της ποσότητας νερού που κατεισδύει. Η μέθοδος αυτή απαιτεί τη γνώση του πορώδους του γεωλογικού σχηματισμού. Ένας ακόμη τρόπος υπολογισμού της κατείσδυσης είναι η κατασκευή ειδικών εγκαταστάσεων όπου το έδαφος τροφοδοτείται με νερό και μέσω τάφρων, κοιλωμάτων καθώς και διάτρητων σωλήνων και παρακολουθείται η στάθμη του νερού. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για τη μελέτη της κατείσδυσης σε ομάδα όμοιων εδαφών ή για τη μελέτη εδάφους υπό διαφορετικές συνθήκες. Τέλος, επειδή μια λεκάνη απορροής συνήθως παρουσιάζει ποικιλία λιθολογικών σχηματισμών στην έκτασή της, με διαφορετικό συντελεστή κατείσδυσης για κάθε λιθολογικό σχηματισμό, δημιουργείται η ανάγκη υπολογισμού ενός ενιαίου συντελεστή κατείσδυσης για το σύνολο της λεκάνης, που δίνεται από τον παρακάτω τύπο (2.3). Ι = Ι 1 Ε 1 +Ι 2 Ε Ι n E n Ε ολ (2.3) Όπου: Ι: ο ενιαίος συντελεστής κατείσδυσης Ιn: ο συντελεστής κατείσδυσης για κάθε λιθολογικό σχηματισμό στη λεκάνη απορροής Εn: η επιφάνεια που καλύπτει ο κάθε λιθολογικός σχηματισμός Εολ: η συνολική επιφάνεια της λεκάνης απορροής (Σούλιος, 2007). Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι τιμές του συντελεστή κατείσδυσης για διάφορους γεωλογικούς σχηματισμούς, σε συνήθεις συνθήκες κατακρημνισμάτων, κλίσης εδάφους καθώς και βλάστησης

22 Πίνακας 1: Τιμές συντελεστή κατείσδυσης σύμφωνα με το γεωυπόθεμα (Στεφανίδης, 2008). Γεωλογικός σχηματισμός Συντελεστής κατείσδυσης (%) Ασβεστολιθικός Προσχωσιγενές Οφιολιθικός 4-8 Φλύσχης, μάργες, σχιστόλιθοι, φυλλίτες, κ.α. 3-8 Γρανίτες 5-12 Μολάσσες, ψαμμίτες, κ.α Ηφαιστειακά πετρώματα 3-8 Πρασινόλιθοι, γνεύσιοι, μαρμαρυγιακοί σχιστόλιθοι και άλλα μεταμορφωσιγενή πετρώματα 3-7 Επιφανειακή απορροή Η επιφανειακή απορροή περιλαμβάνει το μέρος εκείνο των κατακρημνισμάτων το οποίο αφού πέσει στην επιφάνεια της γης και ένα μέρος κατακρατηθεί με τη διαδικασία της κατείσδυσης, ρέει επιφανειακά, εισέρχεται στο υδρογραφικό δίκτυο και με τη δύναμη της βαρύτητας, οδηγείται στους τελικούς αποδέκτες (θάλασσα, λίμνες) (Βουδούρης, 2006; Σούλιος, 2007). Σε αυτήν συμπεριλαμβάνεται και η υποδερμική απορροή, η ποσότητα δηλαδή του νερού που εισέρχεται και κινείται στα επιπόλαια τμήματα του εδάφους και επανέρχεται πάλι στην επιφάνεια (Σούλιος, 2007). Η ποσότητα του νερού που εξέρχεται από μια λεκάνη απορροής αποτελεί την ολική απορροή και περιλαμβάνει όλη την ποσότητα νερού που προέρχεται είτε από την επιφανειακή απορροή είτε από την υπόγεια, δηλαδή το νερό που κατεισδύει στο έδαφος. Η επιφανειακή απορροή συνδέεται με την ολική απορροή με την παρακάτω σχέση (2.4). Q = R + I (2.4) Όπου: Q: η ολική απορροή R: η επιφανειακή απορροή I: η κατείσδυση

23 Οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιφανειακή απορροή χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: στους κλιματικούς και στους φυσιογραφικούς. Στους κλιματικούς παράγοντες περιλαμβάνονται οι εξής: Η ένταση και η κατανομή των βροχοπτώσεων μέσα στο υδρολογικό έτος, καθώς και το συνολικό ετήσιο ύψος κατακρημνισμάτων. Κλιματικοί παράγοντες όπως η θερμοκρασία και ο άνεμος, που επιδρούν έμμεσα στην επιφανειακή απορροή, ρυθμίζοντας την εξατμισοδιαπνοή. Στους φυσιογραφικούς παράγοντες ανήκουν οι εξής: Η κλίση του εδάφους. Μεγάλες κλίσεις ευνοούν την επιφανειακή απορροή. Η βλάστηση, η οποία όταν είναι έντονη επιδρά αρνητικά στην επιφανειακή απορροή. Το υδρογραφικό δίκτυο, το οποίο όσο πιο μεγάλη είναι η επιφανειακή απορροή τόσο πιο πυκνό είναι. Η φύση του εδάφους και του υπεδάφους. Η λιθολογική σύσταση του εδάφους και του υπεδάφους θεωρείται καθοριστικός παράγοντας. Τα περατά εδάφη επιδρούν αρνητικά στην επιφανειακή απορροή καθώς ευνοούν την κατείσδυση. Αντίθετη είναι η επίδραση των αδιαπέρατων εδαφών (Σούλιος, 2007). Όσον αφορά τον υπολογισμό της επιφανειακής απορροής, υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την εκτίμησή της. Ένας τρόπος είναι η παρακολούθηση και ανάλυση των υδρογραμμάτων καθ όλη τη διάρκεια του υδρολογικού έτους. Η μέθοδος αυτή είναι χρονοβόρα, αλλά τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι αρκετά ικανοποιητικά. Μια άλλη μέθοδος είναι ο υπολογισμός της επιφανειακής απορροής από την εξίσωση του υδρολογικού ισοζυγίου, εφόσον οι υπόλοιποι παράγοντες είναι γνωστοί. Όπως αναφέρεται παραπάνω, η επιφανειακή απορροή αποτελεί μέρος της ολικής απορροής. Μπορεί επομένως να υπολογιστεί γνωρίζοντας την ολική απορροή και την ποσότητα του νερού που κατεισδύει. Ο υπολογισμός της ολικής απορροής μιας λεκάνης απορροής, απαιτεί μετρήσεις τις στιγμιαίας παροχής του κεντρικού κλάδου του υδρογραφικού δικτύου (Σούλιος, 2007). Ως παροχή ορίζεται η ποσότητα του νερού που διέρχεται από συγκεκριμένη διατομή της κοίτης ενός ρεύματος στη μονάδα του χρόνου. Η παροχή μπορεί να είναι ετήσια (m 3 /yr), μηνιαία (m 3 /month), ωριαία (m 3 /h) ή και στιγμιαία (m 3 /sec) (Στεφανίδης, 2006) και υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο (2.5). q = A V (2.5)

24 Όπου: q: η παροχή A: το εμβαδόν της διατομής της κοίτης του ρεύματος από την οποία διέρχεται το νερό V: η ταχύτητα με την οποία κινείται το νερό (Σούλιος, 2007). Εξατμισοδιαπνοή Η εξατμισοδιαπνοή αντιπροσωπεύει το μέρος εκείνο των κατακρημνισμάτων που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με τις διαδικασίες της εξάτμισης και της διαπνοής (Βουδούρης, 2006). Ως εξάτμιση ορίζεται η μεταβολή του νερού από υγρή σε αέρια κατάσταση, με την προσθήκη ενέργειας. Η διαδικασία αυτή γίνεται από την επιφάνεια του εδάφους ή των πετρωμάτων, από την επιφάνεια κορμών, κλάδων καθώς και φύλλων έπειτα από βροχόπτωση, από την ελεύθερη επιφάνεια νερού του υδρογραφικού δικτύου και τέλος, από τα επιπόλαια στρώματα του εδάφους και του υπεδάφους (Σούλιος, 2007). Η διαπνοή ορίζεται ως η αποβολή υδρατμών προς την ατμόσφαιρα διαμέσου των φυτών (Στεφανίδης, 2008). Η ποσότητα του νερού που αποβάλλεται μέσω της διαπνοής θεωρείται σημαντική, καθώς για να παραχθεί ένα χιλιόγραμμο ξηρής φυτικής ουσίας, απαιτείται η διαπνοή 300 έως 1000 λίτρων νερού. Η διαπνοή παίρνει τη μέγιστη τιμή της όταν είναι μεγάλος ο συντελεστής υγρασίας, όταν δηλαδή, εκτός από τους άλλους φυσιολογικούς και κλιματικούς παράγοντες, υπάρχει αρκετή ποσότητα νερού στο έδαφος και στο υπέδαφος (Σούλιος, 2007). Η εξατμισοδιαπνοή χωρίζεται σε 3 κατηγορίες: την πραγματική εξατμισοδιαπνοή, την δυνητική και την εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας. Ως πραγματική εξατμισοδιαπνοή ορίζεται αυτή που πραγματοποιείται κάτω από τις πραγματικά υπάρχουσες κλιματικές συνθήκες, καθώς και τις συνθήκες προσφοράς νερού (Σούλιος, 2007). Η πραγματική εξατμισοδιαπνοή είναι κατά κανόνα πάντα μικρότερη της δυνητικής (Στεφανίδης, 2008). Ως δυνητική εξατμισοδιαπνοή ορίζεται εκείνη που θα πραγματοποιούνταν εάν η προσφορά νερού κάλυπτε συνεχώς τις απώλειες λόγω εξάτμισης και διαπνοής, σε όλη τη διάρκεια του υδρολογικού έτους (Σούλιος, 2007). Ως εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας ορίζεται αυτή που πραγματοποιείται σε μια καλλιέργεια, η οποία είναι απαλλαγμένη από ασθένειες, αναπτύσσεται σε μεγάλη έκταση με σωστή λίπανση, καθώς και υπό τις βέλτιστες συνθήκες εδαφικής

25 υγρασίας και αερισμού, και έχει τη βέλτιστη απόδοση κάτω από ορισμένες κλιματικές συνθήκες μιας περιοχής (Τσακίρης, 2006). Η εξατμισοδιαπνοή επηρεάζεται από τους παράγοντες που επηρεάζουν την εξάτμιση και τη διαπνοή. Η εξάτμιση εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: Την ηλιοφάνεια. Τη θερμοκρασία τόσο του νερού, όσο και της ατμόσφαιρας. Την ταχύτητα πνοής του ανέμου. Την ατμοσφαιρική πίεση και το υψόμετρο. Την ήδη υπάρχουσα ποσότητα υδρατμών στην ατμόσφαιρα. Τη χημική ποιότητα του νερού. Τη λιθολογία, τη βλάστηση και το πορώδες της επιφάνειας εξάτμισης (Σούλιος, 2007). Η διαπνοή καθορίζεται από τις εξής παραμέτρους: Την εξατμιστική δυνατότητα της ατμόσφαιρας, δηλαδή από την ατμοσφαιρική πίεση, τη θερμοκρασία, την ταχύτητα του ανέμου και την ποσότητα των ήδη υπαρχουσών υδρατμών. Τους κλιματικούς παράγοντες που επιδρούν στη ζωή και φυσιολογία των φυτών. Την υγρασία του εδάφους. Την πυκνότητα της βλάστησης. Τα είδη των φυτών. Την ηλικία των φυτών (Σούλιος, 2007). Η εξατμισοδιαπνοή μπορεί να μετρηθεί άμεσα ή να υπολογιστεί έμμεσα από διάφορες σχέσεις. Άμεσα υπολογίζεται με δύο τρόπους: Με λυσίμετρα, με τα οποία μετράμε την κατείσδυση και γνωρίζοντας το ύψος των κατακρημνισμάτων, υπολογίζουμε την εξατμισοδιαπνοή με βάση των τύπο E = P I. Στον τύπο αυτό δεν υπολογίζουμε την επιφανειακή επιρροή (R), καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις εγκατάστασης λυσιμέτρων η επιφανειακή απορροή είναι είτε πολύ μικρή, είτε μηδενική. Ο δεύτερος τρόπος αφορά τη μέθοδο «διακύμανσης της κατακόρυφης διαβάθμισης του υδρατμού», η οποία είναι μια αρκετά πολύπλοκη διαδικασία που απαιτεί μακροχρόνιες και ευαίσθητες μετρήσεις (Σούλιος, 2007)

26 Ακόμη, κατά περιόδους έχουν προταθεί διάφοροι μέθοδοι για τον έμμεσο υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής, οι οποίες αναλύονται παρακάτω

27 Μέθοδοι εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής Ο υπολογισμός της ποσότητας του νερού που αποβάλλεται με τη διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής απασχόλησε από πολύ παλιά τους επιστήμονες. Ο Αριστοτέλης είχε μελετήσει το φαινόμενο της εξάτμισης και προσπάθησε να προσδιορίσει εάν σε αυτό το φαινόμενο πρωταρχικός παράγοντας είναι ο ήλιος ή ο άνεμος (Τσακίρης, 2006). Αργότερα, δημιουργήθηκαν μέθοδοι συγκεκριμένα για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής λαμβάνοντας υπόψιν διάφορες παραμέτρους όπως τη βροχόπτωση, τη θερμοκρασία, τη βλάστηση, την υγρασία καθώς και την ηλιακή ακτινοβολία. Οι σημαντικότερες μέθοδοι είναι του Thornthwaite (1948), των Blaney-Criddle (1950) η οποία το 1977 τροποποιήθηκε από τους Doorembos και Pruitt (1977), του Turc (1961), του Coutagne (1954), του Penman (1948, 1963), του Hargreaves (1975), η οποία τροποποιήθηκε το 1982 και 1985 από τους Hargreaves και Samani, των Jensen-Haise (1963) η οποία βασίστηκε σε μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε περιοχές των Δυτικών Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, η μέθοδος του Makkink (1957) η οποία είναι καλύτερα εφαρμόσιμη σε ψυχρά και υγρά κλίματα, των Priestley-Taylor (1972) που αποτελεί μια απλοποιημένη μορφή της μεθόδου Penman, η μέθοδος Copais για ωριαίες (Alexandris & Kerkides, 2003) και ημερήσιες (Alexandris, Kerkides, & Liakatas, 2006) εκτιμήσεις, κ.α. Ο FAO έχει πραγματοποιήσει μελέτες επισκόπησης για τις μεθόδους εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής και συγκεκριμένα στο Crop Water Requirements, FAO Irrig. & Drain Paper No. 24 Rome 1977, ταξινομεί τέσσερις από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους, οι οποίες εμπλουτίζονται στο Crop Evapotranspiration FAO (Irrigation & Drainage Paper 56) (Τσακίρης, 2006). Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, λαμβάνοντας υπόψιν την εφαρμογή των μεθόδων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής στον ελληνικό χώρο, αλλά και το πλήθος των διαθέσιμων μετεωρολογικών δεδομένων, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι. Η μέθοδος του Turc To 1961 o Turc, έπειτα από πειράματα που πραγματοποίησε σε 254 λεκάνες απορροής σε διάφορες χώρες, διατύπωσε τον παρακάτω τύπο (3.1) για τον υπολογισμό της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής (Στεφανίδης, 2008). Ο τύπος παρουσιάζει ικανοποιητικά αποτελέσματα για υψηλό ετήσιο βροχομετρικό δείκτη (μεγαλύτερο από 700 mm), ενώ στην Ελλάδα δεν αποδείχθηκε εφαρμόσιμος σε όλες τις περιπτώσεις (Σούλιος, 2007)

28 ΕT = P 0,9+ P2 L 2 (3.1) Όπου Ε: πραγματική ετήσια εξατμισοδιαπνοή σε mm P: ύψος των ετήσιων κατακρημνισμάτων σε mm L = T + 0,05T 3 (3.2) Όπου T: μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε o C. Η μέθοδος του Coutagne Σύμφωνα με τον Coutagne (1954), η πραγματική εξατμισοδιαπνοή μπορεί να δοθεί και από τον ακόλουθο τύπο (3.3). ΕT = P λp 2 (3.3) Όπου Ε: πραγματική ετήσια εξατμισοδιαπνοή σε mm P: ύψος των ετήσιων κατακρημνισμάτων σε mm λ = 1 0,8+0,14Τ (3.4) Όπου T: μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε o C Η μέθοδος αυτή, που λαμβάνει υπόψιν της τη μέση ετήσια βροχόπτωση καθώς και τη μέση ετήσια θερμοκρασία, έχει κάποιους περιορισμούς στην εφαρμογή της (Soulios, Toubektsi, & Tzevelekis, 1991). Ισχύει για 1 8λ < P < 1 Η μέθοδος του Thornthwaite 2λ (Mohammadi Fatideh, 2009). Το 1948 ο Thornthwaite περιέγραψε τη βιολογική και φυσική σπουδαιότητα της εξατμισοδιαπνοής στην κλιματική ταξινόμηση, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας εξίσωσης για την εκτίμηση της μηνιαίας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής (Τσακίρης, 2006). Η μέθοδος αυτή

29 είναι η πιο διαδεδομένη διεθνώς αλλά και στην Ελλάδα, κυρίως λόγω των μικρών απαιτήσεων σε δεδομένα (απαραίτητη είναι μόνο η μέση μηνιαία θερμοκρασία) (Ράπτη, Ευαγγελίδης, & Αραμπατζής, 2009) και αποτυπώνεται με την εξής εξίσωση (3.5): Όπου ET = 16 L d (10 T mean ) a (3.5) I ΕΤ: μηνιαία δυνητική εξατμισοδιαπνοή σε mm Tmean: μέση μηνιαία θερμοκρασία σε o C Ld: διορθωτικός συντελεστής που υπολογίζεται από τη σχέση (3.6): L d = ( N 12 ) (m 30 ) (3.6) Όπου Ν: μέση μηνιαία θεωρητική ηλιοφάνεια (ώρες/ ημέρα) m: αριθμός ημερών του μήνα ή από τον παρακάτω Πίνακα 2. Πίνακας 2: Τιμές διορθωτικού συντελεστή Ld λόγω γεωγραφικού πλάτους (Στεφανίδης, 2008). Γεωγραφικό πλάτος Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Δ 35 0,87 0,85 1,03 1,09 1,21 1,21 1,23 1,16 1,03 0,97 0,86 0, ,86 0,85 1,03 1,09 1,22 1,22 1,24 1,16 1,03 0,97 0,85 0, ,86 0,84 1,03 1,10 1,22 1,23 1,25 1,17 1,03 0,97 0,85 0, ,85 0,84 1,03 1,10 1,23 1,23 1,25 1,17 1,03 0,96 0,84 0, ,85 0,83 1,03 1,11 1,23 1,24 1,26 1,18 1,04 0,96 0,84 0, ,84 0,83 1,03 1,11 1,24 1,25 1,27 1,18 1,04 0,96 0,83 0, ,83 0,83 1,03 1,11 1,25 1,26 1,28 1,19 1,04 0,95 0,82 0, ,82 0,82 1,02 1,12 1,21 1,27 1,29 1,19 1,04 0,95 0,81 0,79 α = 6, Ι 3 7, Ι 2 + 1, Ι + 0,492 (3.7) Όπου Ι είναι ένας ετήσιος θερμικός δείκτης που υπολογίζεται από τη σχέση 3.8 :

30 Ι = 12 ( Τ imean ) 1,514 5 i=1 (3.8) Η μέθοδος του Thornthwaite δεν δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα σε ορισμένες περιπτώσεις καθώς υποεκτιμά την εξατμισοδιαπνοή κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, όταν η ακτινοβολία που προσλαμβάνει η γη έχει τη μέγιστη τιμή της, καθώς και σε ξηρά και ημίξηρα κλίματα. Ακόμη, θεωρείτε ανακριβής όταν χρησιμοποιείτε για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής για μικρά χρονικά διαστήματα, καθώς η μέση θερμοκρασία μικρών χρονικών περιόδων δεν αποτελεί κατάλληλο μέτρο τις εισερχόμενης ακτινοβολίας (Τσακίρης, 1995). Η μέθοδος των Blaney-Criddle Η μέθοδος αυτή αναπτύχθηκε στις δυτικές ΗΠΑ βασιζόμενη σε μετρήσεις της εξατμισοδιαπνοής που πραγματοποιήθηκαν τις δεκαετίες 1920 και Η μετρήσεις αυτές αφορούσαν τη μεταβολή της εδαφικής υγρασίας σε δείγματα εδάφους. Αρχικά, οι Blaney and Morin το 1942 ανέπτυξαν μια μέθοδο που λάμβανε υπόψιν της ως παραμέτρους τη μέση θερμοκρασία του αέρα, το μέσο ποσοστό ωρών ημέρας και τη μέση σχετική υγρασία (Βασιλείου, 2010). Το 1950 οι Blaney-Criddle τροποποίησαν αυτή τη μέθοδο, απαλείφοντας την παράμετρο της σχετικής υγρασίας, με αποτέλεσμα την παρακάτω εξίσωση (3.9) (Τσακίρης, 2006) που παρέχει τη μηνιαία εξατμισοδιαπνοή: ET = k F (3.9) Όπου ΕΤ: μηνιαία εξατμισοδιαπνοή σε mm k: φυτικός συντελεστής που προσδιορίζεται ξεχωριστά για κάθε περιοχή, εξαιτίας των διαφορετικών κλιματικών συνθηκών και της γεωργικής πρακτικής από τόπο σε τόπο. F: κλιματικός παράγοντας που δίνεται από την σχέση F = (0,46 T mean + 8,13)p (3.10) Όπου Tmean: μέση μηνιαία θερμοκρασία σε o C p: το ποσοστό των ωρών ημέρας του μήνα προς τις ώρες ημέρας του έτους

31 p = 100 N (3.11), όπου Ν: ηλιοφάνεια σε ώρες Σύμφωνα με την ΚΥΑ Φ 16/6631/89, οι καλλιέργειες χωρίζονται σε 8 κατηγορίες ανάλογα με τον φυτικό συντελεστή. Στην ίδια ΚΥΑ προσδιορίζονται για το χρονικό διάστημα από Απρίλιο έως Σεπτέμβριο, τα κατώτερα και ανώτερα όρια των αναγκαίων ποσοτήτων για την ορθολογική χρήση του νερού στην άρδευση, σε κάθε μία από τις 8 κατηγορίες ανάλογα με το Υδατικό διαμέρισμα στο οποίο βρίσκονται (Παράρτημα Ι). Όσον αφορά τον παράγοντα μου p, δηλαδή το ποσοστό των ωρών ημέρας του μήνα προς τις ώρες ημέρας του έτους σύμφωνα με το FAO υπολογίζεται ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής μελέτης (Πίνακας 3). Πίνακας 3: Μέσο ημερήσιο ποσοστό ηλιοφάνειας για διάφορα γεωγραφικά πλάτη (Μαμάσης, 2012). North Latitude Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sept Oct Nov Dec 24 o 7,58 7,17 8,40 8,60 9,30 9,20 9,41 9,05 8,31 8,09 7,43 7,46 26 o 7,49 7,12 8,40 8,64 9,38 9,49 9,10 8,31 8,06 9,30 7,36 7,35 28 o 7,40 7,07 8,39 8,68 9,46 9,38 9,58 9,16 8,32 8,02 7,27 7,27 30 o 7,30 7,03 8,38 8,72 9,53 9,49 9,67 9,22 8,34 7,99 7,19 7,14 32 o 7,20 6,97 8,37 8,75 9,63 9,60 9,77 9,28 8,34 7,93 9,11 7,05 34 o 7,10 6,91 8,36 8,80 9,72 9,70 9,88 9,33 8,36 7,90 7,02 6,92 36 o 6,99 6,86 8,35 8,85 9,81 9,83 9,99 9,40 8,36 7,85 6,92 6,79 38 o 6,87 6,79 8,34 8,90 9,92 9,95 10,10 9,47 8,38 7,90 6,82 6,66 40 o 6,76 6,73 8,33 8,95 10,02 10,08 10,22 9,54 8,38 7,75 6,72 6,52 42 o 6,62 6,65 8,31 9,00 10,14 10,21 10,35 9,62 8,40 7,70 6,62 6,38 44 o 6,40 6,58 8,30 9,05 10,26 10,38 10,49 9,70 8,41 7,63 6,49 6,22 46 o 6,33 6,50 8,29 9,12 10,39 10,54 10,64 9,79 8,42 7,58 6,36 6,04 48 o 6,17 6,422 8,27 9,18 10,53 10,71 10,80 9,89 8,44 7,51 6,22 5,86 50 o 5,98 6,32 8,25 9,25 10,69 10,93 10,99 10,00 8,44 7,43 6,07 5,65 Η μέθοδος των Blaney-Criddle είναι η πιο γνωστή μέθοδος που υπολογίζει την εξατμισοδιαπνοή, απαιτώντας μόνο τη μέση θερμοκρασία του αέρα ως κλιματική παράμετρο (Κωτσόπουλος, Αλεξίου, Καλφούντζος, Ζέρβα, & Καταφυγιώτης, 2003)

32 Η γραμμή εργαλείων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη γραμμής εργαλείων για το λογισμικό γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών, ArcGIS v10.2.2, για την εκτίμηση μιας παραμέτρου του υδατικού ισοζυγίου και συγκεκριμένα της εξατμισοδιαπνοής. Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών Το περιβάλλον, η αειφορική ανάπτυξη, η ατμόσφαιρα, το νερό και η βλάστηση είναι πλέον θέματα παγκοσμίου ενδιαφέροντος. Η μελέτη τους απαιτεί τη συγκέντρωση πληροφοριών, επεξεργασία τους και εξαγωγή συμπερασμάτων. Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών αποτελούν τα εργαλεία για αυτό το σκοπό (Συλλαίος, Γήτας, & Συλλαίος, 2007). Κατά καιρούς έχει δοθεί ένας μεγάλος αριθμός ορισμών για τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Ο Κουτσόπουλος (2005) αποδίδει τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών με τον εξής τρόπο: Γεωγραφικό: Το σύστημα χρησιμοποιεί στοιχεία σχετιζόμενα με τη γεωγραφική κλίμακα, τα οποία είναι τοποθετημένα στην επιφάνεια της γης σε ορισμένο σύστημα συντεταγμένων. Θεμέλιο λίθο του συστήματος αποτελούν τα χωρικά αυτά στοιχεία σε συνδυασμό με τη γεωγραφική τους θέση. Σύστημα: Είναι το περιβάλλον, που με μια ολοκληρωμένη σειρά από διαδικασίες, επιτρέπει την εισαγωγή, διαχείριση, ανάλυση και απόδοση των γεωγραφικών πληροφοριών, ώστε να δώσει απάντηση σε ερωτήματα που τίθενται. Πληροφοριών: Οι πληροφορίες που λαμβάνονται ως απάντηση στις ερωτήσεις που τίθενται για τα στοιχεία της γεωγραφικής βάσης. Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών έχουν βρει πλήθος εφαρμογών σε διάφορους τομείς, όπως το περιβάλλον, στην τοπική αυτοδιοίκηση, στην κτηνοτροφία, στη γεωργία, στο χωροταξικό σχεδιασμό, στη γεωλογία, κ.α.(mds, 2015). ArcGIS Desktop Το πρόγραμμα Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών που επιλέχθηκε στην παρούσα εργασία είναι το ArcGIS Desktop Μέσω του προγράμματος αυτού ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να διαχειριστεί, να αναλύσει, να απεικονίσει και να διαχύσει τις γεωγραφικές πληροφορίες ώστε να οδηγηθεί στην

33 επίλυση κάποιου προβλήματος και στη λήψη αποφάσεων. Ακόμη, μπορεί να επιτελέσει οποιαδήποτε απλή ή πολύπλοκη εργασία με επίκεντρο το χώρο, όπως χαρτογραφία, γεωγραφική ανάλυση, διαχείριση και επεξεργασία γεωγραφικών δεδομένων, μετατροπή μεταξύ διαφορετικών μορφότυπων δεδομένων, απεικόνιση, κ.α. (MDS, 2015). Το ArcGIS Desktop περιλαμβάνει μεταξύ άλλων και εργαλεία για ανάπτυξη εφαρμογών. Ένα από αυτά είναι και το ArcObjects SDK for the Microsoft.NET Framework. ArcObjects SDK for the Microsoft.NET Framework To ArcObjects είναι μια βιβλιοθήκη από Component Object Model (COM), η οποία αποτελεί θεμέλιο του ArcGIS. Η βιβλιοθήκη αυτή ενσωματώνεται σε ένα Ολοκληρωμένο Πρόγραμμα Ανάπτυξης (IDE). Αυτό το κιτ ανάπτυξης λογισμικού (SDK) με τη χρήση της βιβλιοθήκης ArcObjects μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα εξής: Για την προσαρμογή των εφαρμογών του ArcGIS Desktop Για την δημιουργία αυτόνομων εφαρμογών χαρτογράφησης Για την ανάπτυξη εφαρμογών Web. Δίνεται η δυνατότητα στον προγραμματιστεί να δημιουργήσει κάποιο add-in στη μορφή ενός και μόνο συμπιεσμένου αρχείου. Αυτού του είδους τα αρχεία δεν απαιτούν εγκατάσταση, αλλά ενσωματώνονται στο πρόγραμμα με την αντιγραφή τους απλά στον κατάλληλο φάκελο, ενώ η απομάκρυνσή τους γίνεται με τη διαγραφή τους από το φάκελο. Για τη συγγραφή των add-ins μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι γλώσσες VB.NET, C#, Java και η Python στα προγράμματα ανάπτυξης κώδικα Eclipse, Microsoft Visual Studio, ενώ για την Python υπάρχει συγκεκριμένος οδηγός (Esri, 2015). Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, η συγγραφή του κώδικα πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του προγράμματος Microsoft Visual Studio 2010, σε γλώσσα C#. C# Η γλώσσα προγραμματισμού C# είναι μια αντικειμενοστραφής γλώσσα, βασισμένη στη Java και στη C++, η οποία δημιουργήθηκε από την Microsoft το 2000, σαν μέρος του.net Framework. Η γλώσσα είναι πολύ απλή καθώς περιλαμβάνει μόνο 80 λέξεις κλειδιά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς εντατική εκμάθηση. Ακόμη, έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνεται η πρόκληση λαθών, κυρίως λόγω του απλουστευμένου συντακτικού της και την οργάνωση του κώδικά της

34 Ένα ακόμη χαρακτηριστικό της είναι η αντικειμενοστρέφεια. Παρέχει στους προγραμματιστές μια ξεκάθαρη και αποδοτική αντικειμενοστρεφή πλατφόρμα που περιλαμβάνει μια συλλογή βιβλιοθηκών δοκιμασμένων αντικειμένων, τα οποία παρέχουν λειτουργικότητα σε ποικιλία δεδομένων, καθώς και εργαλεία για τη δημιουργία παραθυρικών εφαρμογών. Οι βιβλιοθήκες αυτές προσαρμόζονται στις ανάγκες του προγραμματιστή. Τέλος, η γλώσσα C# είναι αρκετά οικεία, καθώς βασίστηκε στη φιλοσοφία της C++ και της Java, χωρίς την πολυπλοκότητα που τις χαρακτηρίζει (Liberty, 2005). Μεθοδολογία Η γραμμή εργαλείων, που ονομάζεται Evapotranspiration, δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να υπολογίσει την εξατμισοδιαπνοή με τέσσερις μεθόδους, τη μέθοδο του Turc, τη μέθοδο του Thornthwaite, τη μέθοδο του Coutagne και τη μέθοδο των Blaney-Criddle, και να εξάγει τους αντίστοιχους χάρτες. Οι μέθοδοι αυτοί παρουσιάζονται αναλυτικά στο κεφάλαιο Μέθοδοι εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής. Μέσω αυτής της γραμμής εργαλείων μπορεί επιπλέον να εξαχθεί βροχομετρικός χάρτης, καθώς και χάρτης ισόθερμων καμπυλών. Όσον αφορά τον δεύτερο, για τον υπολογισμό των θερμοκρασιών χρησιμοποιήθηκε η εξίσωση της κατακόρυφης θερμοβαθμίδας. Ως κατακόρυφη θερμοβαθμίδα ορίζεται ο ρυθμός ελάττωσης της θερμοκρασίας του αέρα σε σχέση με το υψόμετρο. Σύμφωνα με τους Μπαλαφούτη και Στάθη (2004) η μέση ή κανονική θερμοβαθμίδα για την τροπόσφαιρα είναι 6,5 o C /1000m. Για τη δημιουργία των βροχομετρικών χαρτών χρησιμοποιείται η μέθοδος της βροχοβαθμίδας, σε συνδυασμό με τη μέθοδο αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων. Η μέθοδος αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων (Inverse Distance Weights) υπολογίζει τις άγνωστες τιμές σύμφωνα με ένα γραμμικό συνδυασμό των τιμών σε γνωστά σημεία. Θεωρείται ότι η επιρροή ενός γνωστού σημείου ως προς το εκτίμηση σημείο, είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την απόστασή τους. Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, οι μετρούμενες τιμές κοντά στο σημείο πρόβλεψης, επιδρούν περισσότερο σε σχέση με τις πιο απομακρυσμένες (Καρκαλέτσου, 2014) (Εικόνα 3). Η IDW είναι μια από τις πιο δημοφιλής μεθόδους παρεμβολής μεταξύ των γεωεπιστημόνων, λόγω του ότι είναι απλή, γρήγορη αλλά και επειδή περιλαμβάνεται σε πολλά προγράμματα Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Lu & Wong, 2008)

35 Εικόνα 3: Η μέθοδος αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων (Esri, 2015). Η βροχοβαθμίδα είναι η γραμμική σχέση μεταξύ των κατακρημνισμάτων και του υψομέτρου και είναι της εξής μορφής (4.1): y = ax + β (4.1) Όπου: α: ο συντελεστής κατεύθυνσης, ο οποίος προσδιορίζει την αύξηση των κατακρημνισμάτων (y) σε σχέση με το υψόμετρο (x) β: η σταθερή τιμή των κατακρημνισμάτων όταν το υψόμετρο (x) είναι 0. Μεταξύ των κατακρημνισμάτων και του υψομέτρου υπάρχει ένας βαθμός συσχέτισης, ο οποίος εκφράζεται με το R 2, τον συντελεστή προσδιορισμού. Για να είναι αποδεκτά τα αποτελέσματα θα πρέπει ο συντελεστής προσδιορισμού να είναι μεγαλύτερος από 60% (Σούλιος, 2007). Η μέθοδος αυτή δέχεται ότι στην κατανομή των κατακρημνισμάτων επιδρά μόνο το υψόμετρο, παραβλέποντας τυχόν άλλους παράγοντες. Σύμφωνα με τον Σούλιο (2007), η μέθοδος ανταποκρίνεται ικανοποιητικά στην πραγματικότητα, ειδικά σε λεκάνες απορροής με μικρή έκταση

36 Τέλος, η επιλογή των βροχομετρικών σταθμών πραγματοποιήθηκε με βάση το συντελεστή προσδιορισμού που παρουσίαζαν μεταξύ τους οι σταθμοί. Επιλέχθηκαν αυτοί που παρουσίασαν την μεγαλύτερη τιμή του συντελεστή προσδιορισμού. Οδηγίες χρήσης της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration Η γραμμή εργαλείων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής (Εικόνα 4) προστίθεται στο ArcGIS, όπως και όλες οι γραμμές εργαλείων, από το μενού Tools > Customize. Το όνομα της γραμμής εργαλείων είναι Evapotranspiration. Αποτελείται από 6 κουμπιά. Το πρώτο κουμπί αφορά την βροχόπτωση και τη δημιουργία βροχομετρικού χάρτη, το δεύτερο την θερμοκρασία και τη δημιουργία χάρτη ισόθερμων καμπυλών, ενώ τα υπόλοιπα κουμπιά αφορούν μεθόδους εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής. Πιο συγκεκριμένα, το τρίτο κουμπί αφορά τη μέθοδο του Turc, το τέταρτο τη μέθοδο του Coutagne, το πέμπτο τη μέθοδο του Thornthwaite και το έκτο τη μέθοδο των Blaney-Criddle. Με τη χρήση του κουμπιού F1 εμφανίζεται βοήθεια τόσο για το σύνολο της γραμμής εργαλείων, όσο και για το κάθε κουμπί ξεχωριστά. Εικόνα 4: Η γραμμή εργαλείων Evapotranspiration. Η συγκεκριμένη γραμμή εργαλείων δίνει τη δυνατότητα, εκτός από την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής με διάφορες μεθόδους και την αποτύπωση των αποτελεσμάτων σε χάρτη, τη δημιουργία βροχομετρικού χάρτη και χάρτη ισόθερμων καμπυλών. Ο χρήστης για να μπορέσει να την αξιοποιήσει θα πρέπει να έχει στη διάθεση του ορισμένα δεδομένα. Πιο συγκεκριμένα, θα πρέπει αρχικά να έχει δημιουργήσει μια γεωβάση (Geodatabase I), η οποία να περιλαμβάνει ένα feature class με τους μετεωρολογικούς σταθμούς που θα χρησιμοποιήσει, tables με τα δεδομένα των βροχοπτώσεων καθώς και των θερμοκρασιών για τους αντίστοιχους σταθμούς, όπως και το raster dataset του DEM (Digital Elevation Model) της περιοχής μελέτης. Στον Πίνακα 4 παρουσιάζονται αναλυτικά τα πεδία που πρέπει να περιέχει ο attribute table του feature class των σταθμών, αλλά και τα πεδία των tables

37 Πίνακας 4: Περιεχόμενα γεωβάσης (Geodatabase I) για την χρήση της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration. Είδος Όνομα Πεδία Feature class Meteo_Stations Station Name Χ Υ Elevation Precipitation Station Name Jan Feb Mar Apr May Jun Table Temperature Jul Aug Sept Oct Nov Dec Annual Raster Dataset DEM - Ακόμη, θα πρέπει να έχει δημιουργηθεί ακόμα μία γεωβάση (Geodatabase II), η οποία θα περιέχει τα αποτελέσματα από την εφαρμογή της μέθοδο αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων (IDW) για κάθε ένα από τους σταθμούς που έχει επιλεχτεί. Ο χρήστης μπορεί να παράγει τα αντίστοιχα raster datasets μέσω του προγράμματος ArcGIS επιλέγοντας Spatial Analyst Tools > Interpolation > IDW

38 Η φόρμα δημιουργίας βροχομετρικού χάρτη (Precipitation) Εικόνα 5: Η φόρμα δημιουργίας βροχομετρικού χάρτη. Στην Εικόνα 5 παρουσιάζεται η φόρμα που αφορά την βροχόπτωση. Η φόρμα αυτή επιτρέπει στον χρήστη τη δημιουργία βροχομετρικού χάρτη, χρησιμοποιώντας την εξίσωση της βροχοβαθμίδας και την μέθοδο αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων. Αρχικά, ο χρήστης εισάγει την Geodatabase I, όπως περιγράφεται παραπάνω. Στη συνέχεια, επιλέγει το layer των μετεωρολογικών σταθμών που θα χρησιμοποιηθούν για την δημιουργία του βροχομετρικού χάρτη. Με την επιλογή αυτή εμφανίζονται στον Πίνακα που ακολουθεί τα ονόματα των σταθμών που περιλαμβάνονται στον layer των μετεωρολογικών σταθμών. Έπειτα, ο χρήστης εισάγει την Geodatabase II, που περιγράφεται παραπάνω. Ακόμη, επιλέγει το χρονικό διάστημα (μήνα ή έτος) για τον οποίο θέλει να εξαχθεί ο βροχομετρικός χάρτης και εισάγει το DEM της περιοχής μελέτης. Τέλος, συμπληρώνονται οι συντελεστές α και β της γραμμικής εξίσωσης της

39 βροχοβαθμίδας. Με τη συμπλήρωση των παραπάνω και επιλέγοντας το κουμπί Create precipitation raster, δημιουργείται ο βροχομετρικός χάρτης. Το raster που δημιουργείται αποθηκεύεται στον προεπιλεγμένο φάκελο προς αποθήκευση του ArcGIS. Επιλέγοντας το κουμπί Close η φόρμα κλείνει. Η φόρμα δημιουργίας χάρτη ισόθερμων καμπυλών (Temperature) Εικόνα 6: Η φόρμα δημιουργίας χάρτη ισόθερμων καμπυλών. Στην Εικόνα 6 παρουσιάζεται η φόρμα που αφορά τη θερμοκρασία. Η φόρμα αυτή δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να δημιουργήσει χάρτη ισόθερμων καμπυλών. Η φόρμα είναι όμοια με αυτή που αφορά την βροχόπτωση, με κάποιες όμως διαφοροποιήσεις. Αρχικά, ο χρήστης εισάγει την Geodatabase I, έπειτα επιλέγει το layer των μετεωρολογικών σταθμών και τα ονόματα των σταθμών εμφανίζονται στον Πίνακα που ακολουθεί. Στην συνέχεια, ο χρήστης

40 εισάγει την Geodatabase II, επιλέγει το χρονικό διάστημα για το οποίο θέλει να δημιουργήσει τον χάρτη ισόθερμων καμπυλών, εισάγει το DEM της περιοχής μελέτης και επιλέγοντας το κουμπί Create temperature raster δημιουργεί τον επιθυμητό χάρτη, ο οποίος αποθηκεύεται στον προεπιλεγμένο φάκελο προς αποθήκευση του ArcGIS. Με την επιλογή του κουμπιού Close η φόρμα κλείνει. Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Turc Η φόρμα που χρησιμοποιεί την μέθοδο του Turc παρουσιάζεται στην Εικόνα 7. Με τη χρήση αυτής της φόρμας εκτιμάται η ετήσια εξατμισοδιαπνοή με την μέθοδο του Turc και Εικόνα 7: Η φόρμα εκτίμησης της ετήσιας εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Turc, και δημιουργίας του αντίστοιχου χάρτη. δίνεται η δυνατότητα δημιουργίας του αντίστοιχου χάρτη. Ο χρήστης αρχικά εισάγει την

41 Geodatabase I, επιλέγει το layer των μετεωρολογικών σταθμών και αυτοί εμφανίζονται στον Πίνακα που ακολουθεί. Στη συνέχεια ο χρήστης εισάγει τα raster της ετήσιας θερμοκρασίας και της ετήσιας βροχόπτωσης που έχει δημιουργήσει με την χρήση της ίδιας γραμμής εργαλείων. Τέλος, ακολουθούν τρία κουμπιά. Με το κουμπί Calculate Evapotranspiration υπολογίζεται η τιμή της εξατμισοδιαπνοής, με το κουμπί Create Evapotranspiration Layer δημιουργείται ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής, ενώ με την επιλογή του κουμπιού Close, η φόρμα κλείνει. Όπως και στις προηγούμενες, έτσι και σε αυτή την φόρμα, το raster που παράγεται αποθηκεύεται στον προεπιλεγμένο προς αποθήκευση φάκελο του ArcGIS. Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Coutagne Στην Εικόνα 8 παρουσιάζεται η φόρμα που αφορά τη μέθοδο εκτίμησης της ετήσιας Εικόνα 8: Η φόρμα για την εκτίμηση της ετήσιας εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Coutagne και την παραγωγή του αντίστοιχου χάρτη

42 εξατμισοδιαπνοής του Coutagne. Δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη να υπολογίσει την εξατμισοδιαπνοή με την συγκεκριμένη μέθοδο και να παράγει τον αντίστοιχο χάρτη. Η φόρμα λειτουργεί με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως αυτή του Turc, που περιγράφεται παραπάνω. Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Thornthwaite Στην Εικόνα 9 παρουσιάζεται η φόρμα εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Thornthwaite. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να υπολογίσει με αυτή τη μέθοδο τη μηνιαία Εικόνα 9: Η φόρμα εκτίμησης και δημιουργίας χάρτη μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με την μέθοδο του Thornthwaite. εξατμισοδιαπνοή καθώς και να δημιουργήσει τον αντίστοιχο χάρτη. Αρχικά ο χρήστης εισάγει την Geodatabase Ι, επιλέγει το layer των μετεωρολογικών σταθμών και τα ονόματα αυτών εμφανίζονται στον Πίνακα που ακολουθεί. Στην συνέχεια, επιλέγει τον μήνα για τον οποίο

43 θέλει να υπολογιστεί η εξατμισοδιαπνοή, εισάγει τον διορθωτικό παράγοντα Ld που απαιτείτε με βάση τον τύπο, και επιλέγει το κατάλληλο raster για την θερμοκρασία. Τέλος, όπως και στις προηγούμενες φόρμες, επιλέγοντας το κουμπί Calculate Evapotranspiration, εκτιμάται η μηνιαία εξατμισοδιαπνοή, με το κουμπί Create Evapotranspiration Layer δημιουργείται ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής, ενώ με το κουμπί Close η φόρμα κλείνει. Τα raster που δημιουργούνται αποθηκεύονται στον προεπιλεγμένο φάκελο προς αποθήκευση του ArcGIS. Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Blaney-Criddle Η τελευταία φόρμα (Εικόνα 10) αφορά την εκτίμηση της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής Εικόνα 10: Η φόρμα εκτίμησης και δημιουργίας χάρτη μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής, σύμφωνα με τη μέθοδο των Blaney-Criddle

44 με τη μέθοδο των Blaney-Criddle και τη δημιουργία του αντίστοιχου χάρτη. Όπως και στις προηγούμενες φόρμες, αρχικά ο χρήστης εισάγει την Geodatabase I, επιλέγει το layer των μετεωρολογικών σταθμών με αποτέλεσμα τα ονόματα των σταθμών να εμφανίζονται στον Πίνακα που ακολουθεί. Έπειτα, ο χρήστης επιλέγει τον μήνα για τον οποίο θέλει να χρησιμοποιήσει τη μέθοδο, εισάγει τον διορθωτικό συντελεστή p και τον φυτικό συντελεστή k, καθώς και το κατάλληλο raster που αφορά τη θερμοκρασία. Επιλέγοντας το κουμπί Calculate Evapotranspiration εκτιμάται η μηνιαία εξατμισοδιαπνοή, ενώ με το κουμπί Create Evapotranspiration Layer δημιουργείται ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής, ο οποίος αποθηκεύεται στον προεπιλεγμένο από το ArcGIS, φάκελο προς αποθήκευση. Τέλος, επιλέγοντας το κουμπί Close η φόρμα κλείνει

45 Εφαρμογή της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration" Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών Η εφαρμογή της εργαλειομπάρας πραγματοποιήθηκε στην λεκάνη απορροής των Μουδανιών, στον νομό Χαλκιδικής. Γενικά χαρακτηριστικά Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών (Εικόνα 11), η οποία ανήκει στο υδατικό διαμέρισμα Κεντρικής Μακεδονίας, βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα του νομού Χαλκιδικής και εκτείνεται από την περιοχή των Νέων Μουδανιών έως το δημοτικό διαμέρισμα της Βάβδου. Η περιοχή μελέτης χωρίζεται σε τρεις υπολεκάνες. Η συνολική έκταση της λεκάνης απορροής ανέρχεται σε 127,22 Km 2, με μέσο υψόμετρο 210,9 m και μέση κλίση 1,8%

46 Εικόνα 11: Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών

47 Ανάγλυφο Με βάση το ανάγλυφό της (Εικόνα 12), η λεκάνη απορροής χωρίζεται σε δύο υποπεριοχές, τη λοφώδη που καταλαμβάνει το βόρειο τμήμα της λεκάνης, και την πεδινή, που βρίσκεται στο νότιο τμήμα της (Λατινόπουλος, 2003). Τα χαρακτηριστικά των υποπεριοχών αυτών παρουσιάζονται στον Πίνακα 5. Πίνακας 5: Γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής των Μουδανιών (Λατινόπουλος, 2003). Συνολική λεκάνη Λοφώδης περιοχή Έκταση (Km2) Έκταση (%) Μέσο υψόμετρο εδάφους (m) Μέση κλίση εδάφους (%) 127, ,9 1,8 58,91 46, ,2 Πεδινή περιοχή 68,31 53,7 65 1,4 Στην Εικόνα 13 παρουσιάζονται οι κατηγορίες υψομέτρου της λεκάνης απορροής των Μουδανιών σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση του Dikau (1989) με μια τροποποίηση ως προς την τρίτη κατηγορία που πραγματοποιήθηκε από τον Κεμιτζόγλου (2006), η οποία συμπεριλαμβάνει την ημιορεινή και την ορεινή περιοχή για τα ποτάμια της Βόρειας και Κεντρικής Ελλάδας. Το 60% της λεκάνης απορροής χαρακτηρίζεται πεδινό με υψόμετρο <150m, το 35% είναι λοφώδες, με υψόμετρο μεταξύ 150m 600m, ενώ μόλις το 5% της λεκάνης απορροής χαρακτηρίζεται ημιορεινό-ορεινό, με υψόμετρο >600m. Όσον αφορά τις κλίσεις της λεκάνης απορροής, επιλέχθηκε η ταξινόμηση του Demek (1972), όπως τροποποιήθηκε από τον Κεμιτζόγλου (2006). Όπως φαίνεται στην Εικόνα 14 το 56% της λεκάνης είναι ισχυρώς κεκλιμένο με κλίση 5 ο - 15 ο, το 40% έχει κλίση 0 ο - 5 ο και ανήκει στην κατηγορία επίπεδο έως ελαφρώς κεκλιμένο και το 4% με κλίση >15 ο, ανήκει στην κατηγορία απότομο έως κάθετο

48 Εικόνα 12: Το ανάγλυφο της λεκάνης απορροής των Μουδανιών

49 Εικόνα 13: Κατηγορίες υψομέτρου σύμφωνα με τον Dikau (1989) και τροποποιημένα από τον Κεμιτζόγλου (2006) στην λεκάνη απορροής των Μουδανιών

50 Εικόνα 14: Κατηγοριοποίηση κλίσεων σύμφωνα με τον Demek (1972), τροποποιημένη από τον Κεμιτζόγλου (2006), στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών

51 Γεωλογικά χαρακτηριστικά Σύμφωνα με τον υδρολιθολογικό χάρτη της Ελλάδας στην περιοχή μελέτης απαντώνται οι εξής λιθολογικοί σχηματισμοί (Εικόνα 15): Κοκκώδεις μη προσχωματικές αποθέσεις κυμαινόμενης υδροπερατότητας, που καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής, με ποσοστό 90%. Κοκκώδεις προσχωματικές αποθέσεις μέτριας έως πολύ μικρής υδροπερατότητας, με ποσοστό που αγγίζει σχεδόν το 10%. Πλουτώνια και ηφαιστειακά πετρώματα, που καλύπτουν ένα πολύ μικρό μέρος της περιοχής μελέτης, με ποσοστό 0,005%

52 Εικόνα 15: Λιθολογικοί σχηματισμοί στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών

53 Χρήσεις γης Στην Εικόνα 16 παρουσιάζονται οι χρήσεις γης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, όπως αποτυπώνονται σύμφωνα με το Corine Land Cover Το Corine Land Cover 2006, έχει εκδοθεί για διάφορες χώρες, ανάμεσα στις οποίες όμως δεν είναι η Ελλάδα. Οι χρήσεις γης ομαδοποιούνται σε τρεις κατηγορίες: τεχνητές επιφάνειες, δάση και ημιφυσικές περιοχές και γεωργικές εκτάσεις (Εικόνα 17). Στην περιοχή μελέτης κυριαρχούν οι αγροτικές εκτάσεις με ποσοστό 81%, ακολουθούν οι δασικές εκτάσεις με ποσοστό 14%, ενώ οι αστικές εκτάσεις καταλαμβάνουν το 5% στο σύνολο της λεκάνης (Εικόνα 18)

54 Εικόνα 16: Χρήσεις γης σύμφωνα με το Corine Land Cover 2000 στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών

55 Εικόνα 17: Ομαδοποιημένες χρήσεις γης στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών

56 14% 5% Τεχνιτές επιφάνειες Γεωργικές Περιοχές 81% Δάση και ημιφυσικές περιοχές Εικόνα 18 : Ποσοστιαία κάλυψη χρήσεων γης στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Διοικητική Υπαγωγή Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών βρίσκεται στο νομό Χαλκιδικής και υπάγεται διοικητικά στην Περιφερειακή Ενότητα Χαλκιδικής της Περιφέρειας Κεντρικής Μακεδονίας. Η περιοχή μελέτης εκτείνεται σε δύο δήμους, το δήμο Νέας Προποντίδας και το δήμο Πολυγύρου. Στην λεκάνη υπάρχουν 8 οικισμοί, με συνολικό πληθυσμό κατοίκους, όπως αποτυπώνεται στην απογραφή μόνιμου πληθυσμού που πραγματοποιήθηκε το 2001 από την Ελληνική Στατιστική Αρχή. Ο μεγαλύτερος οικισμός είναι αυτός των Νέων Μουδανιών, με πληθυσμό που ανέρχεται σε κατοίκους (Εικόνα 19)

57 Εικόνα 19: Οικισμοί στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών

58 Μετεωρολογικοί σταθμοί Για την εφαρμογή των μεθόδων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής στην λεκάνη απορροής των Μουδανιών χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τρεις μετεωρολογικούς σταθμούς, τα στοιχεία των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 6. Οι μετεωρολογικοί σταθμοί επιλέχθηκαν από τους διαθέσιμους, σύμφωνα με τα αποτελέσματα του συντελεστή προσδιορισμού R 2. Οι συγκεκριμένοι σταθμοί παρουσιάζουν συντελεστή προσδιορισμού R 2 =0,93. Στην Εικόνα 20 παρουσιάζεται ο χάρτης με τους μετεωρολογικούς σταθμούς στην περιοχή των Μουδανιών. Πίνακας 6: Μετεωρολογικοί σταθμοί στην περιοχή των Μουδανιών. Όνομα σταθμού Χ Υ Υψόμετρο (m) Αρναία , , Πολύγυρος , , Άγιος Μάμας , ,

59 Εικόνα 20: Χάρτης μετεωρολογικών σταθμών στην περιοχή των Μουδανιών

60 Μεση βροχοπτωση (mm) Αποτελέσματα Η φόρμα δημιουργίας βροχομετρικού χάρτη (Precipitation) Η πρώτη φόρμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν αυτή που αφορά την βροχόπτωση. Αρχικά υπολογίστηκε η εξίσωση της βροχοβαθμίδας για τους μετεωρολογικούς σταθμούς στην περιοχή μελέτης (Εικόνα 21). Εξίσωση βροχοβαθμίδας y = 0,3855x + 359,72 R² = 0, Υψόμετρο (m) Εικόνα 21: Διάγραμμα βροχοβαθμίδας για τους μετεωρολογικούς σταθμούς της περιοχής των Μουδανιών. Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν με την εφαρμογή της μεθόδου αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων τα raster για κάθε έναν από τους μετεωρολογικούς σταθμούς, τα οποία οργανώθηκαν σε γεωβάση. Στις Εικόνες 22, 23 κα 24 παρουσιάζονται τα IDW raster για κάθε μετεωρολογικό σταθμό. Με την εφαρμογή της φόρμας αυτής προέκυψαν 13 raster, ένα για κάθε μήνα του έτους και ένα ετήσιο. Στην Εικόνα 25 παρουσιάζεται ο ετήσιος βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, ενώ στο Παράρτημα ΙΙ παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για κάθε μήνα. Το ύψος των κατακρημνισμάτων, το οποίο μετριέται σε mm, είναι μικρότερο στο νότιο πεδινό τμήμα της λεκάνης, ενώ αυξάνεται όσο αυξάνεται το υψόμετρο, παρουσιάζοντας τις μεγαλύτερες τιμές στο βόρειο και ορεινό τμήμα της λεκάνης απορροής. Το μικρότερο ύψος κατακρημνισμάτων παρατηρείται τον Ιούνιο (7,23 mm), ενώ μεγαλύτερο τον μήνα Φεβρουάριο (217,27 mm) (Εικόνα 26)

61 Εικόνα 22: Αποτελέσματα εφαρμογής της μεθόδου αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων για το μετεωρολογικό σταθμό Αρναία

62 Εικόνα 23: Αποτελέσματα εφαρμογής της μεθόδου αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων για το μετεωρολογικό σταθμό Πολύγυρο

63 Εικόνα 24: Αποτελέσματα εφαρμογής της μεθόδου αντίστροφων σταθμισμένων αποστάσεων για το μετεωρολογικό σταθμό Άγιος Μάμας

64 Εικόνα 25: Ετήσιος βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών

65 Μέση Μηνιαία Βροχόπτωση JAN FEC MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Jan Fec Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec mm 52,54 42,42 43,56 36,08 51,01 38,08 35,88 24,13 31,79 38,47 57,91 64,80 Εικόνα 26: Μέση μηνιαία βροχόπτωση στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Η φόρμα δημιουργίας χάρτη ισόθερμων καμπυλών (Temperature) Με τη χρήση της φόρμας Temperature δημιουργήθηκαν οι χάρτες ισόθερμων καμπυλών για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Οι τιμές της θερμοκρασίας προσδιορίστηκαν με βάση την κατακόρυφη θερμοβαθμίδα για την τροπόσφαιρα, η οποία ορίζει ότι η θερμοκρασία αυξάνεται σε σχέση με το υψόμετρο 6,5 o C / 1000 m (Μπαλαφούτης & Στάθης, 2004). Στην Εικόνα 27 παρουσιάζεται ο χάρτης ισόθερμων καμπυλών για τη μέση ετήσια θερμοκρασία της λεκάνη απορροής των Μουδανιών, ενώ στο Παράρτημα ΙΙΙ παρουσιάζονται οι χάρτες ισόθερμων καμπυλών για κάθε μήνα. Παρατηρείται ότι στο βόρειο, ορεινό τμήμα της λεκάνης οι τιμές της θερμοκρασίας είναι πιο χαμηλές, ενώ στο νότιο, παραθαλάσσιο τμήμα της λεκάνης παρουσιάζονται οι υψηλότερες τιμές. Η χαμηλότερη τιμή της θερμοκρασίας παρατηρείται τον μήνα Ιανουάριο στους 1,36 o C, ενώ η υψηλότερη τιμή παρατηρείται το μήνα Αύγουστο, όπου η θερμοκρασία ανήλθε στους 26,72 o C (Εικόνα 28)

66 Εικόνα 27: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών για τη μέση ετήσια θερμοκρασία της λεκάνης απορροής των Μουδανιών

67 Μέση Μηνιαία Θερμοκρασία JAN FEC MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC Jan Fec Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec oc 4,24 5,54 7,65 12,25 17,42 21,43 24,06 23,78 19,67 14,98 10,91 6,57 Εικόνα 28: Μέση μηνιαία θερμοκρασία της λεκάνης απορροής των Μουδανιών. Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Turc Η τρίτη φόρμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν αυτή που αφορούσε την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με τη μεθοδολογία του Turc. Η τιμή της ετήσιας εξατμισοδιαπνοής για την λεκάνη απορροής των Μουδανιών εκτιμήθηκε σε 476,63 mm/year. Στην Εικόνα 29 παρουσιάζεται ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο. Η μικρότερη τιμή που παρουσιάζεται είναι στο βόρειο τμήμα της λεκάνης (481,36 mm/year), ενώ η μεγαλύτερη παρουσιάζεται στο νότιο, παραθαλάσσιο τμήμα της λεκάνης (354,54 mm/year)

68 Εικόνα 29: Χάρτης εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με τη μέθοδο του Turc

69 Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Coutagne Η επόμενη φόρμα που χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της ετήσιας εξατμισοδιαπνής ήταν αυτή του Coutagne. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, η τιμή της εξατμισοδιαπνοής της λεκάνης απορροής των Μουδανιών ανέρχεται σε 448,10 mm/year. Στην Εικόνα 30 παρουσιάζεται ο χάρτης εκτίμησης της ετήσιας εξατμισοδιαπνοής για την συγκεκριμένη λεκάνη με βάση την μέθοδο του Coutagne. Όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, όπου χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του Turc, η εξατμισοδιαπνοή παρουσιάζει την υψηλότερη τιμή στο βόρειο, ορεινό τμήμα της λεκάνης, στα 487,37 mm/year, ενώ η χαμηλότερη τιμή παρουσιάζεται στο νότιο, παραθαλάσσιο τμήμα της λεκάνης, στα 320,88 mm/year

70 Εικόνα 30: Χάρτης εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με τη μέθοδο του Coutagne

71 Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Thornthwaite Η πέμπτη φόρμα που χρησιμοποιήθηκε αφορά την εκτίμηση της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με την μέθοδο του Thornthwaite. Στην Εικόνα 31 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής της μεθόδου αυτής για κάθε μήνα, για την λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Η μεγαλύτερη ποσότητα νερού που αποβάλετται με την διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής παρουσιάζεται τον μήνα Ιούλιο (151,4 mm), ενώ η μικρότερη τον Ιανουάριο (8,13 mm). Thornthwaite Jan Fec Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec mm 8,13 11,71 22,62 47,6 90,69 125,1 151,4 138, ,58 30,66 14,35 Εικόνα 31: Οι τιμές της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με την μέθοδο του Thornthwaite. Στο Παράρτημα ΙV παρουσιάζονται οι αντίστοιχοι χάρτες μηναιαίς εξατμισοδιαπνοής, ενώ στην Εικόνα 32 παρουσιάζεται το άθροιισμα τους, δηλαδή η κατανομή της ποσότητας του νερού που αποβλήθηκε στην ατμοσφαιρα με τη διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής στη συγκεκριμένη λεκάνη απορροής. Παρατηρείται ότι οι υψηλότερες τιμές της εξατμισοδιαπνοής παρουσιάζονται στο πεδινό τμήμα της λεκάνης, ενώ οι χαμηλότερες στο ορεινό

72 Εικόνα 32: Χάρτης εκτίμησης ετήσιας εξατμισοδιαπνοής για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με τη μέθοδο του Thornthwaite

73 Η φόρμα εκτίμησης και αποτύπωσης εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο του Blaney-Criddle Η τελευταία φόρμα αφορά την εκτίμηση της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με την μέθοδο των Blaney-Criddle. Αρχικά, για την εφαρμογή της μεθόδου έπρεπε να προσδιοριστεί ο φυτικός συντελεστής σύμφωνα με της καλλιέργειες της περιοχής. Σύμφωνα με στοιχεία του Οργανισμού Πληρωμών και Ελέγχου Κοινοτικών Ενισχύσεων Προσανατολισμού και Εγγυήσεων (Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε.) για το 2014, στον δήμο Μουδανιών το μεγαλύτερο ποσοστό των καλλιεργειών ήταν σιτιρά, ενώ δεύτερες σε έκταση καλλιέργειες με μικρή διαφορά ήταν οι αμπελώνες και ελαιώνες (Εικόνα 33). Ο φύτικός συντελεστής υπολογίστηκε σε 0,65, ως ο μέσος όρος των φυτικών συντελεστών των μεγαλύτερων σε έκταση καλλιεργειών. 4,31% 0,28% 12,82% 0,19% 38,02% Ελαιώνες-Αμπελώνες Σιτηρά Κηπευτικά 44,38% Οπωροφόρα-Όσπρια-Άνθη- Βαμβάκι Σανός Τριφύλλι Εικόνα 33: Ποσοστά καλλιεργειών στο δήμο Μουδανιών σύμφωνα με στοιχεία του Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε. (2014)

74 Στην Εικόνα 34 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εξατμισοδιαπνοής για την λεκάνη απορροής των Μουδανιών, με βάση αυτή τη μέθοδο. Η υψηλότερη τιμή παρουσιάζεται τον μήνα Ιούλιο (128,8 mm/month), ενώ η χαμηλότερη τον Ιανουάριο (45,18 mm/month). Στο Παράρτημα V παρουσιάζονται οι χάρτες εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής για κάθε μήνα, ενώ στην Εικόνα 35 αποτυπώνεται το άθροισμα των αποτελεσμάτων αυτών. Όπως και στην εφαρμογή της μεθόδου του Thornthwaite, έτσι και εδώ, οι υψηλότερες τιμές της εξατμισοδιαπνοής παρουσιάζονται στο πεδινό τμήμα της λεκάνης απορροής, ενώ οι χαμηλότερες στο ορεινό. Blaney-Criddle Jan Fec Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec mm 45,18 47,63 64,01 80,68 106,0 118,9 128,8 119,6 94,66 76,60 58,23 48,04 Εικόνα 34: Οι τιμές της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με την μέθοδο των Blaney-Criddle

75 Εικόνα 35: Χάρτης εκτίμησης ετήσιας εξατμισοδιαπνοής για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με τη μέθοδο των Blaney-Criddle

76 Συμπεράσματα - Συζήτηση Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η δημιουργία γραμμής εργαλείων, που να ενσωματώνεται στο πρόγραμμα Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών ArcGIS Desktop , για την εκτίμηση μιας παραμέτρου του υδατικού ισοζυγίου, την εξατμισοδιαπνοής, την χαρτογραφική της αποτύπωση καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή των μεθόδων αυτών. Η δημιουργία της γραμμής εργαλείων, που ονομάστηκε Evapotranspiration, αποτελεί ένα χρήσιμο και αποτελεσματικό εργαλείο για τον χρήστη, ιδιαίτερα για την επεξεργασία μετεωρολογικών δεδομένων και τη διαχείριση των υδάτων. Ένα από τα πλεονεκτήματα της γραμμής εργαλείων αυτής είναι η απλή μορφή της, κάτι το οποίο την καθιστά φιλική προς τον χρήστη και εύκολη στο χειρισμό. Η οργάνωση της πραγματοποιήθηκε με βάση κουμπιά (buttons), τα οποία ενεργοποιούν φόρμες δομημένες με τέτοιο τρόπο ώστε να οδηγούν τον χρήστη βήμα-βήμα στο επιθυμητό αποτέλεσμα. Ακόμη, η βάση δεδομένων που χρησιμοποιείτε είναι δυναμική, δίνοντας στον χρήστη τη δυνατότητα να παρεμβαίνει στα δεδομένα, προσθέτοντας νέες πληροφορίες ή αφαιρώντας κάποιες, συγκεκριμενοποιώντας τα αποτελέσματα που θέλει να εξάγει. Η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής περιλαμβάνει υπολογισμούς οι οποίοι είναι αρκετά περίπλοκοι και εμπεριέχουν τον κίνδυνο λάθους. Η γραμμή εργαλείων Evapotranspiration αυτοματοποιεί αυτήν την διαδικασία, εξασφαλίζοντας την αποφυγή λαθών και βελτιώνοντας σε μεγάλο βαθμό την ταχύτητα εξαγωγής των αποτελεσμάτων. Τέλος, ένα σημαντικό στοιχείο της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration, είναι η δυνατότητα απεικόνισης των αποτελεσμάτων με ακρίβεια, σε χάρτες, τόσο της βροχόπτωσης και της θερμοκρασίας, όσο και της κατανομής της ποσότητας νερού που αποβάλλεται με την διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής, κάνοντας καλύτερα κατανοητή την κατάσταση μιας λεκάνης απορροής. Η εφαρμογή της συγκεκριμένης γραμμής εργαλείων πραγματοποιήθηκε στην λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προήλθαν από 3 μετεωρολογικούς σταθμούς που βρίσκονται στην περιοχή μελέτης, τον σταθμό της Αρναίας, του Πολύγυρου και του Αγίου Μάμα

77 Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή των μεθόδων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής του Turc, του Coutagne, του Thornthwaite και των Blaney-Criddle παρουσιάζονται στον Πίνακα 7 καθώς και στην Εικόνα 36. Στον Πίνακα 8 και στην Εικόνα 37, παρουσιάζεται η μέση τιμή της εξατμισοδιαπνοής, όπως προκύπτει από την αποτύπωσή της σε χάρτη. Η διαφοροποίηση που παρατηρείται μεταξύ των αποτελεσμάτων οφείλεται στο γεγονός ότι στις τιμές της εξατμισοδιαπνοής που προκύπτουν ως μέσος όρος από την αποτύπωσή αυτής της παραμέτρου σε χάρτες, λαμβάνεται υπόψη και το υψόμετρο της λεκάνης απορροής. Πίνακας 7: Συγκεντρωτικά αποτελέσματα εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής με την χρήση της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration, σύμφωνα με τις μεθόδους του Turc, του Coutagne, του Thornthwaite και των Blaney-Criddle. Μέθοδος/Χρονική περίοδος Turc Coutagne Thornthwaite Blaney-Criddle Ιανουάριος 8,13 45,18 Φεβρουάριος 11,71 47,63 Μάρτιος 22,62 64,01 Απρίλιος 47,6 80,68 Μάιος 90,69 106,08 Ιούνιος 125,07 118,98 Ιούλιος 151,44 128,80 Αύγουστος 138,82 119,61 Σεπτέμβριος 92 94,66 Οκτώβριος 56,58 76,60 Νοέμβριος 30,66 58,23 Δεκέμβριος 14,35 48,04 Ετήσια 476,63 448,1 789,67 988,

78 Turc Coutagne Thornthwaite Blaney-Criddle Εικόνα 36: Σύγκριση αποτελεσμάτων εφαρμογής της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration, σύμφωνα με τις μεθόδους του Turc, του Coutagne, του Thornthwaite και των Blaney-Criddle. Πίνακας 8: Συγκεντρωτικά αποτελέσματα εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής με την χρήση της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration, σύμφωνα με τους αντίστοιχους χάρτες. Μέθοδος/Χρονική περίοδος Turc Coutagne Thornthwaite Blaney-Criddle Ιανουάριος 11,49 47,47 Φεβρουάριος 15,65 50,08 Μάρτιος 26,98 66,44 Απρίλιος 50,79 82,23 Μάιος 96,14 108,42 Ιούνιος 132,27 121,83 Ιούλιος 160,61 132,24 Αύγουστος 148,58 123,22 Σεπτέμβριος 98,97 97,41 Οκτώβριος 62,54 79,17 Νοέμβριος 35,14 60,40 Δεκέμβριος 18,09 50,23 Ετήσια 394,53 362,23 857, ,

79 Turc Coutagne Thornthwaite Blaney-Criddle Εικόνα 37: Σύγκριση αποτελεσμάτων εφαρμογής της γραμμής εργαλείων Evapotranspiration, σύμφωνα με τους αντίστοιχους χάρτες. Σε αντίστοιχη μελέτη των Papageorgiou et al. (2005), στην οποία δημιουργήθηκε γραμμή εργαλείων για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής για το ArcGIS σύμφωνα με τις μεθόδους των Turc, Thornthwaite και Blaney-Criddle, η οποία εφαρμόστηκε στη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, παρατηρείται ότι τα αποτελέσματα δεν αποκλίνουν σε σχέση με τα αντίστοιχα της παρούσας εργασίας. Συγκρίνοντας τις μεθόδους, παρατηρείται ότι η μέθοδος τους Turc, η οποία θεωρείται ότι δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα (Ράπτη et al., 2009), όπως και η μέθοδος του Coutagne, εκτιμούν την εξατμισοδιαπνοή στο ίδιο περίπου επίπεδο, παρουσιάζοντας απόκλιση μεταξύ τους μόνο 28,53 mm/year. Σε μελέτη των Πατρικάκη, Σούλιος, and Καζάκης (2014), που αφορούσε το ρέμα Περδίκα στην Κοζάνη, παρατηρούνται αντίστοιχα αποτελέσματα στην σύγκριση των μεθόδων Turc και Coutagne, με την δεύτερη να υποεκτιμά την εξατμισοδιαπνοή. Ωστόσο, σύμφωνα με έρευνα του Soulios (1991) στις λεκάνες απορροής Ξυνιάδα και Σοφαδίτη στην κεντρική Ελλάδα, παρατηρείται ότι η μέθοδος του Turc υπερεκτιμά την εξατμισοδιαπνοή, ενώ η μέθοδος του Coutagne προσεγγίζει καλύτερα την πραγματικότητα. Όσον αφορά την σύγκριση μεταξύ των μεθόδων εκτίμησης της μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής, δηλαδή μεταξύ της μεθόδου του Thornthwaite και των Blaney-Criddle παρατηρείται ότι η μέθοδος των Blaney-Criddle φαίνεται να υπερεκτιμά σε μεγάλο βαθμό την ποσότητα του νερού που αποβάλλεται με τη διαδικασία της εξατμισοδιαπνοής. Πιο συγκεκριμένα, ανάγοντας τα αποτελέσματα των μεθόδων σε ετήσια, η διαφοροποίηση που

80 παρουσιάζουν μεταξύ τους είναι της τάξης των 198,83 mm/year. Ωστόσο, και στις δύο περιπτώσεις οι υψηλότερες τιμές της εξατμισοδιαπνοής παρατηρούνται τους θερινούς μήνες, τον Μάιο, τον Ιούνιο, τον Ιούλιο και τον Αύγουστο. Ανάγοντας τα αποτελέσματα των μεθόδων εκτίμησης μηνιαίας εξατμισοδιαπνοής σε ετήσια, παρατηρείται ότι οι μέθοδοι των Thornthwaite και των Blaney-Criddle υπερεκτιμούν την εξατμισοδιαπνοή σε σχέση με τη μέθοδο του Turc και την αντίστοιχη του Coutagne. Σύμφωνα με έρευνα των Ράπτη et al. (2009) για την σύγκριση μεθόδων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής με μετεωρολογικά δεδομένα από τον σταθμό της Νιγρίτας, η μέθοδος του Thornthwaite δεν δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ η μέθοδος των Blaney-Criddle, τα υπερεκτιμά. Για την καλύτερη εφαρμογή της μεθόδου των Blaney-Criddle στις ελληνικές συνθήκες, πραγματοποιείται προσαρμογή των φυτικών συντελεστών (Κωτσόπουλος et al., 2003). Διαφοροποιήσεις μεταξύ των μεθόδων του Thornthwaite και του Coutagne παρατηρούνται και σε μελέτη των Πατρικάκη et al. (2014) στην περιοχή του ρέματος Πέρδικα στην Κοζάνη. Στην συγκεκριμένη μελέτη θεωρείται ότι τα αποτελέσματα από την εφαρμογή της μεθόδου του Thornthwaite προσεγγίζουν καλύτερα την πραγματικότητα, σε σχέση με τα αντίστοιχα από την εφαρμογή της μεθόδου του Coutagne, η οποία θεωρείται ότι τα υποεκτιμά. Οι διαφοροποιήσεις μεταξύ των αποτελεσμάτων των μεθόδων ενδέχεται να οφείλονται στο γεγονός ότι οι μέθοδοι του Thornthwaite και των Blaney-Criddle υπολογίζουν την δυνητική εξατμισοδιαπνοή, ενώ οι μέθοδοι των Turc και Coutagne την πραγματική. Ένα ακόμη στοιχείο που πρέπει να ληφθεί υπόψιν είναι οι παράμετροι που είναι απαραίτητοι για την εφαρμογή της κάθε μεθόδου. Η μέθοδος του Thornthwaite απαιτεί μόνο δεδομένα θερμοκρασίας, των Turc και Coutagne θερμοκρασίας και βροχόπτωσης, ενώ η πιο σύνθετη μέθοδος αποδεικνύεται ότι είναι των Blaney-Criddle η οποία λαμβάνει υπόψιν τόσο την θερμοκρασία όσο και την βλάστηση της περιοχής στην οποία εφαρμόζεται

81 Προτάσεις για μελλοντική έρευνα Η γραμμή εργαλείων Evapotranspiration αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής. Ωστόσο, υπάρχει η δυνατότητα αυτό το εργαλείο να εξελιχθεί ακόμη περισσότερο. Κάποιες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα είναι οι εξής: Δυνατότητα επιλογής του χρήστη περισσότερων μεθόδων για τη δημιουργία βροχομετρικού χάρτη, όπως η μέθοδος των πολυγώνων Thiessen. Εμπλουτισμός με περισσότερες μεθόδους υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής όπως του Penman (1948, 1963), του Hargreaves & Samani (1985), των Jensen-Haise (1963), του Makkink (1957), των Priestley-Taylor (1972), την μέθοδο Copais για ωριαίες (Alexandris & Kerkides, 2003) και ημερήσιες (Alexandris et al., 2006) εκτιμήσεις, κ.λ.π. Δημιουργία ολοκληρωμένης γραμμής εργαλείων για την εκτίμηση του υδατικού ισοζυγίου μιας λεκάνης απορροής, που να περιλαμβάνει τον υπολογισμό της ποσότητας των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων, της κατείσδυσης και της επιφανειακής απορροής

82 Βιβλιογραφία Ξενόγλωσση βιβλιογραφία Alexandris, S., & Kerkides, P. (2003). New empirical formula for hourly estimations of reference evapotranspiration. Agricultural Water Management, 60(3), Alexandris, S., Kerkides, P., & Liakatas, A. (2006). Daily reference evapotranspiration estimates by the Copais approach. New empirical formula for hourly estimations of reference evapotranspiration, 82(3), Blaney, H. F., & Criddle, W. D. (1950). Determining water requirements in irrigated areas from climatological and irrigation data: United States Department of Agriculture. Coutagne, A. (1954). Quelques considérations sur le pouvoir évaporant de l atmosphère, le déficit d écoulement effectif et le déficit d écoulement maximum. La Houille Blanche, Demek, J. (1972). Manual of detailed geomorphological mapping. Prague: Academia. Dikau, R. (1989). The application of a digital relief model to landform analysis. London: Taylor and Francis. Doorenbos, J., & Pruitt, W. O. (1977). Guidelines for predicting crop water requirements (Vol. 24). Rome. Esri (Producer). (2011). Arc Hydro. Retrieved from Esri. (2015). ArcObjects Help for.net developers. Hargreaves, G. H. (1975). Moisture availability and crop production. Transactions of the ASAE (American Society of Agricultural Engineers), 18(5), Hargreaves, G. H., & Samani, Z. A. (1982). Estimating Potential Evapotranspiration. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 108(3), Hargreaves, G. H., & Samani, Z. A. (1985). Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1(2), Stockholm Environment Institute (Producer). (1988, 2016). WEAP (Water Evaluation And Planning). Retrieved from Jackson, R. B., Carpenter, S. R., Dahm, C. N., McKnight, D. M., Naiman, R. J., L., P. S., & W., R. S. (2001). Water in a changing world. Ecological Applications, 11(4),

83 Jensen, M. E., & Haise, H. R. (1963). Estimating Evapotranspiration from Solar Radiation. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 89, Liberty, J. (2005). Programming C#. United States of America: O'Reilly Media. Lu, G. Y., & Wong, D. W. (2008). An adaptive inverse-distance weighting spatial interpolation technique. Computers & Geosciences, 34, Makkink, G. F. (1957). Testing the Penman Formula by Means of Lysimeters. J. Inst. Water Eng, 11(3), MDS. (2015). Mohammadi Fatideh, M. (2009). Evaluation of runoff and the effect of external factors on the potentials of water resources. Case study: Eastern, western and central regions of Guilan Province located in the southwestern coasts of the Caspian Sea in Iran. Journal of Food, Agriculture & Environment, 7(2), Papageorgiou, A., Latinopoulos, P., & Mallios, Z. (2005). A visual basic toolbar for evapotraspiration estimation in a GIS application. Paper presented at the Proceedings of the 9th International Conference on Environmental Science and Technology, Rhodes island, Greece. Penman, H. L. (1948). Natural Evaporation from Open Water, Bare Soil and Grass. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical, 193(1032), Penman, H. L. (1963). Vegetation and hydrology. Technical Communication, 53. Priestley, C. H. B., & Taylor, R. J. (1972). On the Assessment of Surface Heat Flux and Evaporation Using Large-Scale Parameters. Monthly Weather Review, 100(2), Soulios, G., Toubektsi, M., & Tzevelekis, G. (1991). Water Balance of Basins in Central Greece: Comparison with Other Circum-Mediterranean Basins and Validity of Empirical Methods. Environmental Geology and Water Sciences, 18(2), Thornthwaite, C. W. (1948). An Approach toward a Rational Classification of Climate. Geographical Review, 38(1), Turc, L. (1961). Estimation of irrigation water requirements, potential evapotranspiration: a simple climatic formula up to date. Annals of Agronomy, 12, USACE (Producer). (2016a). HEC-GeoHMS. Retrieved from USACE (Producer). (2016b). HEC-HMS. Retrieved from USGS. (2015)

84 Ελληνική βιβλιογραφία Βασιλείου, Ά. (2010). Διερεύνηση και εκτίμηση μετεωρολογικών παραμέτρων άμεσης επίδρασης στη γεωργία. Θεσσαλονίκη: Αριστοτέλειο Πανεπισήμιο Θεσσαλονίκης. Βουδούρης, Κ. (2006). Θέματα Υδρογεωλογίας Περιβάλλοντος. Θεσσαλονίκη: Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Προσδιορισµός κατώτατων και ανώτατων ορίων των αναγκαίων ποσοτήτων για την ορθολογική χρήση νερού στην άρδευση (1989). Καρκαλέτσου, Α. (2014). Χαρτογράφηση θορύβου με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών - Περίπτωση μελέτης Δ. Καλλιθέας, Αττική. Αθήνα: Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο, Τμήμα Γεωγραφίας. Κεμιτζόγλου, Δ. (2006). Καθορισμός των τύπων ποτάμιων συστημάτων της Βόρειας και Κεντρικής Ελλάδας. Θεσσαλονίκη: Τμήμα Βιολογίας Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Κουτσόπουλος, Κ. (2005). Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών και Ανάλυση Χώρου. Αθήνα: Εκδόσεις Παπασωτηρίου. Κωτσόπουλος, Σ., Αλεξίου, Ι., Καλφούντζος, Δ., Ζέρβα, Γ., & Καταφυγιώτης, Λ. (2003). Απλοποιημένες εξισώσεις υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς. Paper presented at the 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης, Θεσσαλονίκη. Λατινόπουλος, Π. (2003). Εκπόνηση σχεδίου διαχείρισης υδάτινου δυναμικού για ύδρευσηάρδευση. Θεσσαλονίκη: Δήμος Μουδανιών. Μαμάσης, Ν. (2012). Σημειώσεις Τεχνικής Υδρολογίας. Αθήνα: Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Μπαλαφούτης, Χ., & Στάθης, Δ. (2004). Μαθήματα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Πανεπιστημιακές παραδόσεις). Θεσσαλονίκη: Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε. (2014). Πατρικάκη, Ο., Σούλιος, Γ., & Καζάκης, Ν. (2014). Υπολογισμός του υδρολογικού ισοζυγίου της λεκάνης απορροής ρέματος Περδίκα, Π.Ε. Κοζάνης, Δυτική Μακεδονία. Paper presented at the 10o Διεθνές Υδρογεωλογικό Συνέδριο, Θεσσαλονίκη

85 Ράπτη, Χ., Ευαγγελίδης, Χ., & Αραμπατζής, Γ. (2009). Συγκριτική αξιολόγηση μεθόδων υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής αναφοράς. Paper presented at the 6 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Εταιρείας Γεωργικών Μηχανικών Ελλάδος, Θεσσαλονίκη. Σούλιος, Γ. (2007). Γενική Υδρογεωλογία. Πρώτος τόμος. Θεσσαλονίκη: University Studio Press. Στεφανίδης, Π. (2006). Ορεινή Υδρονομική Ι. Θεσσαλονίκη: Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Στεφανίδης, Π. (2008). Μαθήματα και Ασκήσεις Υδρολογίας και Υδραυλικής. Πρώτο μέρος. Θεσσαλονίκη: Αριστετέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Στουρνάρας, Γ. (2007). Νερό: Περιβαλλοντική διάσταση και διαδρομή. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Τζιόλα. Συλλαίος, Ν., Γήτας, Ι., & Συλλαίος, Γ. (2007). Εισαγωγή στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών και στην Τηλεπισκόπηση. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γιαχούδη. Τσακίρης, Γ. (1995). Υδατικοί πόροι Ι: Τεχνική υδρολογία. Αθήνα: Εκδόσεις Συμμετρία. Τσακίρης, Γ. (2006). Υδραυλικά έργα: Σχεδιασμός & Διαχείριση. Τόμος ΙΙ: Εγγειοβελτιωτικά Έργα. Αθήνα: Εκδόσεις Συμμετρία

86 Παράρτημα Ι Σύμφωνα με την ΚΥΑ Φ 16/6631/89 οι καλλιέργειες χωρίζονται σε 8 κατηγορίες σύμφωνα με τον φυτικό τους συντελεστή (Πίνακας 9). Ακόμη, στον Πίνακα 10 παρουσιάζονται τα κατώτερα και ανώτερα όρια για τη χρήση του αρδευτικού νερού για το 10 ο Υδατικό διαμέρισμα, στο οποίο ανήκει η λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Πίνακας 9: Κατηγορίες καλλιεργειών σύμφωνα με τον φυτικό συντελεστή(κ.υ.α.). I K=0,55 II K=0,60 III K=0,65 IV K=0,70 V K=0,75 VI K=0,80 VII K=0,85 VIII K=1,20 Εσπεριδοειδή Καπνά Οπωροφόρα Καπνά Σιτηρά Τριφύλλι Μηδική Ρύζι ανατ.τύπ δυτ.τύπ Ελιές Σανός Ακρόδρυα Κηπευτικά Καλαμπόκι Τεχν. λειμώνες Αμπέλια Όσπρια Μποστανικά Σόργο Ακτινίδιο Βαμβάκι Πατάτες Γρασίδια Φράουλες Ζαχαρότευτλα Λεύκες Άνθη Ηλίανθος Αβοκάντο Αραχίδα Πίνακας 10: Όρια για τη χρήση αρδευτικού νερού ανά κατηγορία καλλιεργειών για το 10ο Υδατικό διαμέρισμα. Ι ΙΙ ΙΙΙ ΙV V VI VII VIII ΑΠΡ ΜΑΗ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ

87 Παράρτημα ΙΙ Εικόνα 38: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Ιανουάριο

88 Εικόνα 39: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Φεβρουάριο

89 Εικόνα 40: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Μάρτιο

90 Εικόνα 41: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Απρίλιο

91 Εικόνα 42: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Μάιο

92 Εικόνα 43: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Ιούνιο

93 Εικόνα 44: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Ιούλιο

94 Εικόνα 45: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Αύγουστο

95 Εικόνα 46: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Σεπτέμβριο

96 Εικόνα 47: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Οκτώβριο

97 Εικόνα 48: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Νοέμβριο

98 Εικόνα 49: Βροχομετρικός χάρτης της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για τον μήνα Δεκέμβριο

99 Παράρτημα ΙΙΙ Εικόνα 50: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Ιανουάριο

100 Εικόνα 51: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Φεβρουάριο

101 Εικόνα 52: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Μάρτιο

102 Εικόνα 53: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Απρίλιο

103 Εικόνα 54: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Μάιο

104 Εικόνα 55: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Ιούνιο

105 Εικόνα 56: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Ιούλιο

106 Εικόνα 57: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Αύγουστο

107 Εικόνα 58: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Σεπτέμβριο

108 Εικόνα 59: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Οκτώβριο

109 Εικόνα 60: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Νοέμβριο

110 Εικόνα 61: Χάρτης ισόθερμων καμπυλών της λεκάνης απορροής των Μουδανιών για το μήνα Δεκέμβριο

111 Παράρτημα ΙV Εικόνα 62: Χάρτης εκτίμησης εξατμισοδιαπνοής για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών, σύμφωνα με τη μέθοδο του Thornthwaite, για το μήνα Ιανουάριο