Ποτάμια Υδραυλική και Τεχνικά Έργα

Transcript

1 Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Υδρολογίας και Υδραυλικών Έργων Ποτάμια Υδραυλική και Τεχνικά Έργα Κεφάλαιο 7 ο : Διαβρώσεις Προσχώσεις Φώτιος Π. Μάρης Αναπλ. Καθηγητής

2 Γενικοί Ορισμοί Ως γενική διάβρωση ή απλώς διάβρωση ορεινής λεκάνης απορροής ή μιας έκτασης χαρακτηρίζεται η διαδικασία της απαγωγής από τα όμβρια ύδατα στερεών υλικών που έχουν παραχθεί με οποιονδήποτε τρόπο στην επιφάνειά τους, της μεταφοράς και της απόθεσης των υλικών αυτών εκτός της λεκάνης ή της έκτασης. Το μέγεθος της γενικής διάβρωσης εκφράζεται με την απαγόμενη, λυτή (μη συμπαγή) ποσότητα φερτών υλών σε ορισμένο χρονικό διάστημα (tn/έτος ή m 3 /έτος). Υποβάθμιση ορεινής λεκάνης ή μιας επιφάνειας είναι το ιδεατό, ισόπαχο, συμπαγές (μη λυτό) γεώστρωμα, που λόγω της γενικής διάβρωσης αποσπάται από την επιφάνεια της ορεινής λεκάνης ή μιας έκτασης και μεταφέρεται προς τα κατάντη με τη μορφή φερτών υλικών. Συνεπώς η υποβάθμιση είναι το αποτέλεσμα της γενικής διάβρωσης (mm/year, m 3 /km 2, tn/km 2 ). 2

3 Διακίνηση φερτών υλών είναι η διαδικασία της παραγωγής, της μεταφοράς και της απόθεσης φερτών υλικών στο χώρο των χειμαρρικών ρευμάτων ή σε μια έκταση. 3

4 Κανονική και επιταχυνόμενη γενική διάβρωση και υποβάθμιση Η διάβρωση των ορεινών λεκανών αποτελεί σημαντικό μορφογενετικό παράγοντα στην επιφάνεια της Γης. Από την άποψη αυτή, η γενική διάβρωση και η υποβάθμιση διακρίνονται σε κανονική ή γεωλογική και σε ακανόνιστη ή επιταχυνόμενη διάβρωση. Κανονική ή γεωλογική διάβρωση ή υποβάθμιση είναι η διηνεκής γεωλογική εξεργασία των εξάρσεων της Γης, όταν αυτές βρίσκονται υπό αδιατάρακτο φυσικό περιβάλλον, δηλαδή όταν το έδαφος και η φυσική βλάστηση δεν έχουν υποστεί ανθρωπογενείς καταστροφές ή αλλοιώσεις. Η γενική διάβρωση του είδους αυτού προχωρεί με πολύ βραδύ ρυθμό, ιδίως στις περιοχές που καλύπτονται από κανονικά δάση. 4

5 Ακανόνιστη ή επιταχυνόμενη διάβρωση ή υποβάθμιση είναι η εξεργασία των γήινων εξάρσεων υπό διαταραγμένο φυσικό περιβάλλον, δηλαδή όπου η βλάστηση και το έδαφος έχουν υποστεί έντονη ανθρωπογενή επίδραση, όπως πυρκαγιές, βοσκή, λαθροϋλοτομίες, εκχερσώσεις, κλπ. Ο βαθμός της διαταραχής αντικατοπτρίζει συνήθως και το βαθμό επιτάχυνσης της διάβρωσης. Η διάκριση της γενικής διάβρωσης (υποβάθμισης) σε κανονική και επιταχυνόμενη γίνεται με γεωμορφολογικά κριτήρια, συνεπώς αφορά ευρείες εκτάσεις και αναφέρεται κυρίως σε εκτατικά χειμαρρικά φαινόμενα (επιφανειακή, αυλακωτή, μικρή χαραδρωτική διάβρωση, επιπόλαιες γεωλισθήσεις, κλπ.) τα οποία μπορούν να αποτραπούν με την παρουσία ή την ίδρυση δάσους. Δεν αναφέρεται στα εντατικά φαινόμενα (χαραδρωτική, φαραγγωτή, πρανική διάβρωση), τα οποία δεν επηρεάζονται από την ύπαρξη δάσους. 5

6 Γεωγραφικά συστήματα γενικής διάβρωσης των ορεινών λεκανών απορροής Ως σύστημα γενικής διάβρωσης ή υποβάθμισης του γεωϋποθέματος χαρακτηρίζεται ο συνδυασμός των χειμαρρικών φαινόμενων που επικρατεί σε μια ευρεία περιοχή και οι συνέπειες της. Τα συστήματα διάβρωσης εμφανίζουν την παρακάτω γενική γεωγραφική κατανομή. 1. Παγετωνικό σύστημα διάβρωσης, 2. Παραπαγετωνικό σύστημα διάβρωσης, 3. Σύστημα διάβρωσης της εύκρατης ζώνης, 4. Σύστημα διάβρωσης της παραμεσόγειας ζώνης, 5. Σύστημα διάβρωσης των υποτροπικών περιοχών, 6. Σύστημα διάβρωσης των τροπικών περιοχών και 7. Σύστημα διάβρωσης ερημικών και ημιερημικών περιοχών. 6

7 Ένταση της υποβάθμισης ορεινών λεκανών του ευρωπαϊκού χώρου Λεκάνη Απορροής Έκταση (km 2 ) Μέσο φορτίο φερτών υλών (m 3 /year) Υποβάθμιση λεκάνης (m 3 /km 2, year) (mm/year) Rhein Julia Auchtbach Albula Flembach Nolia Aare (Brienzersee) Aare (Brielersee) Maggia Verzasca, Magglia

8 Ρεύμα Έκταση Λεκάνης (km 2 ) Μέση ετήσια απόθεση φερτών υλών (m 3 /year) Ειδική ετήσια απόθεση φερτών υλών (m 3 /km 2 /year) Υποβάθμιση λεκάνης (mm/year) Αλιάκμονας ,12 Περιφερειακή τάφρος Αλμωπαίος ,59 Εδεσσαίος ,47 Αραπίτσα ,28 Χείμ. Σκροπ ,39 Χείμ. Τριπόταμος ,34 Λοιποί χείμαρροι ,26 Λουδίας Διάφ. Χείμαρροι ,06 Λοιποί χείμαρροι Τάφρος Αξιού ,16 Διάφοροι Χείμαρροι ,30 Γαλλικός ,30 Σύνολο

9 Διακίνηση φερτών υλών Διάβρωση της χέρσου και η απόθεση των υλικών Η διακίνηση φερτών υλών (διάβρωση, μεταφορά και απόθεση των υλικών) αποτελεί φυσική διαδικασία, που διαδραματίζεται σ όλη την επιφάνεια της Γης. Οι ενδογενείς (τεκτονικές) και ηφαιστειακές δραστηριότητες προκαλούν την ανύψωση τμημάτων του στερεού φλοιού της Γης και των σχηματισμό των εξάρσεων (ορέων, οροπεδίων). Η διάβρωση η οποία δρα επάνω στις εξάρσεις αυτές έχει ως αποτέλεσμα να μεταφέρονται τα υλικά από τα απορρέοντα ύδατα στα φυσικά βυθίσματα. Η μεταφορά των υλικών γίνεται διαμέσου του τοπικού υδρογραφικού δικτύου, η δε απόθεση τους οδηγεί στον σχηματισμό αλλουβιακών αποθέσεων με τη μορφή ριπιδίων (κώνων πρόσχωσης, δέλτα). 9

10 Απόθεση των παραγόμενων φερτών υλών όγκου m 3 /year του ποταμού Σπερχειού στο πεδινό χώρο δράσης Περιοχή Απόθεσης Κώνοι πρόσχωσης και ενδιάμεσες κοίτες ορεινών ρευμάτων Αποθέσεις (m 3 /year) (%) ,00 Κεντρική κοίτη ποταμού ,00 Δέλτα ποταμού Δέλτα κεντρικής κοίτης ,52 Ευρύτερη περιοχή του (παλιά κοίτη, τάφρος) ,15 Υποθαλάσσιο χώρο ,33 Σύνολο ,00 10

11 Μέση ετήσια αιωροφορτία στις διάφορες ηπείρους (Holeman, 1963) Ήπειρος Συνολική επιφάνεια λεκανών απορροής (km 2 ) Μέσο ετήσιο αιωροφορτίο (Mp/km 2 ) 10 3 Mp Βόρεια Αμερική , Νότια Αμερική , Αφρική , Αυστραλία , Ευρώπη , Ασία , Σύνολο

12 Διάβρωση - Επιδράσεις Διάβρωση του εδάφους (soil erosion) καλείται η απόσπαση και μεταφορά εδαφικού υλικού με τη δράση κυρίως του νερού και του ανέμου (Kirkby and Morgan,1980). Διάβρωση υπό τη στενή έννοια ή ειδική διάβρωση είναι η απόσπαση και μετακίνηση τεμαχιδίων του στερεού φλοιού της γης λόγω της κρουστικής, διαλυτικής, καταθρυπτικής και συρτικής ενέργειας των ομβρίων υδάτων (Κωτούλας, 1988). Συνήθως δίνεται σε t/year ή m3/year ή και σε m3/km2/year. Η διάβρωση διακρίνεται σε: 1) επίγεια, η οποία εξελίσσεται στην επιφάνεια του εδάφους, 2) ενδόγεια, η οποία αναπτύσσεται μέσα στο έδαφος κατά την κίνηση του διηθούμενου νερού προς τα βαθύτερα στρώματα και 3) υπόγεια, η οποία εκδηλώνεται σε μεγάλο βάθος εδάφους και οφείλεται στα υπόγεια υδάτινα ρεύματα.

13 Διάβρωση - Επιδράσεις Διάβρωση: κύριος διαμορφωτής της φυσιογνωμίας του εδάφους Θετικές επιδράσεις στο περιβάλλον μιας περιοχής, δημιουργώντας π.χ. πεδιάδες με εύφορο χώμα Αρνητικές επιδράσεις: απογύμνωση περιοχών με απότομες κλίσεις και χαλαρή εδαφική σύσταση. Αποτελέσματα διάβρωσης: απομάκρυνση εδάφους και αποκάλυψη μητρικού πετρώματος, πρόσχωση φραγμάτων από φερτά υλικά, χαραδρώσεις και εκσκαφές των πρανών είναι τα ορατά σημάδια διαβρωτικής δράσης. Έχει εκτιμηθεί ότι από τα συνολικά στερεά που μπαίνουν στα ποτάμια και τους ταμιευτήρες, το 50% περίπου προέρχεται από διάβρωση αγροτικών περιοχών και το άλλο 50% από αστικές περιοχές και περιοχές κατασκευών (Μιμίκου, 1994). Ο κύριος αποδέκτης των μεταφερόμενων από τη διάβρωση υλικών είναι η θάλασσα. Κάθε χρόνο λόγω της. διάβρωσης μεταφέρονται στη θάλασσα 9 δισεκατομμύρια. τόνοι εδάφους (Μιμίκου, 1994), χωρίς αυτό να αντιπροσωπεύει το σύνολο της διάβρωσης που είναι πολύ μεγαλύτερο.

14 Διάβρωση - Έναρξη Πρόσκρουση σταγόνας βροχόπτωσης στην επιφάνεια του εδάφους Φάση της Απόσπασης Η δράση της βροχόπτωσης αποτελεί τη βασικότερη αιτία πρόκλησης διάβρωσης. Οι σταγόνες της βροχής έχουν σημαντική κινητική ενέργεια κατά την στιγμή της πρόσπτωσής τους στο έδαφος. Αν αυτό είναι ξηρό, τότε έχουμε την ταχεία διήθησή τους προς τα βαθύτερα στρώματα, με αποτέλεσμα τον σταδιακό κορεσμό τού εδάφους. Η ύγρανση, καθώς και ένα μέρος της κινητικής ενέργειας των σταγόνων, προκαλούν μείωση της συνοχής των συσσωματωμάτων. Με τη συνέχιση της βροχής, τα συσσωματώματα της επιφάνειας του εδάφους περιβάλλονται με λεπτό στρώμα νερού. Οι σταγόνες που προσκρούουν σ αυτά τα συσσωματώματα αναπηδούν, διασπώμενες σε μικρά σταγονίδια, τα οποία συμπαρασύρουν λεπτόκοκκα εδαφικά συστατικά (splash erosion).

15 Διάβρωση - Έναρξη Μεταβολές γεωμετρίας προσκρουόμενης σταγόνας βροχόπτωσης.

16 Φάση μεταφοράς Το νερό της απορροής, εξαιτίας των εμποδίων που παρουσιάζονται στην επιφάνεια του εδάφους, δεν δημιουργεί ένα συνεχές στρώμα, αλλά μικρές υδάτινες φλέβες που ακολουθούν τη γραμμή με τη μεγαλύτερη κλίση. Μέσα στις υδάτινες φλέβες, εξαιτίας των τριβών που αναπτύσσονται μεταξύ νερού και εδάφους, σχηματίζονται μικροί στροβιλισμοί (τυρβώδης ροή). Οι στροβιλισμοί αυτοί έχουν ανυψωτική ικανότητα, η οποία εξαρτάται από την ταχύτητα ροής του νερού (σχ. 1). Όταν η ταχύτητα ροής είναι της τάξης του 0.06 m/sec το νερό μεταφέρει σε αιώρηση άργιλο (d < 0.002mm), ενώ όταν είναι της τάξης του 0.20 m/sec μπορεί να μεταφέρει σε αιώρηση λεπτή άμμο (0.05<d<0.2mm). Σε ακόμα μεγαλύτερες ταχύτητες, μετακινούνται τα σωματίδια της χοντρής άμμου, τα οποία επανακάθονται στην επιφάνεια του εδάφους όταν η ταχύτητα ροής μειωθεί. Αυτά τα σωματίδια είναι που μεταφέρονται με αναπήδηση. Τα πλέον χονδρόκοκκα συστατικά του εδάφους (χαλίκια, πέτρες) μεταφέρονται με κύλιση στην επιφάνεια του εδάφους.

17 Στάθμη

18 Όταν η απώλεια εδάφους λόγω της διάβρωσης δεν ξεπερνά την ποσότητα εδάφους που σχηματίζεται με τις φυσικές διεργασίες εδαφογένεσης τότε η διάβρωση λέγεται κανονική ή φυσική (normal erosion) και δεν έχει καταστρεπτικές συνέπειες. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες όμως ή οι μεγάλες φυσικές καταστροφές έχουν σαν αποτέλεσμα την ένταση του φαινομένου και την απομάκρυνση μεγάλων ποσοτήτων εδάφους. Η διάβρωση που προκαλείται τότε λέγεται ακανόνιστη ή επιταχυνόμενη (accelerated erosion)

19 Η επιταχυνόμενη ή ακανόνιστη, είναι ιδιαίτερα εκτεταμένη και έντονη στη χώρα μας, παρατηρείται τόσο στα γεωργικά όσο και στα δασικά εδάφη. Οφείλεται κυρίως στην υποβάθμιση των δασών και δασικών εκτάσεων από τις πυρκαγιές, την υπερβόσκηση, τις υλοτομίες, τις εκχερσώσεις σε συνδυασμό με τις μεγάλες κλίσεις που παρουσιάζουν τα ελληνικά εδάφη και όσον αφορά τα γεωργικά εδάφη σε ορισμένες καλλιεργητικές και αρδευτικές πρακτικές, όπως καλλιέργεια επικλινών εδαφών και οδηγεί κατά κανόνα στην υποβάθμιση των εδαφών και του περιβάλλοντος γενικότερα. Οι απώλειες εδαφικού υλικού σε αυτήν την περίπτωση είναι πολύ ταχύτερες και ποσοτικά μεγαλύτερες των προηγουμένων. Επίσης, σημαντική αιτία είναι και οι διάφορες κατασκευαστικές δραστηριότητες (Yassoglou et all, 1998). Ρυθμός διάβρωσης : Δάσος καλλιεργήσιμη έκταση

20 Διάβρωση - Μορφές Οι σπουδαιότερες μορφές της ακανόνιστης ή επιταχυνόμενης διάβρωσης είναι: Επιφανειακή ή φυλλοειδής διάβρωση (Sheet erosion): Απόσπαση και απομάκρυνση με βαθμιαίο και ομοιόμορφο τρόπο του επιφανειακού εδαφικού υλικού σαν αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης βροχής και επιφανειακής απορροής. Αυλακωτή ή αυλακoειδής διάβρωση (Rill erosion): χαρακτηρίζεται η δημιουργία από τα απορρέοντα ύδατα πλήθους μικρών, σχετικά αβαθών αυλάκων στην επιφάνεια του εδάφους κατά τη διεύθυνση της μέγιστης κλίσης. Χαραδρωτική (Gully erosion): εννοείται η διάβρωση κατά την οποία δημιουργούνται μεγάλες, σχετικά βαθιές χαράδρες (βάθους >1,0 m), κατά τη διεύθυνση ροής του ύδατος, Η διατομή των χαραδρών είναι γενικά τριγωνική με αμβλεία συνήθως γωνία. Φαραγγωτή διάβρωση (μεγάλο βάθος, κατώτερο μέρος κεντρικής κοίτης) Πρανική διάβρωση (ευπαθές γεωλογικό υπόθεμα νεογενή πετρώματα, φλύσχης) Υποσκαπτική διάβρωση ή απλώς υποσκαφή (σε βάθος και κάθετα προς τον άξονα ροής.

21 Διάβρωση - Μορφές

22

23 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΕΠΙΓΕΙΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗ Οι παράγοντες του φυσικού περιβάλλοντος που ενεργούν για την δημιουργία και εξέλιξη της εδαφικής διάβρωσης, ανάλογα με τον τρόπο δράσης τους, διακρίνονται σε παράγοντες γένεσης, οι οποίοι προκαλούν την έναρξη του φαινομένου και σε ρυθμιστικούς παράγοντες, οι οποίοι, σε συνδυασμό με τους προηγούμενους, ευνοούν ή εμποδίζουν την εξέλιξη της διάβρωσης. Παράγοντες γένεσης Οι χαρακτήρες των βροχοπτώσεων το ύψος η ένταση η συχνότητα Ρυθμιστικοί παράγοντες Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται παράγοντες του περιβάλλοντος, οι οποίοι παρεμβαίνουν, έμμεσα ή άμεσα, στη ρύθμιση της έντασης της διάβρωσης και είναι: η βλάστηση, η κλίση, το μήκος της πλαγιάς οι φυσικοχημικές ιδιότητες του εδάφους.

24 Μοντελοποίηση της διάβρωσης Για τον υπολογισμό της διάβρωσης του εδάφους (soil erosion) έχουν αναπτυχθεί διάφορα μοντέλα (Φλαμπούρης, 2008). Αυτά διακρίνονται κύρια σε δύο κατηγορίες, τα εμπειρικά μοντέλα (expert-based models) και τα φυσικά μοντέλα (physics-based models). Βασικά χαρακτηριστικά α) Εμπειρικά μοντέλα. Είναι τα απλούστερα Βασίζονται πρωταρχικά στην ανάλυση των παρατηρήσεων. Τα δεδομένα που απαιτούνται είναι συνήθως τα λιγότερα. β) Φυσικά μοντέλα. Βασίζονται στην επίλυση θεμελιωδών φυσικών εξισώσεων, όπως της παροχής και της στερεοπαροχής. Στη θεωρία, οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται είναι μετρήσιμες και άρα «γνωστές». Πρακτικά, όμως, ο πολύ μεγάλος αριθμός των παραμέτρων που εμπλέκονται, καθώς και η ανομοιογένεια θεμελιωδών χαρακτηριστικών, ιδιαίτερα στις λεκάνες απορροής, σημαίνει ότι αυτές οι παράμετροι πρέπει να υποστούν βαθμονόμηση (calibration) κάτι το οποίο είναι εξαιρετικά πολύπλοκο

25 Τα μοντέλα διάβρωσης ή υποβάθμισης, ανεξάρτητα αν στηρίζονται στο κλίμα, στο γεωλογικό υπόστρωμα, στο ανάγλυφο ή στην κάλυψη γης, διακρίνονται, ανάλογα με τον τύπο των μεταβλητών που συμπεριλαμβάνουν, σε τέσσερις κατηγορίες (Κουράκλη & Στεφανίδης, 2011): 1) Στηριζόμενα σε αρχές φυσικής (φυσικά), 2) Στοχαστικά (εμπειρικά), 3) Προσδιοριστικά (αναλυτικά) και 4) Ημι-ποσοτικά. Φυσικά, ο διαχωρισμός των μοντέλων διάβρωσης θα μπορούσε να γίνει και με αλλα κριτήρια, πχ. την κλίμακα μεγέθους της εξεταζόμενης επιφάνειας (Mitasova et al. 1999). Γιατί μοντέλα εκτίμησης; Η εκτίμηση της διάβρωσης με εργασίες υπαίθρου είναι μια χρονοβόρα διαδικασία και απαιτητική από άποψη ανθρώπινων πόρων και κόστους που δύσκολα μπορεί να καλύψει το σύνολο μιας ορεινής λεκάνης απορροής, αλλά περιορίζεται σε συγκεκριμένες πειραματικές επιφάνειες της λεκάνης (Καϊκης κ.α. 1986β).

26 Σύγκριση μοντέλων εκτίμησης εδαφικής διάβρωσης

27 Με αφορμή δυο διεθνείς συναντήσεις στην Οξφόρδη το 1995 και 1997 με θέμα «Κλιματικές αλλαγές: μοντελοποιώντας την εδαφική διάβρωση εξαιτίας της επίδρασης του νερού» υπολογίστηκαν όλα τα δημοφιλή μοντέλα της εποχής (USLE, CREAMS, WEPP, EUROSEM, AGNPS, EROSION3D, KINEROS2, MEDRUSH, κλπ.) στις ίδιες περιοχές, ενώ κατόπιν εξετάστηκε η πραγματική διάβρωση στις περιοχές εφαρμογής αυτών με την πραγματοποίηση εργασιών υπαίθρου. Στις συναντήσεις λοιπόν διαπιστώθηκαν ότι: 1. Κατ αρχήν, όσο μεγαλύτερη ακρίβεια υπήρχε στον υπολογισμό των αρχικών παραγόντων των μοντέλων, τόσο καλύτερα τελικά αποτελέσματα έδιναν τα ίδια τα μοντέλα. 2. Αποδείχθηκε ότι η συνολική διακίνηση των υλικών μιας λεκάνης απορροής ήταν ευκολότερο να εκτιμηθεί σε σχέση με τη μέγιστη. Γενικά, όμως, τα μοντέλα που στηρίζονται σε ακραία φαινόμενα μπορούν αντίστοιχα να υπολογίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη μέγιστη υποβάθμιση. 3. Επίσης, παρόλο που είναι σημαντικό να απεικονίζονται τα αποτελέσματα πάνω σε χάρτη, φαίνεται ότι η κλίμακα αυτού του χάρτη δεν επηρεάζει την ποιότητα του μοντέλου. 4. Τέλος, αν η εφαρμογή ενός μοντέλου είναι εκτός των αρχικών προδιαγραφών του, τότε τα αποτελέσματά του δεν είναι ικανοποιητικά (Jetten et al. 1999).

28 Στοχαστικές μέθοδοι Από τις στοχαστικές (εμπειρικές) μεθόδους σπουδαιότερες είναι οι εξής: 1. Fournier, 2. Corbel, 3. Gavrilovič, 4. USLE, 5. MUSLE και 6. RUSLE. 28

29 Προσδιοριστικές μέθοδοι Από τις προσδιοριστικές (αναλυτικές) μεθόδους σπουδαιότερες είναι οι εξής: 1. WEPP, 2. CREAMS, 3. AMSWER, 4. ERIC και 5. GHO (ελβετική) 29

30 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Τα σημαντικότερα μοντέλα πρόβλεψης της διάβρωσης και της υποβάθμισης που έχουν αναπτυχθεί παγκοσμίως είναι (Κουράκλη & Στεφανίδης, 2011): Μοντέλο της Χημικής, Απορροής και Διάβρωσης Γεωργικών Συστημάτων (Chemical, Runoff and Erosion from Agricultural Systems/ CREAM) Πρόγραμμα Πρόβλεψης της Υδατικής Διάβρωσης (Water Erosion Prediction Project/ WEPP) Ευρωπαϊκό Μοντέλο Εδαφικής Διάβρωσης (European Soil Erosion Model/ EUROSEM) Γεωργικό Μη σημειακό Πρότυπο Μοντέλο (Agricultural Nonpoint Source/ AGNPS) Γενική Εξίσωση της Εδαφικής Διάβρωσης (Universal Soil Loss Equation/ USLE), η Αναθεωρημένη (Revised Universal Soil Loss Equation/ RULSE) και η Τροποποιημένη (Modified Universal Soil Loss Equation/ MUSLE. Μοντέλο Δυναμικού Διάβρωσης του Gavrilovic (Gavrilovic Erosion Potential Method) Ερευνητικά προγράμματα με αντικείμενο τον κίνδυνο της υποβάθμισης ήταν το CORINE το 1992 σε επίπεδο Ευρώπης και το MEDALUS σε επίπεδο Μεσογείου ( ).

31 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Μοντέλο της Χημικής, Απορροής και Διάβρωσης Γεωργικών Συστημάτων (Chemical, Runoff and Erosion from Agricultural Systems/ CREAM) Αξιολογεί τις γεωργικές πρακτικές αναφορικά με τη μεταφορά ρυπογόνων ουσιών του εδάφους εξαιτίας της επιφανειακής απορροής υδάτων και του εδαφικού ύδατος που διακινείται μέσω του ριζικού συστήματος. Βασίζεται στις αρχές της φυσικής. Παρόλο που το CREAM είναι ένα μοντέλο μεταφοράς ρύπων, επειδή αυτοί συνήθως αποθηκεύονται στις φερτές ύλες. θεωρείται και μοντέλο διάβρωσης Πρόγραμμα Πρόβλεψης της Υδατικής Διάβρωσης (Water Erosion Prediction Project/ WEPP Βασίζεται κυρίως στις αρχές της φυσικής για την επίδραση της σταγόνας κατά τη διάρκεια μιας βροχής, την απόσπαση του εδάφους σε χειμάρρους και στην επιφάνεια ανάμεσα τους. Βασίζεται ακόμη στις αρχές της υδραυλικής πάνω στην επιφανειακή απορροή υδάτων και της στερεομεταφοράς. Οι μεταβλητές που εξετάζει είναι το κλίμα, η υδατική διείσδυση στο έδαφος, η υδατική ισορροπία, η αύξηση φυτών και η αποσύνθεση, οι γεωργικές καλλιέργειες και πρακτικές, η επιφανειακή απορροή υδάτων. η απόθεση και η μεταφορά των φερτών υλών στις διάφορες εποχές του έτους

32 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Ευρωπαϊκό Μοντέλο Εδαφικής Διάβρωσης (European Soil Erosion Model/ EUROSEM) Στηρίζεται στις αρχές της φυσικής και είναι προσαρμοσμένο στις συνθήκες της Κεντρικής Ευρώπης. Υπολογίζεται με τη βοήθεια ακραίων χειμαρρικών φαινόμενων σε μικρές επιφάνειες ή πολύ μικρές λεκάνες απορροής προσομοιώνοντας τον τρόπο που τα ύδατα και οι φερτές ύλες κινούνται πάνω στην επιφάνεια του εδάφους. Θεωρείται αρκετά απαιτητικό μοντέλο αναφορικά με τα πρωτογενή του δεδομένα που δε δίνει πάντα ικανοποιητικά αποτελέσματα Γεωργικό Μη σημειακό Πρότυπο Μοντέλο (Agricultural Nonpoint Source/ AGNPS) Προσδιοριστικό μοντέλο που έχει ως στόχο την πρόβλεψη της ποσότητας και ποιότητας της επιφανειακής απορροής, αλλά και τη διακίνηση φερτών υλών και χημικών ουσιών ως αποτέλεσμα γεωργικών πρακτικών. Βασίζεται σε ακραία φαινόμενα και έχει εφαρμοστεί σχεδόν αποκλειστικά στις Η.Π.Α. ενώ υπάρχουν λίγα παραδείγματα από άλλες περιοχές της Γης, όπως είναι η Ιταλία και η Γερμανία. Το μοντέλο διαχωρίζει κάθε λεκάνη απορροής σε μικρότερες δοκιμαστικές επιφάνειες και τα πρωτογενή του δεδομένα προέρχονται τόσο από χάρτες, όσο και από εργασίες υπαίθρου καθιστώντας το τελικά δύσχρηστο

33 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Γενική Εξίσωση της Εδαφικής Διάβρωσης (Universal Soil Loss Equation /USLE) Πρόκειται για το πιο διαδεδομένο μοντέλο πρόβλεψης, το οποίο αναπτύχθηκε στις Η.Π.Α. με τη βοήθεια δοκιμαστικών επιφανειών σε γεωργικές καλλιέργειες ήπιας κλίσης (ως 9%). από το 1932 ως το και επομένως κατατάσσεται στα εμπειρικά μοντέλα. Εξετάζει τη συνεπίδραση του κλίματος, του εδάφους, και του ανάγλυφου με τη βλάστηση. Η Αναθεωρημένη Γενική Εξίσωση της Εδαφικής Διάβρωσης (Revised Universal Soil Loss Equation/ RULSE) διατήρησε τη βασική μαθηματική δομή της ULSE, αλλά άλλαξε την τεχνολογία υπολογισμού της κάθε μεταβλητής εισάγοντας νέα δεδομένα για συγκεκριμένες συνθήκες (πχ. για ακανόνιστες κλίσεις και κατάτμηση). Η αλλαγή αυτή μετακίνησε την ULSE από τα στοχαστικά (εμπειρικά) μοντέλα στα πιο προσδιοριστικά. Να επισημανθεί ότι συχνή παρεξήγηση στην εκτίμηση της USLE είναι ο υπολογισμός της απόστασης από το εφαλτήριο της επιφανειακής απορροής των υδάτων μέχρι το σημείο που ξεκινά η εναπόθεση των φερτών υλών ή μέχρι το σημείο που η επιφανειακή απορροή εισέρχεται σε κανάλι μεγαλύτερο από αυτό της επιφανειακής διάβρωσης.

34 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Το 1975 εισήχθη η Τροποποιημένη Γενική Εξίσωση της Εδαφ»α)ς Διάβρωσης {Modified Universal Soil Loss Equation/ MRUSLE) η οποία μπορεί να προβλέψει την αναμενόμενη διάβρωση μετά την εκδήλωση ακραίων χειμαρρικών' φαινόμενων σε λοφώδεις εκτάσεις. Οι ULSE, RUSLE και MRUSLE έχουν εφαρμοστεί κατά κόρον σε διάφορα μέρη της Γης παρά τους περιορισμούς εφαρμογής τους. Ενδεικτικά αναφέρονται οι Η.Π.Α., η Κίνα, η Ινδία, η Αυστραλία, η Κένυα, η Ισπανία, η Σερβία και η Ελλάδα. Ο RUSLE (Renard et al., 1991) όπως και ο προηγηθείς USLE (Wischmeier and Smith, 1965,1978) είναι ένα μοντέλο διάβρωσης που υπολογίζει τον μέσο ετήσιο ρυθμό διάβρωσης (Ε) ανά μονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής. Επειδή, όπως προαναφέ-ρθηκε, και οι δύο νόμοι είναι εμπειρικοί θα πρέπει να χρησιμοποιούνται με πολύ μεγάλη προσοχή και μόνον για τις περιοχές που υπάρχουν αξιόπιστα και επαρκή δεδομένα. Ο (Ε) είναι συνάρτηση έξι παραγόντων από τους οποίους ο παράγων βροχόπτωσης R και ο παράγων διαβρωσιμότητας του εδάφους K έχουν διαστάσεις, ενώ οι υπόλοιποι είναι αδιάστατα μεγέθη. E = R * K * L * S * C * P

35 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης USLE RUSLE E = R * K * L * S * C * P E= Μέσος χρονικά και χωρικά ρυθμός απώλειας εδάφους (διάβρωση) ανά μονάδα επιφάνειας ( ton x ha -1 x year -1 ) R = ο παράγων βροχόπτωσης (MJ * mm * ha 1 * hour 1 * year 1 ) K = ο παράγων διαβρωσιμότητας του εδάφους ( ton * ha *hr* ha 1 * MJ 1 * mm 1 ). L = ο παράγων του μήκους κλίσεως Τοπογραφικός παράγοντας LS S = ο παράγων κλίσεως του εδάφους C = ο παράγων φυτοκάλυψης και διαχείρισης του εδάφους και P = ο παράγων συμπληρωματικών έργων ελέγχου διαβρώσεων

36 Άμεσος προσδιορισμός της γενικής διάβρωσης στις ορεινές λεκάνες απορροής Μέθοδος με μετρήσεις σε μικρές, αντιπροσωπευτικές επιφάνειες των ορεινών λεκανών Επιλέγονται μικρές, αντιπροσωπευτικές επιφάνειες στις ορεινές λεκάνες, επί των οποίων διεξάγονται μετρήσεις (τυποποίηση USA: 22m x 1.80m). Οι αντιπροσωπευτικές επιφάνειες πρέπει να απομονώνονται από τις γειτονικές εκτάσεις, ώστε να αποφεύγεται η εισροή ή εκροή επιφανειακής απορροής και υλικών από τον περίγυρο ή προς αυτόν και να καταμετρείται ακριβώς το μέγεθος των κατακρημνισμάτων, της απορροής και της διάβρωσης. Η μέθοδος προσφέρεται κυρίως για καλλιεργούμενες εκτάσεις με ήπιο ανάγλυφο, στις οποίες κυριαρχεί η επιφανειακή διάβρωση που παράγει λεπτόκοκκα υλικά (αιωροφορτία) 36

37 Εκτίμηση της γενικής διάβρωσης και της υποβάθμισης σε ορεινές λεκάνες απορροής Μεγάλο ενδιαφέρον από πρακτική άποψη έχει ο προσδιορισμός της μέσης ετήσιας υποβάθμισης που γίνεται με βάση το μέσο ετήσιο φορτίο φερτών υλών των ρευμάτων. Στα μικρότερα χειμαρρικά ρεύματα το στερεοφορτίο αποτελεί το σύνολο σχεδόν του φορτίου των υλικών που αυτά μεταφέρουν, το δε στερεοφορτίο ενός ιδιαίτερα έντονου πλημμυρικού γεγονότος είναι συχνά μεγαλύτερο του μέσου ετήσιου στερεοφορτίου τους (γεγονός που έχει ιδιαίτερη σημασία στις διευθετήσεις των μικρών χειμαρρικών ρευμάτων). Για τον προσδιορισμό της γενικής διάβρωσης και της υποβάθμισης στις ορεινές λεκάνες απορροής σε ετήσια βάση ή και για μεμονωμένα πλημμυρικά γεγονότα αναπτύχθηκαν διάφορες μέθοδοι στοχαστικές και προσδιοριστικές. 37

38 Μέθοδος Universal Soil Loss Equation, (USLE, Wischmeier, Schmith) (Η εξίσωση επικεντρώνεται στον προσδιορισμό της υποβάθμισης από επιφανειακή και αυλακωτή διάβρωση, που δημιουργείται σε γεωργικά εδάφη, για τα οποία παρέχει ιδιαίτερα καλά αποτελέσματα). A = R K L S C P (t/ha, year) Όπου Α: ετήσια γενική διάβρωση ή υποβάθμιση του εδάφους ως μέση ετήσια τιμή ή και ως μέγεθος ενός πλημμυρικού γεγονότος. Αφορά κυρίως αιωροϋλικά, αφού προέρχεται από επιφανειακές και αυλακωτές διαβρώσεις. R: συντελεστής για την διαβρωτικότητα της βροχής. Υπολογίζεται με βάση την κινητική ενέργεια και το ύψος του συνόλου των κατακρημνισμάτων του έτους από όλες τις διαβρωτικά ενεργές βροχές [(kg/m 2 ) (mm/h)] K: συντελεστής για την διαβρωσιμότητα του εδάφους. Παρέχει την ετήσια υποβάθμιση δεδομένου εδάφους ανά μονάδα R στην τυπική κλιτύ, δηλαδή σ εκείνη μήκους 22m κλίσης 9% [(t/ha) (kg/m 2 ) (mm/h)]. L: συντελεστής για την επίδραση του μήκους της κλιτύος σε σχέση με την επίδραση της τυπικής κλιτύος με τις ίδιες συνθήκες. S: συντελεστής για την επίδραση της κλίσης της κλιτύος σε σχέση με την τυπική κλιτύ υπό κλίση 9% και κάτω από τις ίδιες συνθήκες. C: συντελεστής για την κάλυψη με βλάστηση και τον τρόπο χειρισμού της επιφάνειας. Παρέχει την σχέση της υποβάθμισης της επιφάνειας με δεδομένη καλλιέργεια (φυτά, βαθμός κάλυψης, τρόπος καλλιέργειας κλπ.) προς εκείνη της τυποποιημένης κλιτύος. P: συντελεστής για την προστασία κατά της υποβάθμισης. Παρέχει την σχέση της υποβάθμισης με βάση τα υπάρχοντα αντιδιαβρωτικά μέτρα προς εκείνη της τυποποιημένης κλιτύος με καλλιέργεια κατά την μέγιστη κλίση και χωρίς αντιδιαβρωτικά μέτρα. Οι συντελεστές L και S με τη μορφή γινομένου (L S) χαρακτηρίζονται ως τοπογραφικός ή μορφολογικός παράγοντας ή παράγοντας αναγλύφου. 38

39 Μέθοδος Modified Universal Soil Loss Equation, (MUSLE) Προέρχεται από τροποποίηση της μεθόδου USLE. Αντικαθίσταται ο συντελεστής διαβρωτικότητας Κ με δύο άλλους συντελεστές, τον όγκο V και την μέγιστη επιφανειακή απορροή q p. Παρέχει το φορτίο φερτών υλών που παράγει μια ορεινή λεκάνη ή υπολεκάνη απορροής λόγω της γενικής διάβρωσης και λόγω των εκτατικών χειμαρρικών φαινομένων, κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης βροχόπτωσης λόγω της γενικής διάβρωσης ή υποβάθμισης. Y o 9,05 (V q p ) 0,56 K L S C P (t) Όπου Υ ο : βάρος των παραγόμενων φερτών υλικών κατά μια ορισμένη βροχόπτωση από μια επιφάνεια ή από μια λεκάνη απορροής (χωρίς ενδιάμεσες αποθέσεις) V: όγκος επιφανειακής απορροής κατά τη συγκεκριμένη βροχόπτωση (m 3 ) q p : μέγιστη, επιφανειακή απορροή FL Q q (m 3 p 0,278 /s) T 39 A

40 Οι παράγοντες K, L, S, C, P υπολογίζονται όπως και στη μέθοδο USLE. Ο όγκος V της επιφανειακής απορροής υπολογίζεται με τη βοήθεια της σχέσης: V 10 3 h Ne F L 3 (m ) F L : επιμέρους επιφάνεια της λεκάνης απορροής (km 2 ) Q: απορροϊκό ύψος βροχής (mm), το οποίο υπολογίζεται με τον τύπο του Anderl: h ne N: ύψος βροχής (mm) (h Ne A v ) c c a o -k (N-A v ) e -1 (mm) Av: αρχικές απώλειες λόγω υδατοσυγκράτησης, διείσδυσης στο έδαφος και επιφανειακής υδατοσυγκράτησης πριν την έναρξη της απορροής (mm) c: μέγιστος, τελικός συντελεστής απορροής μετά από πολύ μακρά διάρκεια βροχόπτωσης. Κ: συντελεστής αναλογίας σε l/mm P l : W z : q B : ειδική, τοπική παράμετρος αριθμός της εβδομάδας, που χαρακτηρίζει την εποχή του έτους βασική απορροή ως μέτρο, το οποίο υποκαθιστά την υγρασία του εδάφους πριν την βροχόπτωση (l/s km 2 ) 40

41 Χάρτης Διαβρωτικότητας Διαβρωτική ικανότητα βροχόπτωσης & απορροής R Δεδομένα εδάφους Διαβρωσιμότητα εδάφους K Υψομετρικά δεδομένα Κλίσεις Διεύθυνση ροής Τοπογραφία LS Μ. Ετήσια Εδαφική Απώλεια A Πίνακες δεδομένων Πρακτικές Διατήρησης tn/ha/yr P Δεδομένα τηλεπισκόπηση Χάρτες εδαφοκάλυψης Καλλιεργούμενες εκτάσεις Φυτοκάλυψη C

42 Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης Μοντέλο Δυναμικού Διάβρωσης του Gavrilović (Gavrilović Erosion Potential Method) Ημι - ποσοτικό μοντέλο διάβρωσης και υποβάθμισης, το οποίο αναπτύχθηκε μετά από εργασίες υπαίθρου σε ορεινές λεκάνες απορροής του ποταμού Μαράβα της Σερβίας και οι οποίες ενισχύθηκαν με εργαστηριακές εργασίες, προκειμένου να προσδιορίσει επακριβώς το εύρος τιμών κάθε μεταβλητής. Αργότερα το μοντέλο έγινε πιο σύνθετο και συμπεριέλαβε τροποποιήσεις για μικρές και μεγάλες λεκάνες απορροής ώστε να συνεκτιμηθούν τα φερτά υλικά που συγκροτούνται μέσα στη λεκάνη. Θα μπορούσε κανείς να πει ότι ο Gavrilović δημιούργησε ένα ολιστικό μοντέλο που συνεκτιμά διάβρωση και υποβάθμιση σε μια ορεινή λεκάνη λαμβάνοντας υπόψη τα υλικά που αποθέτονται στο εσωτερικό της λεκάνης. Έχει ήδη εφαρμοστεί και σε άλλες χώρες πλην της Σερβίας, όπως Κροατία, Σλοβενία, Ελβετία, Ιταλία, Γερμανία, Η.Π.Α., Αργεντινή, Π.Γ.Δ.Μ., Βέλγιο και Ελλάδα. Η βάση της μεθόδου Gavrilović βασίζεται στο ότι τα φερτά υλικά που μεταφέρονται από το χειμαρρικό ρεύμα (G) συσχετίζονται με την ποσότητα των φερτών υλικών που παράγονται από την εδαφική διάβρωση W (m 3 /year) και με την ποσότητα που κατακρατείται στον υδροκρίτη (R: συντελεστής κατακράτησης φερτών υλικών) και δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση: G = W * R

43 όπου Μέθοδος Gavrilovič Προσδιορίζει την μέση ετήσια γενική διάβρωση ή υποβάθμιση στις ορεινές λεκάνες απορροής των χειμαρρικών ρευμάτων Τ: συντελεστής θερμοκρασίας, ο οποίος παρέχεται από την σχέση: t 0 : η μέση ετήσια θερμοκρασία ( C) στη λεκάνη απορροής h: μέσο ετήσιο ύψος βροχής της λεκάνης (mm) π: ο αριθμός 3,14159 F: η επιφάνεια της λεκάνης (km²) W T h π z: συντελεστής διάβρωσης ο οποίος υπολογίζεται από τη σχέση x: συντελεστής που εκφράζει τη μείωση της αντίστασης του γεωλογικού υποθέματος κατά της διάβρωσης ανάλογα με την κατάσταση και την καλλιέργεια του και με βάση την κατάσταση της βλάστησης. Δίνεται από πίνακα και κυμαίνεται μεταξύ 0,05 και 1,0. y: συντελεστής της διαβρωσιμότητας του γεωλογικού υποθέματος ο οποίος εξαρτάται από την πετρολογική και την εδαφολογική σύσταση των λεκανών. Παρέχεται από πίνακα και κυμαίνεται μεταξύ 0,2 και 2. φ: συντελεστής που εκφράζει το είδος και το βαθμό της διάβρωσης των λεκανών απορροής. Επίσης παρέχεται από πίνακα. J: μέση κλίση της λεκάνης απορροής. Z 3 F (m 3 /year) T Z x y (φ 0 t 0,1 10 J) 43

44 Περιγραφή της ορεινής λεκάνης απορροής και της μορφής του φυτοκαλύμματος της Μέση τιμή συντελεστή Χ Ι. Λεκάνες απορροής πριν από την εκτέλεση υδρονομικών έργων: Έδαφος πλήρως υποβαθμισμένο, μη καλλιεργήσιμο 1,00 Αγροί καλλιεργούμενοι σε κλιτύες 0,90 Αμπελώνες χωρίς βλάστηση στο έδαφος 0,70 Υποβαθμισμένες δασοσυστάδες και θαμνώνες με υποβαθμισμένο έδαφος 0,60 Λιβάδια, αγροί με τριφύλλι και άλλες παρόμοιες καλλιέργειες 0,40 Εκτεταμένες δασοσυτάδες και θαμνώνεςσε καλή κατάσταση 0,05 ΙΙ. Λεκάνες απορροής μετά την εκτέλεση υδρονομικών έργων Διευθετημένες κοίτες με φράγματα 0,70 Αγροί καλλιεργούμενοι συχνά κατά τις ισοϋψείς 0,63 Αγροί καλά καλλιεργούμενοι 0,54 Αγροί καλλιεργούμενοι κατά λωρίδες οριζόντιες 0,45 Αγροί βαθμιδωμένοι 0,36 Αμπελώνες κατά τις ισοϋψείς 0,32 Υποβαθμισμένα εδάφη μετά από αναχλόαση, βελτιωμένα λιβάδια 0,30 Εδάφη με αγωγούς ανάσχεσης και συγκράτησης του νερού 0,27 Επιφάνειες λεκανών με αναδασώσεις συνοδευόμενες και από βαθμίδωση του εδάφους 0,10 ΙΙΙ. Μορφή του φυτοκαλύμματος Μικτές δασοσυστάδες και πυκνοί θαμνώνες ή δασοσυστάδες αραιές με υποόροφο 0,05 ~ 0,20 Δασοσστάδες κωνοφόρων με υπόροφο ασθενή ή θαμνώνες όχι σύμπυκνοι 0,20 ~ 0,60 Δασοσυστάδες κωνοφόρων και θαμνώνες υποβαθμισένοι, λιβάδια 0,40 ~ 0,60 Λιβάδια και εδάφη καλλεργούμενα, υποβαθμισμένα 0,60 ~ 0,80 Επιφάνειες χωρίς φυτοκάλυμμα 0,80 ~ 1,00

45 Είδος πετρώματος και υπεδάφους Τιμή συντελεστή y Σκληρά πετρώματα, ανθεκτικά στη διάβρωση 0,2 ~ 0,6 Πετρώματα μετρίως ανθεκτικά στη διάβρωση 0,6 ~ 1,0 Εύθρυπτα πετρώματα (σχίστες, συμπαγείς άργιλλοι, κλπ.) 1,0 ~ 1,3 Αποθέσεις, μορένες άργιλλοι, ψαμόλιθοι και άλλα λιγότερο ανθεκτικά πετρώματα 1,3 ~ 1,8 Πολύ ευαίσθητα στη διάβρωση πετρώματα και εδάφη 1,8 ~ 2,0 45

46 Είδος και βαθμός διάβρωσης των λεκανών Τιμές συντελεστή φ Ασθενής διάβρωση στις λεκάνες απορροής 0,1 ~ 0,2 Διάβρωση επιφανειακή στα 25 ~ 50% της λεκάνης 0,3 ~ 0,5 Επιφανειακή διάβρωση, ολισθήσεις και αποθέσεις, καρστική διάβρωση Τα 50 ~ 80 % της λεκάνης υποβαθμισμένα από χαραδρώσεις και ολισθήσεις Λεκάνες πλήρως υποβαθμισμένες από έντονες διαβρώσεις και ολισθήσεις 0,6 ~ 0,7 0,8 ~ 0,9 0,9 ~ 1,0 46

47 Η μέθοδος του Kronfellner Kraus ή του μέγιστου δυνατού στερεοφορτίου Η μέθοδος προσδιορίζει το μέγιστο δυνατό φορτίο φερτών υλών ή του μέγιστου δυνατού στερεοφορτίου γενικά και ιδίως των μικρών χειμαρρικών ρευμάτων των ορεινών και πολύ ορεινών περιοχών, το οποίο μπορεί να αποτεθεί στον κώνο πρόσχωσής του μετά από έκτακτο πλημμυρικό γεγονός. Αυτό αποτελείται κυρίως από αδρομερή υλικά, ο όγκος των οποίων προσεγγίζει σχεδόν το συνολικό φορτίο φερτών υλικών που παράγεται στην ορεινή λεκάνη λόγω της μέγιστης δυνατής υποβάθμισης κατά τη διάρκεια του συγκεκριμένου έκτακτου γεγονότος. Το μέγεθος του μέγιστου δυνατού φορτίου φερτών υλών στις ορεινές λεκάνες απορροής με έκταση έως 80 km 2 δίνεται από την σχέση: G ολ k J F J: Μέση κλίση κεντρικής κοίτης, στα ανάντη της υπόψη θέσης (%) F: Έκταση λεκάνης απορροής (km 2 ) K: συντελεστής που εκφράζει τη χειμαρρικότητα του ρεύματος 47

48 Οι μικρές ορεινές λεκάνες με έντονο ανάγλυφο και ευπαθές γεωϋπόθεμα έχουν υψηλές τιμές (κ = 1500), ενώ οι μεγαλύτερες, δασωμένες μικρές τιμές (κ = 500). Στην Αυστρία ο συντελεστής Κ εκτιμάται ως εξής: Σε ρεύματα με ιδιαίτερα έντονο χειμαρρικό δυναμικό: Σε ρεύματα με έντονο χειμαρρικό δυναμικό: k k 1750 e 1150 e 1 0,018 F 1 0,014 F Σε ρεύματα με κανονικό χειμαρρικό δυναμικό: k 540 e 1 0,008 F Σε ρεύματα με σχετικά ήπιο χειμαρρικό δυναμικό: k 254 e 1 0,0016 F 48

49 Συνίσταται να εφαρμόζεται η σχέση σε μικρές ορεινές λεκάνες απορροής με ενιαία κεντρική κοίτη. Η μέθοδος προσδιορίζει επίσης και το δυνατό (μέγιστο) βάθος της κοίτης που εκσκάπτουν τα απορρέοντα ύδατα στους κώνους πρόσχωσης ή στις κοίτες αναμετακίνησης των χειμαρρικών ρευμάτων και γενικά στα ριπίδια τους με κλίση έως 25% και σχετικά αδρομερή σύσταση. Το μέγεθος του δίνεται από την ακόλουθη σχέση: h 1,5 0,125 t J k (m) Όπου h t : το μέγιστο βάθος της εκσκαπτόμενης κοίτης στον κώνο πρόσχωσης (m) α: ελάχιστο βάθος κοίτης από διάβρωση. Συνίσταται να χρησιμοποιείται α = 1,3 ~ 1,5 m J k : κλίση του κώνου πρόσχωσης (%) 49

50 ΔΟΥ Ι - Κεφάλαιο 8 50

51 ΔΟΥ Ι - Κεφάλαιο 8 51

52 Απερήμωση Η υποβάθμιση των λεκανών απορροής των χειμαρρικών ρευμάτων συνεπάγεται την αγονοποίηση των εδαφών τους. Η δε συνεχής υποβάθμιση του στερεού φλοιού της Γης από τα ρέοντα ύδατα οδηγεί στην απώλεια των πολύτιμων αποθεμάτων του πλανήτη μας σε παραγωγικά συστατικά. Όταν η υποβάθμιση προκαλείται σε περιοχές άνυδρες, ή ολιγόϋδρες δημιουργούνται συχνά στα εδάφη τους συνθήκες που μοιάζουν με εκείνες των ερήμων. Ως απερήμωση χαρακτηρίζεται η αγονοποίηση του εδάφους των λεκανών απορροής στις άνυδρες, ημιάνυδρες και ημίυγρες περιοχές, η οποία οφείλεται στην υποβάθμιση του εδάφους. Η απερήμωση, η οποία δεν πρέπει να συγχέεται με την ερημοποίηση της Γης, δηλαδή με την μετατροπή της σε έρημο, οδηγεί στην εμφάνιση γνωρισμάτων των ερημικών περιοχών. Η απερήμωση εκδηλώνεται με τις ακόλουθες ανθρώπινες δραστηριότητες: Την υπερκαλλιέργεια του εδάφους, Την υπερβόσκηση της Γης, Την αποψίλωση και Την ακατάλληλη άρδευση. 52

53 Ερευνητικά προγράμματα στην Ευρώπη Από τα μεγαλύτερα ερευνητικά προγράμματα με αντικείμενο τον κίνδυνο της υποβάθμισης ήταν το CORINE το 1992 σε επίπεδο Ευρώπης και το MEDALUS σε επίπεδο Μεσογείου ( ). Το CORINΕ συντονίστηκε από το Ινστιτούτο Εφαρμογών Διαστήματος του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Κέντρου (Space Applications Institute of European Join Research Centre/ JRC) που εδρεύει στο Ispra της Ιταλίας και στηρίχθηκε μεταξύ άλλων σε δορυφορικές εικόνες μικρής ανάλυσης. Τα αποτελέσματα του CORINE θεωρήθηκαν από πολλούς ερευνητές υπερβολικά. Στο MEDALUS συνεργάστηκαν ερευνητικά ιδρύματα όλης της Ευρώπης. Για τις ανάγκες του προγράμματος διεξήχθησαν εργασίες υπαίθρου που συνδυάστηκαν με χαρτογραφικά δεδομένα και αεροφωτογραφίες. Στην Ελλάδα το MEDALUS επέλεξε ως πειραματικές επιφάνειες γεωργικές περιοχές στα Πετράλωνα Θεσσαλονίκης, στα Σπάτα Αθηνών και στη Λέσβο. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από όλες τις πειραματικές επιφάνειες ανάχθηκαν στη συνέχεια σε επίπεδο χώρας (Πορτογαλία, Ισπανία, Γαλλία, Ιταλία, Ελλάδα) δίνοντας μια εικόνα έντονου κινδύνου υποβάθμισης της ευρωπαϊκής Μεσογείου.

54 Προσχώσεις Προσχώσεις: Η απόθεση χαλαρών (ασύνδετων) υλικών, όπως χάλικες, άμμος, άργιλος και οργανικά υπολείμματα, που προέρχονται από την αποσάθρωση προϋπαρχόντων πετρωμάτων, και μεταφέρονται κυρίως από τα υδάτινα ρεύματα, αλλά και από τους ανέμους και τους παγετώνες αναφέρονται επίσης με τον όρο αλλουβιακές αποθέσεις. Η απόθεση των κλαστικών αυτών υλικών, που μεταφέρουν τα ρέοντα ύδατα, γίνεται όταν η ταχύτητα του νερού ελαττωθεί, γι αυτό και σχηματίζονται προσχώσεις στις καμπές της κοίτης των ποταμών, στα σημεία εισόδου ενός ορεινού ρεύματος σε μία πεδιάδα επίπεδη, οπότε αλλάζει απότομα η κλίση του εδάφους, και στις εκβολές των ποταμών. Η απόθεση των προσχωσιγενών υλικών γίνεται ανάλογα με το βάρος και το μέγεθός τους κατά στρώματα στα χαμηλότερα σημεία τους αποτίθενται τα πιο αδρομερή, ενώ στα ανώτερα τα πιο λεπτόκοκκα. Οι επιπτώσεις από τις προσχώσεις άλλοτε είναι ευεργετικές και άλλοτε αποτελούν αιτία πρόκλησης σημαντικών καταστροφών στο οικοσύστημα της προσχωθείσας περιοχής. Το εύρος και το είδος των επιπτώσεων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως ο χώρος, ο χρόνος, η φύση και η ποσότητα των φερτών υλών που εναποτίθενται, το είδος της καλλιέργειας, κ.α..

55 Προσχώσεις Αλλουβιακές αποθέσεις στις εκβολές του Εύηνου ποταμού

56 Προσχώσεις Προσχώσεις στις καμπές της κοίτης ποταμού εκεί όπου η ταχύτητα νερού έχει ελαττωθεί

57 Προσχώσεις Προσχώσεις στα σημεία εισόδου ορεινού ρεύματος σε πεδιάδα

58 Προσχώσεις Αποθέσεις εκεί όπου η ταχύτητα νερού ελαττώνεται

59 Προσχώσεις Αποθέσεις εκεί όπου η ταχύτητα νερού ελαττώνεται

60 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!!!