ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΜΑΡΙΑ ΤΣΕΛΕΠΗ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009

2 Περίληψη Στο πλαίσιο των κλιματικών αλλαγών που έχουν καταγραφεί κατά τη διάρκεια του 20 ου αιώνα, είναι σημαντική η εκτίμηση της απόκρισης των υδατικών συστημάτων σε επίπεδο λεκάνης απορροής για εναλλακτικά σενάρια, με σκοπό την ολοκληρωμένη διαχείριση των υδατικών πόρων. Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (ΙΡCC), αξιολογώντας τη συμβολή των ανθρωπογενών εκπομπών αερίων στην ένταση του φαινομένου του θερμοκηπίου, δημοσίευσε το 2000 τα Σενάρια Εκπομπών SRES. Με βάση το γεγονός ότι η ανθρώπινη δραστηριότητα συνέβαλλε με μεγάλη βεβαιότητα στην αλλαγή του κλίματος, σύμφωνα με την Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης (4ΑR) της ΙΡCC, τα σενάρια αυτά χρησιμοποιούνται από διάφορα κλιματικά μοντέλα για την εκτίμηση των αλλαγών του κλίματος τον 21 αιώνα, ειδικά σε ότι αφορά το νερό. Στην παρούσα εργασία μελετώνται τα μηνιαία δεδομένα μέσης βροχόπτωσης, θερμοκρασίας και της εξατμισοδιαπνοής ενός σύγχρονου μοντέλου δυναμικού υποβιβασμού κλίμακας, του KNMI-RACMO2, για την περιοχή της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, νοτιοδυτικά του Νομού Χαλκιδικής. Το μοντέλο το οποίο παρέχει εκτιμήσεις έως και το 2100, εφαρμόστηκε για το μεσοποιημένο σημείο τεσσάρων σημείων πλέγματος στην ευρύτερη περιοχή των Μουδανιών. Έγινε η εκτίμηση των υδατικών ισοζυγίων της λεκάνης, για την περίοδο , βάσει των αποτελεσμάτων του μοντέλου KNMI-RACMO2 για τις βροχοπτώσεις και τις θερμοκρασίες και βάσει της συνδυασμένης μεθόδου FAO Penman Monteith για την εξατμισοδιαπνοή, που παρουσιάζει πολύ καλή συσχέτιση. Η εκτίμηση των υδατικών ισοζυγίων πραγματοποιήθηκε για δυο διαφορετικές περιόδους του χρόνου, τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο, προκειμένου να γίνει φανερή η μεταβολή τους σε σχέση με τις απαιτήσεις της περιοχής σε νερό, που είναι διαφορετικές για τα δυο εξάμηνα του έτους. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση του υδροφορέα με το πρόγραμμα Modflow, που εμπεριέχεται στο λογισμικό πακέτο G.M.S 6.5 (Groundwater Modeling System) ώστε να διαπιστωθεί η λειτουργία του υδροφορέα βάσει των σεναρίων για την κλιματική αλλαγή. Το Modflow επαλήθευσε πλήρως τη λειτουργία του μοντέλου παρουσιάζοντας σχεδόν μηδενικές μεταβολές του αποθηκευμένου όγκου του νερού που υπάρχει στον υπόγειο υδροφορέα. i

3 Τέλος, για την καλύτερη εξακρίβωση των αποτελεσμάτων, έγινε η κατάστρωση δυο σεναρίων με ορισμένες προϋποθέσεις για τη λειτουργία του υδροφορέα. Με βάση τις εκτιμήσεις των μοντέλων, τα υδατικά ισοζύγια της περιοχής προέκυψαν αρνητικά και αυτό απαιτεί άμεσο επαναπροσδιορισμό των υδατικών απαιτήσεων σε νερό, πριν γίνει η κατάσταση μη αναστρέψιμη για τη λεκάνη και τον υπόγειο υδροφορέα των Μουδανιών. ii

4 Abstract It is important, within the frame of the 20 h century observed climate changes, to estimate the response of hydrological systems at basin scales under a range of alternative scenarios, in order to achieve an integrated management of water resources. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) published in 2000 the Special Report on Emissions Scenarios (SRES), assessing the contribution of the anthropogenic gas emissions in the intensification of the greenhouse effect. Based on the effects of human activities on the observed climate change, according to the IPCC's Fourth Assessment Report (4AR), the SRES scenarios are widely used in several climate models for 20 th century climate projections, especially as they relate to water. One of the most recent Regional Climate Models (RCMs), KNMI-RACM02, was applied in the present study aiming on the analysis of it s future projections concerning the rainfall and temperature conditions over the area of the Moudania basin, in the southwest of Chalkidiki. Τhe model provides estimates up to 2100 and was applied for the medium point of four grid points in the broader region of Moudania. Based on the KNMI-RACM02 model projections concerning the rainfall and temperature conditions and on the Penman-Monteith s method of combination concerning the evapotranspiration, which describes with accuracy the phenomenon, an estimation of the future water balances of the Moudania basin has been attempted. The estimation of the future water balances has been attempted for two different periods of time, the winter and the summer period, so that becomes obvious their change, concerning the requirements of region in water, which are different for the two periods of year. Then, the simulation of ground water flow of the aquifer was based on the Modflow model (Modflow includes in the G.M.S 6.5 package-groundwater Modeling System). This application was attempted in order to certify the operation of the water bearing layer based on the scenarios of the climatic change. Modflow verified completely the operation of the model presenting almost zero changes of stored water that exists in the water bearing layer. Finally, for the better verification of the results, the planning of two scenarios with certain conditions on the operation of water bearing layer has been attempted. Based on the estimates of the models, the results for the water balances came up negative. This situation iii

5 demands direct redefinition of water requirements, before it becomes irreversible for the basin and the water bearing layer of Moudania basin. iv

6 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος «Προστασία Περιβάλλοντος και Βιώσιμη Ανάπτυξη», του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, με επιβλέπουσα τριμελή επιτροπή τους: κ. Θεοδοσίου Νικόλαο, Επίκουρο Καθηγητή Α.Π.Θ., κ. Λατινόπουλο Περικλή, Καθηγητή Α.Π.Θ., κ. Κατσιφαράκη Κωνσταντίνο, Καθηγητή Α.Π.Θ. Κατ αρχάς, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Νικόλαο Θεοδοσίου, για την άριστη συνεργασία και τη διαρκή βοήθεια που μου προσέφερε σε όλα τα στάδια της εργασίας αυτής. Η παρούσα εργασία στηρίχθηκε στα δεδομένα δυο προηγούμενων διπλωματικών εργασιών των συναδέλφων Χατζηπαραδείση Κωνσταντίνας και Παπαποστόλου Χριστίνας, τις οποίες και ευχαριστώ θερμά για τα δεδομένα τα οποία ευγενώς μου χορήγησαν και πάνω στα οποία στηρίχθηκε σημαντικό μέρος της εργασίας αυτής. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω πολύ την οικογένεια μου για τη στήριξη και τη συμπαράσταση που μου προσέφερε καθ' όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009 v

7 Περιεχόμενα Περίληψη Abstract Πρόλογος i iii v 1 Η κλιματική αλλαγή μέχρι σήμερα Εισαγωγή Καταγραφές της κλιματικής αλλαγής Αιτίες της κλιματικής αλλαγής Προσομοίωση του μελλοντικού κλίματος με τη βοήθεια κλιματικών μοντέλων Γενικά για τα κλιματικά μοντέλα Σενάρια εκπομπών SRES (Special Report on Emission Scenarios) IPCC Κατασκευή σεναρίων εκπομπών SRES Περιγραφή των σεναρίων SRES Σκοπός και χρήση των σεναρίων SRES Περιγραφή των κλιματικών μοντέλων Μοντέλα γενικής κυκλοφορίας Τύποι μοντέλων γενικής κυκλοφορίας Περιοχικά Κλιματικά Μοντέλα Προβλέψεις κλιματικών μοντέλων Αξιοπιστία και αβεβαιότητες των κλιματικών μοντέλων και σεναρίων στην εκτίμηση μελλοντικών κλιματικών αλλαγών Εξέταση του κλιματικού συστήματος και των αλλαγών του σε σχέση με το νερό Η αναγκαιότητα του νερού και η σχέση του με την κλιματική αλλαγή Αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί σε σχέση με το νερό Βροχοπτώσεις και υδρατμοί Χιόνι και πάγος Στάθμη της θάλασσας Εξατμισοδιαπνοή Εκτιμώμενες αλλαγές σε σχέση με το νερό...26 vi

8 3.3.1 Βροχοπτώσεις και υδρατμοί Χιόνι και πάγος Στάθμη της θάλασσας Εξατμισοδιαπνοή Απορροή Αβεβαιότητες στις υδρολογικές εκτιμήσεις Χρήση και διαθεσιμότητα του νερού Σημερινή κατάσταση Μελλοντικές εκτιμήσεις Εξέταση των υδατικών πόρων σε σχέση με διάφορους τομείς Εξέταση του Ευρωπαϊκού χώρου Εκτιμώμενες αλλαγές σε σχέση με το νερό Υδατικοί πόροι Εφαρμογή: Λειτουργία υδροφορέα στην περιοχή των Μουδανιών υπό συνθήκες κλιματικών αλλαγών Σύντομη περιγραφή της εφαρμογής Περιγραφή της περιοχής μελέτης Γενικά στοιχεία Γεωγραφικά και μορφολογικά στοιχεία Υδρογεωλογικές συνθήκες Εκτίμηση υδρογεωλογικών παραμέτρων Κλιματικά στοιχεία Εκτίμηση κλιματικών αλλαγών στη λεκάνη των Μουδανιών με τη βοήθεια περιοχικών κλιματικών μοντέλων Περιγραφή των μοντέλων Εισαγωγικά στοιχεία Χρήση περιοχικών κλιματικών μοντέλων για τη περιοχή των Μουδανιών Μοντέλο KNMI-RACMO Εφαρμογή του περιοχικού κλιματικού μοντέλου στην περιοχή των Μουδανιών Γενικά στοιχεία εφαρμογής Περίοδος Μελλοντικές εκτιμήσεις (Περίοδος )...53 vii

9 4.4 Μελέτη του υδρολογικού ισοζυγίου της λεκάνης των Μουδανιών ως αποτέλεσμα των κλιματικών αλλαγών Κατάστρωση εξίσωσης υδατικού ισοζυγίου Εκτίμηση υδατικών αναγκών Εκτίμηση υδατικού ισοζυγίου για την περίοδο Περιγραφή του προγράμματος Modflow Εφαρμογή του μοντέλου στην περιοχή μελέτης Αποτελέσματα - Συμπεράσματα Αξιολόγηση αποτελεσμάτων Προτάσεις εξοικονόμησης νερού στη λεκάνη των Μουδανιών...98 Βιβλιογραφία 100 viii

10 Κεφάλαιο 1 Η κλιματική αλλαγή μέχρι σήμερα 1.1 Εισαγωγή Το κλιματικό σύστημα είναι ένα σύνθετο σύστημα αλληλεπιδράσεων, που αποτελείται από την ατμόσφαιρα, την επιφάνεια της γης, τα χιόνια και τους πάγους, τους ωκεανούς, τα λοιπά επιφανειακά και υπόγεια νερά των ηπείρων και τους ζωντανούς οργανισμούς. (IPCC WGI FAQ 1.1) Το κλίμα συνήθως περιγράφεται με τη χρήση του μέσου όρου και της μεταβλητότητας της θερμοκρασίας, των βροχοπτώσεων και των ανέμων για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο που κυμαίνεται από λίγους μήνες έως εκατομμύρια χρόνια (μια συνηθισμένη περίοδος είναι τα 30 χρόνια). (IPCC WGI FAQ 1.1) Η εξέλιξη του κλιματικού συστήματος γίνεται κάτω από την επίδραση της εσωτερικής του δυναμικής και των αλλαγών σε διάφορους εξωτερικούς παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα. Κλιματική αλλαγή ορίζεται ως η αλλαγή στην κατάσταση του κλίματος που μπορεί να προσδιοριστεί (π.χ. με τη χρήση στατιστικών δοκιμών) από τις αλλαγές στο μέσο όρο ή/και τη μεταβλητότητα των ιδιοτήτων του, και που εμφανίζεται για μια εκτεταμένη περίοδο η οποία συνήθως διαρκεί δεκαετίες ή και περισσότερο. Η κλιματική αλλαγή αναφέρεται σε οποιαδήποτε αλλαγή συμβαίνει στο κλίμα με την πάροδο του χρόνου και που οφείλεται είτε στην φυσική μεταβλητότητα είτε στις ανθρώπινες δραστηριότητες. Οι εγκυρότερες και πιο αξιόπιστες εκθέσεις για την κλιματική αλλαγή έχουν δημοσιευτεί από την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (International Panel on Climate Change IPCC), η οποία ιδρύθηκε από τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό (World Meteorological Organization WMO) και το Πρόγραμμα Περιβάλλοντος (United Nations Environment Programme UNEP) του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών, το Σκοπός της Διακυβερνητικής Επιτροπής είναι η αξιολόγηση της ήδη υπάρχουσας επιστημονικής γνώσης για την μελέτη των κλιματικών αλλαγών, καθώς και η αξιολόγηση των συνεπειών των μεταβολών που προέρχονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, μελετώντας πιθανές πολιτικές και δράσεις για την αντιμετώπιση των ενδεχόμενων κινδύνων. 1

11 Το 2007 η IPCC δημοσίευσε την Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης (IPCC Fourth Assessment Report - 4AR) για την κλιματική αλλαγή. Παρακάτω παρουσιάζονται οι τρεις τόμοι της Έκθεσης όπως αυτοί συντάχθηκαν από τις τρεις επιστημονικές ομάδες που εργάστηκαν: 1. Πρώτη Ομάδα Εργασίας Working Group I (WGI): «The Physical Science Basis». Περιέχει τα επιστημονικά δεδομένα της κλιματικής αλλαγής και γίνεται σύνδεση της με ανθρώπινες δραστηριότητες, καθώς και εκτιμήσεις της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής. 2. Δεύτερη Ομάδα Εργασίας Working Group II (WGII): «Impacts, Adaptation and Vulnerability». Περιγράφει τις επιπτώσεις εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, γίνεται μια εκτίμηση της τρωτότητας του φυσικού περιβάλλοντος και των ανθρώπινων κοινωνιών και αξιολογεί πιθανά μέτρα πρόληψης και εφαρμογής. 3. Τρίτη Ομάδα Εργασίας Working Group III (WGIII): «Mitigation of Climate Change». Εξετάζεται η δυνατότητα μετριασμού και αποφυγής των κλιματικών αλλαγών, με εκτίμηση του σχετικού οικονομικού κόστους. 1.2 Καταγραφές της κλιματικής αλλαγής Αποτελεί πλέον γεγονός το ότι βιώνουμε μια σαφή θέρμανση του κλιματικού συστήματος. Αυτό είναι εμφανές από τις συνολικές καταγραφές που έχει δημοσιεύσει η IPCC στην Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης (4AR) σχετικά με την αύξηση της μέσης πλανητικής ατμοσφαιρικής και ωκεάνιας θερμοκρασίας, την εκτεταμένη τήξη του χιονιού και του πάγου και την αύξηση της παγκόσμιας μέσης στάθμης της θάλασσας. Η αύξηση της θερμοκρασίας είναι διαδεδομένη σε όλον τον πλανήτη και μάλιστα οι χερσαίες περιοχές έχουν θερμανθεί με ταχύτερο ρυθμό από ότι οι ωκεανοί όπως φαίνεται και στο σχήμα 1.1. (IPCC 4AR 1.1) Σχήμα 1.1: Μοτίβα των γραμμικών τάσεων της πλανητικής θερμοκρασίας από το 1979 έως το 2005 για την επιφάνεια (αριστερά) και για την τροπόσφαιρα (δεξιά) έως 10 km από την επιφάνεια, με βάση δορυφορικά δεδομένα. (IPCC WGI FAQ 3.1 Figure 1) 2

12 Γενικά, η αύξηση της μέσης πλανητικής θερμοκρασίας τον τελευταίο αιώνα έχει λάβει χώρα σε δυο φάσεις, από το 1910 έως το 1949 (0,35 ο C) και πιο έντονα από το 1970 μέχρι σήμερα (0,55 ο C). Τα τελευταία 25 χρόνια σημειώθηκε ανοδικός ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας, ενώ 11 από τα 12 θερμότερα καταγεγραμμένα έτη έχουν σημειωθεί τα τελευταία 12 χρόνια, κατά την περίοδο Όπως φαίνεται και στο σχήμα 1.1, οι παρατηρήσεις από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 δείχνουν ότι η τροπόσφαιρα (περίπου μέχρι τα 10 km) έχει θερμανθεί με ελαφρά μεγαλύτερο ρυθμό από ότι η επιφάνεια ενώ η στρατόσφαιρα (περίπου km) έχει ψυχθεί αισθητά από το 1979 (IPCC WGI FAQ 3.1). Σχήμα 1.2: Ετήσιες παγκόσμιες μέσες παρατηρούμενες θερμοκρασίες. (IPCC WGI FAQ 3.1 Figure 1) Στο παραπάνω σχήμα 1.2, παρουσιάζεται η αύξηση των παγκόσμιων μέσων τιμών των επιφανειακών θερμοκρασιών, η οποία υπολογίζεται μέχρι και τους 0,74 ο C για τα τελευταία εκατό χρόνια (περίοδος μεταξύ ). Παρ όλα αυτά, η αύξηση της θερμοκρασίας διαφέρει στις διάφορες εποχές ή περιοχές. Από το σχήμα 1.2 φαίνεται επίσης, ότι δεν υπήρχε μεγάλη αλλαγή στην αύξηση της θερμοκρασίας από το 1850 έως και το 1915 κάτι το οποίο μπορεί να οφείλεται είτε στη φυσική μεταβλητότητα είτε στη φτωχή δειγματοληψία. Οι τελείες αποτελούν την μέση ετήσια παρατηρηθείσα θερμοκρασία (μαύρα σημεία). Ο αριστερός άξονας παρουσιάζει τις θερμοκρασιακές μεταβολές από το 1961 ως το 1990 και ο δεξιός άξονας παρουσιάζει την εκτιμώμενη πραγματική θερμοκρασία ( C). Οι χρωματιστές γραμμές παρουσιάζουν τις τάσεις της θερμοκρασίας τα τελευταία 25, 50, 100 και 150 έτη και αντιστοιχούν στις περιόδους από το 1981 ως το 2005, το 1956 ως το 2005, το 1906 ως το 2005 και το 1856 έως το 2005, αντίστοιχα. Να σημειωθεί ότι για τις πρόσφατες χρονικές περιόδους, η κλίση είναι μεγαλύτερη, πράγμα που επισημαίνει την επιταχυνόμενη θέρμανση του πλανήτη και την απότομη αύξηση της θερμοκρασίας. 3

13 1.3 Αιτίες της κλιματικής αλλαγής Το κλιματικό σύστημα επηρεάζεται από διάφορους εξωτερικούς παράγοντες όπως οι ηλιακές διακυμάνσεις και οι ηφαιστειακές εκρήξεις, που αυτά αποτελούν φυσικά φαινόμενα, αλλά και από διάφορες αλλαγές που παρουσιάζονται στην χημική σύσταση της ατμόσφαιρας, εξαιτίας των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Το σημαντικότερο όμως, ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος, τον παίζει η ηλιακή ακτινοβολία. (IPCC 4AR 1.1) Υπάρχουν τρεις θεμελιώδεις τρόποι ούτως ώστε να διαφοροποιηθεί η ισορροπία της ακτινοβολίας της γης: 1. Μεταβάλλοντας την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία (αυτό μπορεί να συμβεί σε περίπτωση που η γήινη τροχιά διαφοροποιηθεί ή και από τον ίδιο τον ήλιο), 2. Μεταβάλλοντας τη μεγάλου μήκους κύματος εκπεμπόμενη ακτινοβολία από τη Γη προς το διάστημα (αυτό μπορεί να συμβεί αν διαφοροποιηθούν οι συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου), 3. Μεταβάλλοντας την ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία (π.χ. μέσω διαφοροποιήσεων στη νεφοκάλυψη, τα ατμοσφαιρικά αιωρήματα ή τη βλάστηση). Το κλίμα στη συνέχεια, αποκρίνεται άμεσα σε τέτοιες αλλαγές, καθώς επίσης και έμμεσα, μέσω ποικίλλων μηχανισμών ανάδρασης. (IPCC WGI FAQ 1.1) Η μεγάλη αιτία της κλιματικής αλλαγής είναι το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αέρια του θερμοκηπίου θεωρούνται τα αέρια τα οποία απορροφώντας μερικώς την ακτινοβολία μεγάλων μηκών κύματος που προέρχεται από την επιφάνεια της Γης, συμβάλλουν στη διατήρηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης (φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου), με μέση θερμοκρασία τους 14 ο C. Τα σημαντικότερα αέρια του θερμοκηπίου είναι οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα. Τα κύρια συστατικά της γήινης ατμόσφαιρας, το άζωτο και το οξυγόνο, δεν έχουν καμία τέτοια ιδιότητα. (IPCC WGI FAQ 1.3) Εξαιτίας όμως, των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, το φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου εντείνεται με την απελευθέρωση αερίων του θερμοκηπίου, όπως CO 2, CH 4, N 2 O και αλογονωμένων υδρογονανθράκων, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας τη Γης. Είναι ενδεικτικό το γεγονός ότι η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα έχει αυξηθεί κατά περίπου 70% μόνο κατά την περίοδο (σχήμα 1.3). Αυτή η απότομη αύξηση οφείλεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες και κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων και την καταστροφή των δασών. Κατά συνέπεια, η ανθρωπότητα έχει προκαλέσει δραματική αλλαγή της χημικής σύνθεσης της γήινης ατμόσφαιρας με ουσιαστικές επιπτώσεις στο κλίμα. (IPCC WGI FAQ 1.3) Η αύξηση των θερμοκηπικών αερίων και των αερολυμάτων, οι αλλαγές στην κάλυψη του εδάφους και την ηλιακή ακτινοβολία, αλλάζουν την ισορροπία της ενέργειας του κλιματικού συστήματος και είναι παράγοντες που προκαλούν την κλιματική αλλαγή. Έχουν επιπτώσεις 4

14 στην απορρόφηση, τη διάχυση και την εκπομπή της ακτινοβολίας μέσα στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης. Οι προκύπτουσες θετικές ή αρνητικές αλλαγές στην ισορροπία της ενέργειας εξαιτίας ενός τέτοιου εξωτερικού παράγοντα εκφράζονται ως Radiative Forcing (RF). Το RF αποτελεί ένα δείκτη σημαντικότητας του παράγοντα αυτού στο μηχανισμό μιας πιθανής κλιματικής αλλαγής. (IPCC 4AR 2.2) Σχήμα 1.3: a) Πιθανές ετήσιες εκπομπές ανθρωπογενών αερίων του θερμοκηπίου την περίοδο σε Gt ισοδυνάμων CO 1 2 (CO 2 -eq). b) Συμβολή κάθε αερίου στις συνολικές εκπομπές του c) Συμβολή κάθε τομέα στις συνολικές εκπομπές του (IPCC 4AR Figure 2.1) Παρόλο που πολλοί παράγοντες συνεχίζουν να επηρεάζουν το κλίμα, σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι ανθρώπινες δραστηριότητες είναι ο σημαντικότερος παράγοντας και είναι υπαίτιες για το μεγαλύτερο μέρος της θέρμανσης που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια των τελευταίων 50 ετών, με Radiative Forcing +1.6 (+0.6 μέχρι +2.4) W/m -2. (IPCC WG1 FAQ 1.2) 5

15 Κεφάλαιο 2 Προσομοίωση του μελλοντικού κλίματος με τη βοήθεια κλιματικών μοντέλων 2.1 Γενικά για τα κλιματικά μοντέλα Οι αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί στο κλίμα, σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο για τις επιπτώσεις τους στο οικοσύστημα και στον άνθρωπο, έχουν δημιουργήσει την ανάγκη για μια πιο εμπεριστατωμένη μελέτη των χαρακτηριστικών του κλίματος. Τα κλιματικά μοντέλα αποτελούν μια προσπάθεια αναπαράστασης του φυσικού κλίματος και είναι σήμερα το σημαντικότερο εργαλείο για την εκτίμηση των κλιματικών αλλαγών. Στις μέρες μας τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη των αλλαγών του κλίματος θεωρούνται αξιόπιστα, ιδιαίτερα για τις προβλέψεις μεγάλης κλίμακας (ηπειρωτικής και πάνω). Η αξιοπιστία τους προκύπτει από το ότι στηρίζονται στις θεμελιώδεις αρχές της φυσικής, καθώς και από το ότι αναπαράγουν με ακρίβεια αλλαγές του κλίματος που αφορούν στο παρελθόν και στο παρόν. Η αξιοπιστία είναι μεγαλύτερη για κάποιες μεταβλητές (πχ θερμοκρασία) και μικρότερη για άλλες (πχ βροχοπτώσεις). Το γεγονός ότι τα μοντέλα πρόβλεψης αναπτύσσονται εδώ και αρκετές δεκαετίες ενισχύει την αξιοπιστία τους στην πρόβλεψη της αντίδρασης του κλίματος στην αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου. Τα κλιματικά μοντέλα είναι μαθηματικές αναπαραστάσεις του κλίματος, γραμμένα με τη μορφή προγραμμάτων, τα οποία εκτελούνται από ισχυρούς υπολογιστές. Προκειμένου να είναι αξιόπιστα, τα προγράμματα αυτά βασίζονται σε νόμους της φυσικής, όπως είναι η διατήρηση της μάζας, της ενέργειας και της ορμής, καθώς και σε πληθώρα πειραματικών μετρήσεων και εμπειρικών παρατηρήσεων. Μια μορφή επαλήθευσης για να εκτιμηθεί η αξιοπιστία των μοντέλων είναι η προσομοίωση των κλιματικών συνθηκών του παρόντος. Τα μοντέλα ελέγχονται περιοδικά με το να συγκρίνονται οι προσομοιώσεις που παράγονται με πειραματικές μετρήσεις που λαμβάνονται από τους ωκεανούς, την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της γης. Την τελευταία δεκαετία τα μοντέλα δείχνουν μεγάλη εξέλιξη στην ακρίβεια των εκτιμήσεων, ενώ η χρήση περισσότερων από ενός μοντέλων βοηθά στο να γίνονται ακριβείς εκτιμήσεις. 6

16 Αυξάνεται συνεχώς η δυνατότητα ακριβούς πρόβλεψης της μέσης τιμής φαινομένων μεγάλης χωρικής κλίμακας. Τέτοια φαινόμενα είναι η παγκόσμια κατανομή της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας, των βροχοπτώσεων και των ανέμων, των ωκεάνιων ρευμάτων και θερμοκρασιών, καθώς και της θαλάσσιας παγοκάλυψης. Τα μοντέλα μπορούν επίσης να προσομοιώσουν την εξέλιξη στο χρόνο για συγκεκριμένα κλιματικά φαινόμενα, όπως οι μουσώνες και οι ζώνες βροχοπτώσεων. Οι προσομοιώσεις περιλαμβάνουν τόσο εποχιακές αλλαγές για συγκεκριμένο έτος όσο και μεταβολές με την πάροδο των ετών. Η αύξηση της ακρίβειας με την οποία τα φαινόμενα αυτά προσομοιώνονται ενισχύει και την πεποίθηση ότι η προσέγγιση των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στα φυσικά συστήματα είναι αρκετά ακριβής ώστε να μπορούν να γίνουν ακριβείς προβλέψεις για τις μελλοντικές κλιματικές αλλαγές. Παρόλα αυτά, τα μοντέλα εξακολουθούν να παρουσιάζουν σημαντικά σφάλματα. Αν και τα περισσότερα από αυτά αφορούν στις προβλέψεις μικρής κλίμακας, υπάρχουν αρκετά προβλήματα και στις προβλέψεις μεγάλης κλίμακας. Για παράδειγμα, η αναπαράσταση των τροπικών βροχοπτώσεων δεν έχει ακόμα προσομοιωθεί με αρκετή ακρίβεια, ούτε και το φαινόμενο El Niño. Η πηγή των περισσότερων από τα σφάλματα αυτά έγκειται στο ότι πολλές από τις κλιματικές διαδικασίες μικρής κλίμακας, αν και παίζουν σημαντικό ρόλο, δεν μπορούν να αναπαρασταθούν με πολλές λεπτομέρειες οπότε για αναπαραστάσεις μεγάλης κλίμακας εισέρχονται στα μοντέλα προσεγγιστικά. Το γεγονός αυτό οφείλεται σε περιορισμούς στις δυνατότητες των υπολογιστών, αλλά και σε περιορισμούς στο βαθμό που κατανοούμε τα φυσικά φαινόμενα ή στην έλλειψη πειραματικών δεδομένων για κάποιες φυσικές διεργασίες. Ιδιαίτερα σημαντικές είναι οι ελλείψεις που υπάρχουν στην αναπαράσταση των νεφώσεων και στον τρόπο που αντιδρούν αυτές στις κλιματικές αλλαγές. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει ακόμα και σήμερα σημαντική διακύμανση στις τιμές αύξησης της θερμοκρασίας που δίνουν διάφορα μοντέλα για προσθήκη συγκεκριμένης ποσότητας αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Παρόλα αυτά, η ακρίβεια των προσομοιώσεων μικρής κλίμακας αυξάνεται σταδιακά, καθώς εξελίσσεται η ακρίβεια και η ευκρίνεια των μοντέλων, αυξάνεται το επίπεδο κατανόησης του φυσικού περιβάλλοντος από τους επιστήμονες και αυξάνεται η υπολογιστική ισχύς. Σε γενικές γραμμές λοιπόν, η αξιοπιστία των μοντέλων προέρχεται από το φυσικό τους υπόβαθρο και την επαλήθευσή τους μέσω της επιτυχημένης αναπαράστασης παρατηρούμενων κλιματικών αλλαγών του παρόντος και του παρελθόντος. Τα μοντέλα αποτελούν εξαιρετικά σημαντικά εργαλεία για την προσομοίωση και την κατανόηση των μηχανισμών του κλίματος, ενώ υπάρχει εμπιστοσύνη στην ικανότητά τους να προβλέπουν ποσοτικές εκτιμήσεις για μελλοντικές κλιματικές αλλαγές, ιδιαίτερα σε μεγάλη κλίμακα. Τα μοντέλα έχουν όμως ακόμα σημαντικούς περιορισμούς, όπως η αναπαράσταση των νεφώσεων, οι οποίοι οδηγούν σε μεγάλη αβεβαιότητα στην πρόβλεψη του μεγέθους και του 7

17 χρόνου εκδήλωσης καιρικών φαινομένων, καθώς και στις προβλέψεις των κλιματικών αλλαγών σε τοπική κλίμακα. Η μελέτη των πιθανών αλλαγών στο κλίμα στα κλιματικά μοντέλα γίνεται με τη βοήθεια σεναρίων εκπομπών. Η κατασκευή των σεναρίων βασίζεται στην τεκμηριωμένη από την IPCC επιστημονική άποψη ότι οι αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί στο κλίμα, όπως η αύξηση της θερμοκρασίας, οφείλονται στην αύξηση των εκπομπών των θερμοκηπικών αερίων και κυρίως το διοξείδιο του άνθρακα. Τα σενάρια εκπομπών αποτελούν μια αληθοφανή αναπαράσταση της μελλοντικής εξέλιξης των εκπομπών των αερίων που ενεργοποιούνται μέσω φωτοχημικών αντιδράσεων και βασίζονται σε ένα σύνολο υποθέσεων για τις αιτίες αυτών των εκπομπών (όπως η κοινωνικοοικονομική και τεχνολογική εξέλιξη και οι δημογραφικές αλλαγές) (IPCC, 4AR, Appendix II). Παρακάτω ακολουθεί η περιγραφή των διαφόρων μοντέλων και σεναρίων εκπομπών όπως και μια μικρή παρουσίαση των κλιματικών μοντέλων. 2.2 Σενάρια εκπομπών SRES (Special Report on Emission Scenarios) IPCC Κατασκευή σεναρίων εκπομπών SRES Το σύνολο των σεναρίων της ομάδας SRES (Special Report on Emissions Scenarios, IPCC, 2000 Nebojsa Nakicenovic and Rob Swart (Eds.)) καλύπτει ένα ευρύ φάσμα των κύριων κινητήριων δυνάμεων, δηλαδή των αιτιών, των μελλοντικών εκπομπών, από δημογραφικές αλλαγές μέχρι τεχνολογικές και οικονομικές εξελίξεις. Τα σενάρια καλύπτουν διαφορετικές μελλοντικές εξελίξεις που μπορούν να επηρεάσουν τις πηγές προέλευσης και τις περιοχές απόληξης των αερίων του θερμοκηπίου, όπως είναι οι εναλλακτικές δομές των ενεργειακών συστημάτων και οι αλλαγές στις χρήσεις γης. Κανένα όμως, από τα σενάρια δεν περιλαμβάνει οποιεσδήποτε μελλοντικές πολιτικές που εξετάζουν ρητά πρόσθετες πρωτοβουλίες για την αλλαγή του κλίματος αν και όλα καλύπτουν απαραιτήτως τις διάφορες υποτιθέμενες μελλοντικές πολιτικές άλλου είδους που μπορούν έμμεσα να επηρεάσουν τις πηγές και τις περιοχές απόληξης των θερμοκηπικών αερίων. (SRES. 1.1) Τα σενάρια εκπομπών SRES είναι βασισμένα σε μια εκτενή αξιολόγηση της βιβλιογραφίας, έξι εναλλακτικές προσεγγίσεις μοντέλων και μια «ανοικτή διαδικασία» με την ευρεία συμμετοχή πολλών ομάδων και ατόμων. Το σύνολο των σεναρίων περιλαμβάνει τις ανθρωπογενείς εκπομπές όλων των θερμοκηπικών αερίων, του διοξειδίου του θείου (SO 2 ), του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), των οξειδίων του αζώτου (NO X ) και των πτητικών οργανικών υδρογονανθράκων (VOC S ), όπως φαίνεται και στον πίνακα 2.1 (SRES, 1.1) 8

18 Πίνακας 2.1: Ονόματα και χημικά σύμβολα ή συντομογραφίες των ανθρωπογενών εκπομπών των θερμοκηπικών αερίων και άλλων αερίων που εξετάζονται στα σενάρια εκπομπών. Carbon Dioxide CO 2 Carbon Monoxide Hydrochlorofluorocarbons Hydrofluorocarbons CO HCFC S HFC S Methane CH 4 Nitrous Oxide Nitrogen Oxides Non-Methane Hydrocarbons Perfluorocarbons N 2 O NO X NMVOC S PFC S Sulfur Dioxide SO 2 Sulfur Hexafluoride SF 6 Τα σενάρια εκπομπών είναι ένα κεντρικό συστατικό οποιασδήποτε αξιολόγησης της αλλαγής κλίματος. Τα σενάρια διευκολύνουν την αξιολόγηση των μελλοντικών εξελίξεων στα πολυσύνθετα συστήματα που είναι είτε εγγενώς απρόβλεπτα είτε έχουν επιστημονικές αβεβαιότητες και η αξιολόγηση των μελλοντικών εκπομπών είναι ένα ουσιαστικό συστατικό της γενικής αξιολόγησης της παγκόσμιας αλλαγής κλίματος από την IPCC. Όμως οι μελλοντικές εκπομπές και η εξέλιξη των κινητήριων παραγόντων τους είναι ιδιαίτερα αβέβαιες, όπως περιγράφεται παρακάτω. (SRES, 1.1) Αβεβαιότητες στην ανάλυση σεναρίων Γενικά, υπάρχουν τρεις τύποι αβεβαιοτήτων: αβεβαιότητα όσον αφορά στην ποσότητα, αβεβαιότητα που αφορά τη δομή των μοντέλων και αβεβαιότητες που προκύπτουν από τις διαφωνίες μεταξύ των εμπειρογνωμόνων για την τιμή των ποσοτήτων ή τη λειτουργική μορφή του μοντέλου. Πηγές αβεβαιότητας θα μπορούσαν να είναι η στατιστική διακύμανση, η υποκειμενική κρίση (συστηματικό λάθος), ο ατελής καθορισμός (γλωσσική ανακρίβεια), η φυσική μεταβλητότητα, οι διαφωνίες μεταξύ των εμπειρογνωμόνων και η εκτίμηση κατά προσέγγιση. Άλλοι (Funtowicz και Ravetz, 1990) διακρίνουν τρεις κύριες πηγές αβεβαιότητας: «αβεβαιότητες δεδομένων», «αβεβαιότητες μοντέλων» και «αβεβαιότητες πληρότητας». (SRES, 1.2) Στις εκθέσεις της IPCC οι ομάδες εργασίες χρησιμοποιούν τις τρεις κατηγορίες Funtowicz και Ravetz (SRES, 1.2): 9

19 Οι αβεβαιότητες δεδομένων προκύπτουν από την ποιότητα ή την καταλληλότητα των δεδομένων που χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στα μοντέλα. Έτσι, παρουσιάζονται αβεβαιότητες στις μελλοντικές συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου, που οφείλονται είτε στις μη καθορισμένες πλήρως σχέσεις των εκπομπών με τις κινητήριες δυνάμεις των εκπομπών (όπως ο πληθυσμός, η τεχνολογική ανάπτυξη, κτλ.) είτε στη μη ολοκληρωμένη κατανόηση των διαδικασιών του κύκλου του άνθρακα (Τολίκα, 2005). Οι αβεβαιότητες των μοντέλων προκύπτουν από μια ελλιπή κατανόηση των φαινομένων που προσομοιώνονται, όπως των νεφών, από τη φυσική μεταβλητότητα του κλίματος ή από τις παραδοχές που γίνονται. Οι αβεβαιότητες πληρότητας αναφέρονται σε όλες τις παραλείψεις λόγω της έλλειψης γνώσης. Είναι, σε γενικές γραμμές, μη προσδιορίσιμες ποσοτικά και αμείωτες Περιγραφή των σεναρίων SRES Στο παρακάτω σχήμα 2.1, παρουσιάζονται οι τέσσερις πλοκές οι οποίες παράγουν τέσσερα σύνολα σεναρίων αποκαλούμενων «οικογένειες»: Α1, Α2, Β1 και Β2. Συνολικά 40 σενάρια SRES έχουν αναπτυχθεί από έξι ομάδες μοντέλων. Όλα έχουν ίση ισχύ χωρίς να έχουν οριστεί πιθανότητες πραγματοποίησης τους. Το σύνολο σεναρίων αποτελείται από έξι ομάδες σεναρίων που προέρχονται από τις τέσσερις οικογένειες: μια ομάδα για κάθε οικογένεια Α2, Β1, Β2 και τρεις ομάδες μέσα στην οικογένεια Α1, που χαρακτηρίζει τις εναλλακτικές εξελίξεις των ενεργειακών τεχνολογιών: Α1FI (εντατική χρήση ορυκτού καυσίμου), Α1Β (εξισορροπημένη) και Α1Τ (κυρίως μη ορυκτά καύσιμα). Σχήμα 2.1: Σχηματική απεικόνιση των σεναρίων SRES (SRES SPM Figure 1) 10

20 Μέσα σε κάθε οικογένεια και ομάδα σεναρίων, ορισμένα έχουν κοινές «εναρμονισμένες» υποθέσεις σχετικά με τον παγκόσμιο πληθυσμό, το ακαθάριστο παγκόσμιο προϊόν και την τελική ενέργεια. Αυτά είναι χαρακτηρισμένα ως «HS» (Harmonized Scenarios- Εναρμονισμένα Σενάρια). Το «OS» υποδηλώνει τα σενάρια που ερευνούν τις αβεβαιότητες στις αιτίες των εκπομπών πέρα από εκείνες των εναρμονισμένων σεναρίων. Στο σχήμα 2.1 παρουσιάζεται ο αριθμός των σεναρίων που αναπτύσσονται μέσα σε κάθε κατηγορία. Για κάθε μία από τις έξι ομάδες σεναρίων παρέχεται ένα επεξηγηματικό σενάριο (που είναι εναρμονισμένο). Από το 2100, ο κόσμος θα έχει αλλάξει με τρόπους που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μιας και αναμένονται μεγάλες αλλαγές στα επόμενα εκατό χρόνια. Κάθε πλοκή υποθέτει ευδιάκριτα μια διαφορετική κατεύθυνση για τις μελλοντικές εξελίξεις, έτσι ώστε οι τέσσερις πλοκές ιστορίας να διαφέρουν με όλο και περισσότερο μη αναστρέψιμους τρόπους. Μαζί περιγράφουν διαφορετικές εκδοχές του μέλλοντος που καλύπτουν ένα σημαντικό ποσοστό των ελλοχευουσών αβεβαιοτήτων στις κύριες αιτίες εκπομπών. Καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα βασικών «μελλοντικών» χαρακτηριστικών όπως η δημογραφική αλλαγή, η οικονομική ανάπτυξη και η τεχνολογική εξέλιξη. Για αυτόν το λόγο, η αληθοφάνεια ή η δυνατότητα πραγματοποίησης τους δεν πρέπει να εξεταστεί απλώς βάσει μιας προέκτασης των σύγχρονων οικονομικών, τεχνολογικών και κοινωνικών τάσεων. Στη συνέχεια, περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των τεσσάρων σεναρίων: Η οικογένεια πλοκής και σεναρίου Α1 περιγράφει έναν μελλοντικό κόσμο πολύ γρήγορης οικονομικής ανάπτυξης, με παγκόσμιο πληθυσμό που κορυφώνεται στα μέσα του αιώνα και παρουσιάζει μείωση έκτοτε, και με ταχεία εισαγωγή νέων και αποδοτικότερων τεχνολογιών. Σημαντικά ελλοχεύοντα θέματα είναι η σύγκλιση μεταξύ των περιοχών, η δυνατότητα κατασκευής υποδομών και οι αυξανόμενες πολιτιστικές και κοινωνικές αλληλεπιδράσεις, με μια ουσιαστική μείωση των τοπικών διαφορών στο κατά κεφαλήν εισόδημα. Η οικογένεια σεναρίου Α1 αναπτύσσεται σε τρεις ομάδες που περιγράφουν τις εναλλακτικές κατευθύνσεις της τεχνολογικής αλλαγής στο ενεργειακό σύστημα. Οι τρεις ομάδες Α1 διακρίνονται από την τεχνολογική έμφασή τους: εντατική χρήση ορυκτών (Α1FI), πηγές ενέργειας άλλων ορυκτών (Α1Τ) ή μια ισορροπία μεταξύ όλων των πηγών (Α1Β). Η οικογένεια πλοκής και σεναρίου Α2 περιγράφει έναν πολύ ετερογενή κόσμο. Το ελλοχεύον θέμα είναι η αυτάρκεια και η συντήρηση των τοπικών ταυτοτήτων. Οι δομές σχετικές με τη γονιμότητα στις διάφορες περιοχές συγκλίνουν πολύ αργά, κάτι που οδηγεί στο συνεχώς αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό. Η οικονομική ανάπτυξη είναι πρώτιστα τοπικά προσανατολισμένη και η κατά κεφαλήν οικονομική ανάπτυξη και τεχνολογική αλλαγή είναι τεμαχισμένες και πιο αργές απ ότι σε άλλες πλοκές. Η οικογένεια πλοκής και σεναρίου Β1 περιγράφει έναν συγκλίνοντα κόσμο με τον παγκόσμιο πληθυσμό να κορυφώνεται στα μέσα του αιώνα και να παρουσιάζει μείωση 11

21 έκτοτε, όπως στην πλοκή Α1, αλλά με γρήγορες αλλαγές στις οικονομικές δομές προς μια οικονομία υπηρεσιών και πληροφοριών, με μειώσεις στην πυκνότητα των υλικών και την εισαγωγή των καθαρών και αποδοτικών ως προς τους πόρους τεχνολογιών. Η έμφαση δίνεται σε παγκόσμιες λύσεις για οικονομική, κοινωνική και περιβαλλοντική βιωσιμότητα, συμπεριλαμβανομένου και ενός βελτιωμένου δικαίου, αλλά χωρίς πρόσθετες πρωτοβουλίες για το κλίμα. Η οικογένεια πλοκής και σεναρίου Β2 περιγράφει έναν κόσμο στον οποίο η έμφαση δίνεται στις τοπικές λύσεις για την οικονομική, κοινωνική και περιβαλλοντική βιωσιμότητα. Είναι ένας κόσμος με συνεχώς αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό με ένα ρυθμό χαμηλότερο από την Α2, ενδιάμεσα επίπεδα οικονομικής ανάπτυξης και λιγότερο γρήγορη και πιο ποικίλη τεχνολογική αλλαγή απ ότι στις Β1 και Α1 πλοκές. Ενώ το σενάριο προσανατολίζεται επίσης προς την προστασία του περιβάλλοντος και την κοινωνική αμεροληψία, εστιάζει στο τοπικό και περιφερειακό επίπεδο. Σχήμα 2.2: Σχηματική επεξήγηση των σεναρίων SRES (SRES, Figure 1.4) Το παραπάνω σχήμα 2.2 δείχνει ότι τα σενάρια στηρίζονται στους κύριους κινητήριους παράγοντες των εκπομπών GHG. Κάθε οικογένεια σεναρίου είναι βασισμένη σε μια κοινή προδιαγραφή των κύριων κινητήριων παραγόντων. Οι τέσσερις οικογένειες σεναρίου παρουσιάζονται ως κλάδοι ενός διδιάστατου δέντρου. Οι δύο διαστάσεις δείχνουν τον παγκόσμιο και τοπικό προσανατολισμό των σεναρίων και τον αναπτυξιακό και τον περιβαλλοντικό προσανατολισμό, αντίστοιχα. Στην πραγματικότητα, τα τέσσερα σενάρια 12

22 μοιράζονται ένα χώρο με πολύ περισσότερες διαστάσεις, δεδομένων των πολυάριθμων κινητήριων παραγόντων και άλλων υποθέσεων που απαιτούνται για να καθορίσουν οποιοδήποτε σενάριο σε μια συγκεκριμένη προσέγγιση μοντέλου. (SRES, 1.7.2) Οι όροι χρήσης των σεναρίων SRES απαιτούν μια πολύ-μοντελική προσέγγιση για την ανάπτυξη των σεναρίων εκπομπών. Εν γένει, έξι διαφορετικές προσεγγίσεις μοντέλων χρησιμοποιήθηκαν για να παράγουν τα 40 σενάρια SRES. Αυτά τα έξι μοντέλα είναι αντιπροσωπευτικά των προσεγγίσεων που έγιναν κατά την μοντελοποίηση των σεναρίων εκπομπών και των διαφορετικών πλαισίων ολοκληρωμένης αξιολόγησης που χρησιμοποιούνται στη βιβλιογραφία των σεναρίων και περιλαμβάνουν μακροοικονομικά μοντέλα (προσέγγιση από την κορυφή προς τη βάση) και μοντέλα μηχανικής συστημάτων (προσέγγιση από μηδενική βάση). Μερικές ομάδες μελέτης μοντέλων ανέπτυξαν σενάρια για να απεικονίσουν και τις τέσσερις πλοκές ιστορίας, ενώ κάποιοι παρουσίασαν σενάρια για λιγότερες πλοκές ιστορίας. Οι έξι προσεγγίσεις μοντέλων περιλαμβάνουν τα εξής μοντέλα (SRES, Appendix IV): Asian Pacific Integrated Model (AIM) from the National Institute of Environmental Studies in Japan (Morita et al., 1994); Atmospheric Stabilization Framework Model (ASF) from ICF Consulting in the USA (Lashof and Tirpak, 1990; Pepper et al., 1992, 1998; Sankovski et al., 2000); Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect (IMAGE) from the National Institute for Public Health and Environmental Hygiene (RIVM) (Alcamo et al., 1998; de Vries et al., 1994, 1999, 2000), used in connection with the Dutch Bureau for Economic Policy Analysis (CPB) WorldScan model (de Jong and Zalm, 1991), the Netherlands; Multiregional Approach for Resource and Industry Allocation (MARIA) from the Science University of Tokyo in Japan (Mori and Takahashi, 1999; Mori, 2000); Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impact (MESSAGE) from the International Institute of Applied Systems Analysis (IIASA) in Austria (Messner and Strubegger, 1995; Riahi and Roehrl, 2000); and the Mini Climate Assessment Model (MiniCAM) from the Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in the USA (Edmonds et al., 1994, 1996a, 1996b). 13

23 2.2.3 Σκοπός και χρήση των σεναρίων SRES Οι μελλοντικές εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου είναι προϊόντα πολύ σύνθετων δυναμικών συστημάτων, που καθορίζονται από κινητήριους παράγοντες των οποίων η μελλοντική εξέλιξη είναι ιδιαίτερα αβέβαιη. Η ανάπτυξη σεναρίων τα οποία καλύπτουν μια περίοδο 100 ετών είναι ένας σχετικά νέος τομέας. Οι δυσκολίες προκύπτουν όχι μόνο από τις μεγάλες επιστημονικές αβεβαιότητες και την ανεπάρκεια δεδομένων, αλλά και επειδή οι άνθρωποι δεν είναι συνηθισμένοι στην πρόβλεψη τέτοιων μεγάλων περιόδων. Παραδείγματος χάριν, μέσα στον επόμενο αιώνα αναμένονται τεχνολογικές ασυνέχειες και ενδεχομένως σημαντικές αλλαγές στις κοινωνικές αξίες και στην ισορροπία των γεωπολιτικών δυνάμεων. Η μελέτη παλιότερων τάσεων για τέτοιες μεγάλες περιόδους παρακωλύεται επειδή οι περισσότερες βάσεις δεδομένων είναι ελλιπείς εάν είναι περισσότερο από 50 χρονών. Λαμβάνοντας υπόψη αυτά τα χάσματα στα δεδομένα, τις μεθόδους και την κατανόηση, τα σενάρια είναι ο καλύτερος τρόπος να ενσωματωθεί η δημογραφική, οικονομική, κοινωνική και τεχνολογική γνώση με τη γνώση που έχουμε για τα οικολογικά συστήματα, για την αξιολόγηση των πηγών και των απολήξεων των εκπομπών των θερμοκηπικών αερίων. Τα σενάρια είναι τελικά εναλλακτικές εικόνες για το πώς μπορεί να εξελιχθεί το μέλλον και είναι ένα κατάλληλο εργαλείο για την ανάλυση της αλλαγής του κλίματος, συμπεριλαμβανομένων και των μοντέλων κλίματος και της αξιολόγησης των επιδράσεων, της προσαρμογής και του μετριασμού των επιπτώσεων. Η πιθανότητα όμως ότι οποιαδήποτε ενιαία πορεία εκπομπών θα εμφανιστεί όπως περιγράφεται στα σενάρια, είναι ιδιαίτερα αβέβαιη. (SRES, 1.3, SPM) 2.3 Περιγραφή των κλιματικών μοντέλων Μοντέλα γενικής κυκλοφορίας Τα Μοντέλα Γενικής Κυκλοφορίας (General Circulation Models GCMs), κοινώς αποκαλούμενα Παγκόσμια Κλιματικά Μοντέλα, είναι αριθμητικά μοντέλα που προσομοιώνουν τις φυσικές διαδικασίες στην ατμόσφαιρα, τον ωκεανό, την κρυόσφαιρα και την επιφάνεια του εδάφους βασιζόμενα στους νόμους διατήρησης της ορμής, της μάζας, της ολικής ενέργειας και της ποσότητας των υδρατμών, όπως προαναφέρθηκε και στην παράγραφο 2.1. Τα Παγκόσμια Κλιματικά Μοντέλα απεικονίζουν το κλίμα χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο πλέγμα σε όλη την υδρόγειο (Σχήμα 2.3), έχοντας χαρακτηριστικά μια οριζόντια ανάλυση μεταξύ 250 και 600 χλμ, 10 έως 20 κάθετα στρώματα (layers) στην ατμόσφαιρα και μερικές φορές έως και 30 στρώματα στους ωκεανούς. Η ανάλυση τους είναι 14

24 έτσι αρκετά μεγάλη σχετικά με την κλίμακα και τα τοπικά χαρακτηριστικά των περιοχών έκθεσης στις περισσότερες μελέτες επιπτώσεων. Επιπλέον, πολλές φυσικές διαδικασίες, όπως οι σχετικές με τα νέφη, την εξάτμιση και τις βροχοπτώσεις, εμφανίζονται επίσης σε μικρότερες κλίμακες και δεν μπορούν να μοντελοποιηθούν κατάλληλα. Αντ αυτού, οι γνωστές ιδιότητες τους πρέπει να υπολογιστούν κατά μέσο όρο σε μεγαλύτερες κλίμακες με μια τεχνική γνωστή ως παραμετροποίηση. Τα παραπάνω αποτελούν μια πηγή αβεβαιότητας στις προσομοιώσεις του μελλοντικού κλίματος με τη χρήση των μοντέλων GCM. Άλλες πηγές αβεβαιότητας αφορούν την προσομοίωση διάφορων μηχανισμών ανάδρασης (feedbacks), για παράδειγμα σχετικά με την εξατμισοδιαπνοή, την ωκεάνια κυκλοφορία και το albedo πάγου και χιονιού. Έτσι, τα μοντέλα GCM μπορεί να εκτιμήσουν αρκετά διαφορετικές αποκρίσεις για τον ίδιο εξωτερικό καταναγκασμό, εξαιτίας του τρόπου με τον οποίο ορισμένες διαδικασίες και αναδράσεις μοντελοποιούνται. Εντούτοις, ενώ αυτές οι διαφορές είναι συνήθως σύμφωνες με το εύρος της ευαισθησίας του κλίματος, υπάρχει μεγάλο εύρος αβεβαιότητας των τοπικών εκτιμήσεων. Αποτελεί γεγονός ότι ακόμα και όλα μαζί τα διαθέσιμα πειράματα Μοντέλων Γενικής Κυκλοφορίας δεν θα μπορούσαν να εγγυηθούν ένα αντιπροσωπευτικό εύρος και ειδικά όσον αφορά στις εκτιμήσεις της μελλοντικής ατμοσφαιρικής σύνθεσης και αυτό εξαιτίας άλλων αβεβαιοτήτων που τα μοντέλα αυτά δεν εξετάζουν πλήρως. (Πηγή: Σχήμα 2.3: Προσομοίωση του κλίματος στα Παγκόσμια Κλιματικά Μοντέλα. 15

25 2.3.2 Τύποι μοντέλων γενικής κυκλοφορίας Ένα υπολογιστικό μοντέλο που περιλαμβάνει πολλές παραμέτρους του κλιματικού συστήματος απαιτεί σημαντική υπολογιστική δύναμη. Συνεπώς, για την κλιματική πρόβλεψη των επόμενων αιώνων, είναι απαραίτητος είτε ένας πολύ ισχυρός υπολογιστής είτε ένα λιγότερο σύνθετο μοντέλο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται απλούστερα μοντέλα του κλιματικού συστήματος που έχουν αναπτυχθεί και έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των βασικών στοιχείων της συμπεριφοράς του κλιματικού συστήματος και για την πρόβλεψη που αφορά στις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων του θερμοκηπίου. Ατμοσφαιρικά Παγκόσμια Κλιματικά Μοντέλα (AGCM S ) Τα ατμοσφαιρικά μοντέλα είναι χρήσιμα για τη μελέτη των ατμοσφαιρικών διαδικασιών, της μεταβλητότητας του κλίματος και της απόκρισής του στις αλλαγές της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας. Ωκεάνια Παγκόσμια Κλιματικά Μοντέλα (ΟGCM S ) Τα Ωκεάνια Μοντέλα Γενικής κυκλοφορίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν από μόνα τους για την μελέτη της ωκεάνιας κυκλοφορίας, τις εσωτερικές διαδικασίες και τη μεταβλητότητα, αλλά εξαρτώνται από την παροχή στοιχείων για τη θερμοκρασία του αέρα της επιφάνειας και άλλες ατμοσφαιρικές ιδιότητες. Μοντέλα του Κύκλου του Άνθρακα (ΟGCM S ) Το μοντέλο του κύκλου του άνθρακα είναι απαραίτητο για να προσομοιωθούν διάφορες σημαντικές αναδράσεις του κλίματος σχετικά με τη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα και η λήψη ή η απόδοση του διοξειδίου του άνθρακα από τους ωκεανούς. Ατμοσφαιρικά Χημικά Μοντέλα Τα τρισδιάστατα Ατμοσφαιρικά Χημικά Μοντέλα περιλαμβάνουν τους παράγοντες εκείνους που είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή και την καταστροφή του όζοντος και του μεθανίου στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Συζευγμένα Ατμοσφαιρικά-Ωκεάνια Γενικά Μοντέλα Κυκλοφορίας (AΟGCM S ) Τα Συζευγμένα Ατμοσφαιρικά-Ωκεάνια Γενικά Μοντέλα Κυκλοφορίας (Coupled atmosphereocean general circulation models AOGCM S ) είναι τα πιο σύνθετα μοντέλα. Αποτελούνται από ένα Ατμοσφαιρικό Μοντέλο Γενικής Κυκλοφορίας που συνδέεται με ένα Ωκεάνιο Μοντέλο Γενικής Κυκλοφορίας. Τα μοντέλα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση και το ρυθμό αλλαγής του μελλοντικού κλίματος. Χρησιμοποιούνται επίσης, για να μελετήσουν τη μεταβλητότητα και τις φυσικές διαδικασίες όλου του κλιματικού συστήματος. Στα περισσότερα μοντέλα AOGCM δε γίνεται πλέον παραμετροποίηση των ροών, η οποία ήταν προηγουμένως απαραίτητη για την επίτευξη ενός σταθερού κλίματος. Συγχρόνως, 16

26 έχουν γίνει πολλές σημαντικές βελτιώσεις στην προσομοίωση πολλών πτυχών του παρόντος κλίματος. Οι αβεβαιότητες που συνδέονται με την παραμετροποίηση των ροών έχουν επομένως μειωθεί, αν και τα σφάλματα και οι μακροπρόθεσμες τάσεις στις προσομοιώσεις ελέγχου των AOGCM παραμένουν ακόμα. (WGI, 8) Περιοχικά κλιματικά μοντέλα (RCM S ) Η τοπική αλλαγή του κλίματος επηρεάζεται πολύ από τοπικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα όπως η ορεογραφία, τα οποία δεν προσομοιώνονται ικανοποιητικά στα παγκόσμια μοντέλα λόγω της μικρότερης χωρικής τους ανάλυσης. Χάρη όμως στην εξέλιξη των μοντέλων είναι πλέον δυνατή η εκτίμηση της τοπικής κλιματικής αλλαγής σε πολλές χώρες του κόσμου. Ως βάση χρησιμοποιούνται τα Συζευγμένα Ατμοσφαιρικά-Ωκεάνια Μοντέλα Γενικής κυκλοφορίας, που με διάφορες μεθόδους υποβιβασμού της κλίμακας γίνεται εφικτή η απόκτηση πιο λεπτομερειακών δεδομένων. Οι μέθοδοι υποβιβασμού κλίμακας χωρίζονται σε δυναμικές, χρησιμοποιώντας τα Περιοχικά Κλιματικά Μοντέλα (RCM S ) και σε στατιστικέςεμπειρικές μεθόδους, οι οποίες χρησιμοποιούν τις παρατηρούμενες σχέσεις ανάμεσα στης μεγάλης κλίμακας κυκλοφορία (ανεξάρτητες μεταβλητές) και στο τοπικό κλίμα (εξαρτημένες μεταβλητές). (Τολίκα, 2005) Τα τοπικής κλίμακας μοντέλα είναι σύνθετα ατμοσφαιρικά ή ωκεάνια μοντέλα τα οποία βασίζονται σε φυσικούς νόμους που αναπαρίστανται με μαθηματικές εξισώσεις και για τις τρεις διαστάσεις του χώρου (Τολίκα, 2005). Έχουν πολύ υψηλή ανάλυση αλλά παρ όλα αυτά έχουν και κάποια μειονεκτήματα καθώς δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πλανητική προσομοίωση μεγάλων χρονικών περιόδων και παρουσιάζουν δυστυχώς, κάποια συστηματικά σφάλματα. Αυτό συμβαίνει είτε λόγω της τραχείας τους ανάλυσης είτε λόγω των παραμετροποιήσεων. Τέλος, έχουν πολύ μεγάλο υπολογιστικό κόστος και χρόνο αλλά αυτό μπορεί να αποφευχθεί με τη χρήση άλλων μεθόδων υποβιβασμού κλίμακας, όπως οι εμπειρικές μέθοδοι. (Τολίκα, 2005) Προβλέψεις κλιματικών μοντέλων Όπως προαναφέρθηκε, τα κλιματικά μοντέλα αποτελούν μια προσπάθεια αναπαράστασης του φυσικού κλίματος και είναι σήμερα το σημαντικότερο εργαλείο για την εκτίμηση των κλιματικών αλλαγών. Έτσι λοιπόν, προκειμένου να προσδιοριστούν οι συνθήκες του παρόντος κλίματος και να γίνει σύγκριση τους με μελλοντικές κλιματικές συνθήκες και αλλαγές, ορίστηκε μια αρχική περίοδος ως περίοδος βάσης (baseline period) ή αλλιώς περίοδος ελέγχου και κατά προτίμηση επιλέχθηκε η περίοδος του δεύτερου μισού του 20 ου αιώνα. Αυτό έγινε προκειμένου να γίνει η σύγκριση των κλιματικών αλλαγών με το παρόν κλίμα αλλά και γιατί γι αυτήν την περίοδο υπάρχουν περισσότερα διαθέσιμα δεδομένα. 17

27 Η περίοδος που χρησιμοποιείται ως περίοδος βάσης στην Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης της IPCC είναι η περίοδος Οι κλιματικές εκτιμήσεις της IPCC για τις επόμενες δυο δεκαετίες είναι περίπου 0.2 O C ανά δεκαετία για τη σειρά σεναρίων εκπομπών SRES. (IPCC 4AR 3.2). Στο επόμενο σχήμα 2.4 που ακολουθεί, παρουσιάζονται εκτιμήσεις των Ατμοσφαιρικών Ωκεάνιων Μοντέλων Γενικής Κυκλοφορίας για την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους. Στο διάγραμμα του σχήματος, οι συμπαγείς γραμμές είναι πολυμοντελικές μέσες τιμές της θέρμανσης της επιφάνειας του πλανήτη (σχετικά με την περίοδο βάσης ) για τα SRES σενάρια Α2, Α1Β και Β1, που παρουσιάζονται ως συνέχειες των προσομοιώσεων του 20 ου αιώνα. Οι ράβδοι στη μέση του σχήματος δείχνουν την καλύτερη εκτίμηση και το πιθανό εύρος των SRES σεναρίων-δεικτών για την περίοδο σχετικά με την περίοδο Οι εικόνες παρουσιάζουν τις πολυμοντελικές (AOGCM) μέσες προβλέψεις για τα SRES σενάρια Α2, Α1Β και Β1 που υπολογίζεται κατά μέσο για τις δεκαετίες (αριστερά) και (δεξιά). (IPCC 4AR Figure 3.2) Σχήμα 2.4: Εκτιμήσεις των Ατμοσφαιρικών Ωκεάνιων Μοντέλων Γενικής Κυκλοφορίας για την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους. (IPCC 4AR Figure 3.2) Αξιοπιστία και αβεβαιότητες των κλιματικών μοντέλων και σεναρίων στην εκτίμηση μελλοντικών κλιματικών αλλαγών Η συμβολή των κλιματικών μοντέλων στην εκτίμηση και την αξιολόγηση της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής, που κατά μεγάλο ποσοστό οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, είναι αδιαμφισβήτητη. Τα κλιματικά μοντέλα, ειδικά για μεγαλύτερες κλίμακες, μπορούν να μας δώσουν πιο αξιόπιστες ποσοτικές εκτιμήσεις της κλιματικής αλλαγής. Παρ' όλα αυτά, ενέχουν κάποιες αβεβαιότητες, όπως προαναφέρθηκε στην παράγραφο 2.1, οι οποίες 18

28 πρέπει πάντα να συνυπολογίζονται. Η αξιοπιστία των μοντέλων στηρίζεται σε τρεις βασικούς παράγοντες. Πρώτον, ως μαθηματικά μοντέλα, τα κλιματικά μοντέλα βασίζονται σε εξακριβωμένους φυσικούς νόμους, όπως η αρχή διατήρησης της μάζας, της ενέργειας και της ορμής, καθώς και σε πλήθος παρατηρήσεων. Δεύτερον, τα μοντέλα αυτά έχουν την ικανότητα να προσομοιώνουν σημαντικές διαδικασίες του κλίματος και μέσες τιμές κλιματικών χαρακτηριστικών όπως η μεγάλης κλίμακας κατανομή της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας, οι βροχοπτώσεις η ακτινοβολία, ο άνεμος, τα ωκεάνια ρεύματα και η έκταση του θαλάσσιου πάγου. Μάλιστα, η αξιοπιστία είναι μεγαλύτερη για ορισμένα χαρακτηριστικά (π.χ, θερμοκρασία) από ότι για άλλα (π.χ. βροχοπτώσεις). Τρίτον, μπορούν επίσης να προσομοιώσουν σημαντικές πτυχές της μεταβλητότητας του κλίματος, όπως οι εποχιακές αλλαγές της θερμοκρασίας, τα παλιρροιακά συστήματα, οι τροχιές που ακολουθούν οι καταιγίδες και οι ζώνες βροχοπτώσεων. (ΙΡCC WGI FAQ 8.1) Τα δεδομένα αυτά αξιολογούνται επιπλέον με τη βοήθεια παρατηρήσεων της ατμόσφαιρας, της κρυόσφαιρας, του ωκεανού και της επιφάνειας του εδάφους. Μία ακόμα αξιολόγηση των μοντέλων μπορεί να γίνει αν δοκιμαστούν και ως μετεωρολογικά μοντέλα αναπαριστώντας σε μικρότερες κλίμακες την εποχιακή και ενδοετήσια μεταβλητότητα. Επίσης, τα κλιματικά μοντέλα έχουν την ικανότητα να προσομοιώνουν χαρακτηριστικά του κλίματος και κλιματικών αλλαγών παρελθοντικών περιόδων, όπως για παράδειγμα η θερμή περίοδος στα μέσα της Ολοκαίνου περιόδου, πριν από 6000 χρόνια. (ΙΡCC WGI FAQ 8.1) Παρά την αξιοπιστία τους, τα μοντέλα παρουσιάζουν σημαντικές αβεβαιότητες, ακόμα και σε μεγαλύτερες κλίμακες. Οι αβεβαιότητες των μοντέλων αφορούν περιορισμούς σχετικούς με την υπολογιστική δύναμη που χρησιμοποιείται, ενώ η επιστημονική γνώση και αξιολόγηση παίζει επίσης πολύ μεγάλο ρόλο. Επιπλέον, οι τυχόν παραμετροποιήσεις διαφόρων φυσικών διαδικασιών είναι η αιτία συστηματικών σφαλμάτων. (ΙΡCC WGI FAQ 8.1) Παρά τις αβεβαιότητες, τα κλιματικά μοντέλα έχουν αποδειχθεί σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση του παρόντος και μελλοντικού κλίματος και έχουν στο σύνολο τους εκτιμήσει αύξηση της θερμοκρασίας εξαιτίας της αύξησης των θερμοκηπικών αερίων, εκτίμηση που συνάδει με τις παρατηρηθείσες κλιματικές αλλαγές. Άλλωστε η τεχνολογία των υπολογιστών διαρκώς βελτιώνεται, αυξάνοντας την υπολογιστική δύναμη και προσομοιώνοντας με καλύτερη ανάλυση τις φυσικές διαδικασίες και τα τοπικά χαρακτηριστικά, καθιστώντας τα μοντέλα όλο και πιο αποτελεσματικά. (ΙΡCC WGI FAQ 8.1) 19

29 Κεφάλαιο 3 Εξέταση του κλιματικού συστήματος και των αλλαγών του σε σχέση με το νερό 3.1 Η αναγκαιότητα του νερού και η σχέση του με την κλιματική αλλαγή Η αναγκαιότητα του καθαρού νερού για τη διατήρηση της ζωής είναι ευρέως αναγνωρισμένη, όπως φαίνεται ξεκάθαρα και σε διεθνές πλαίσιο (π.χ.agenta 21, World Water For a, the Millennium Ecosystem Assessment and the World Development Report). Το κλίμα, το νερό, τα βιοφυσικά και κοινωνικο-οικονομικά συστήματα συνδέονται όμως με πολύπλοκο τρόπο, έτσι ώστε μία αλλαγή σε ένα από αυτά επηρεάζει και τα υπόλοιπα. Εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, το νερό, η διαθεσιμότητα και η ποιότητα του θα αποτελούν, σύμφωνα με τους επιστήμονες, τις βασικές πιέσεις στην κοινωνία και το περιβάλλον. Η IPCC, αναγνωρίζοντας τα ζητήματα που εγείρει το νερό σε διεθνές πλαίσιο, δημοσίευσε τον Ιούνιο του 2008 μία Τεχνική Έκθεση με τίτλο «Κλιματική αλλαγή και νερό» (IPCC, Technical Paper VI, «Climate Change and Water», 2008), βασισμένη στην Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μία προσπάθεια ανάπτυξης των βασικών σημείων της σχέσης μεταξύ κλιματικών αλλαγών και υδατικών πόρων που παρουσιάζονται αναλυτικά στην Τεχνική Έκθεση της IPCC. Η παραπομπές αναφέρονται στην Τεχνική Έκθεση (TP VI- Technical Paper VI) και το αντίστοιχο κεφάλαιο απ' όπου προέρχονται οι πληροφορίες. Το νερό είναι ανεκτίμητο για όλα τα είδη ζωής στον πλανήτη και απαιτείται σε μεγάλες ποσότητες σχεδόν σε όλες τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η ποσότητα του νερού που απαιτείται για την κάλυψη των ανθρωπίνων αναγκών αυξήθηκε πολύ στο δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα, εξαιτίας της βιομηχανικής ανάπτυξης, και θα συνεχίσει να αυξάνεται με επιταχυνόμενους ρυθμούς, εκτός αν υπάρξουν προσπάθειες μετριασμού της χρήσης του. Οι προκλήσεις που σχετίζονται με το νερό αφορούν σε ζητήματα ποσότητας (ελάχιστης ή υπερβάλλουσας) και σε ζητήματα ποιότητας και μόλυνσης. Κάθε ένα από αυτά τα προβλήματα μπορεί να επιδεινωθεί εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, επιβάλλοντας μία σημαντική πίεση στα κράτη εκείνα που ήδη αντιμετωπίζουν το ζήτημα της βιώσιμης χρήσης του νερού. Η σχέση επομένως ανάμεσα στις κλιματικές αλλαγές και το νερό, είτε εξεταστεί σε 20

30 τοπική κλίμακα είτε ανά τομέα, είναι πρωταρχικής σημασίας. Ο ίδιος λόγος επιβάλλει και την βελτίωση της κατανόησης που έχουμε για την ανθρωπογενή ή μη κλιματική αλλαγή γενικότερα, τις επιπτώσεις της και τον τρόπο μετριασμού τους. (ΤΡ VI 1.2) Υπάρχουν επίσης πολλοί μη κλιματικοί παράγοντες που επηρεάζουν τα υδατικά αποθέματα σε παγκόσμια ή μικρότερη κλίμακα. Τα υδατικά αποθέματα, τόσο σε όρους ποσότητας όσο και ποιότητας, επηρεάζονται σημαντικά από την ανθρώπινη δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένης και της γεωργίας και της αλλαγής χρήσης γης, την κατασκευή και την διαχείριση ταμιευτήρων, τις ρυπογόνες εκπομπές, και την επεξεργασία του νερού και των λυμάτων. Η χρήση του νερού συνδέεται κυρίως με αλλαγές στον πληθυσμό, την κατανάλωση τροφής, την οικονομική πολιτική (συμπεριλαμβανομένης και της τιμολόγησης του νερού), την τεχνολογία, τον τρόπο ζωής, και την περιβαλλοντική συνείδηση των πολιτών. (ΤΡ VI 1.2) Επομένως, για τη σωστή αξιολόγηση της σχέσης ανάμεσα στην κλιματική αλλαγή και το νερό, είναι απαραίτητη η εξέταση της επίδρασης που έχουν στο νερό οι διάφορες αλλαγές στους παραπάνω παράγοντες. 3.2 Αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί στο κλίμα σε σχέση με το νερό Η κλιματική αλλαγή μπορεί να επηρεάσει το νερό με πάρα πολλούς μηχανισμούς. Αυτό είναι φυσικό, αν σκεφτεί κανείς ότι το νερό περιέχεται σε όλα τα συστατικά μέρη του κλιματικού συστήματος: ατμόσφαιρα, υδρόσφαιρα, κρυόσφαιρα, επιφάνεια του εδάφους και βιόσφαιρα. Όπως έχει αναφερθεί στο πρώτο κεφάλαιο, υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στην ατμοσφαιρική θερμοκρασία και το ισοζύγιο της ακτινοβολίας, η συμπεριφορά των οποίων επηρεάζει άμεσα τον υδρολογικό κύκλο. Το ανθρωπογενές Radiative Forcing (RF) προκάλεσε τη θέρμανση της γης και η επιεδάφια θερμοκρασία άρχισε να αυξάνεται με ολοένα και ταχύτερο ρυθμό. Παρατηρήσεις αυξήσεων των μέσων πλανητικών ατμοσφαιρικών και ωκεάνιων θερμοκρασιών, της μείωσης του όγκου χιονιού και πάγου και της αύξησης της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας σε παγκόσμια κλίμακα, φανερώνουν ότι υπάρχει σαφής θέρμανση του κλιματικού συστήματος. Με την κλιματική θέρμανση που παρατηρήθηκε τις τελευταίες δεκαετίες συνδέονται και αλλαγές σε αρκετές διαδικασίες του υδρολογικού κύκλου και υδρολογικά συστήματα, όπως (ΤΡ VI 2.1): 1. Αλλαγές στα κλιματικά μοτίβα, την ένταση και τις ακραίες τιμές των βροχοπτώσεων. 2. Εκτεταμένο λιώσιμο χιονιού και πάγου. 3. Αύξηση των υδρατμών στην ατμόσφαιρα. 4. Αύξηση της εξάτμισης του νερού. 5. Αλλαγές στην εδαφική υγρασία και την απορροή. Επιπλέον, είναι γεγονός ότι όλες οι διαδικασίες του υδρολογικού κύκλου έχουν αξιόλογη 21

31 φυσική μεταβλητότητα, από ενδοετήσια κλίμακα έως και κλίμακα δεκαετιών. Δυστυχώς, υπάρχει ακόμα σημαντική αβεβαιότητα στον προσδιορισμό των τάσεων που ακολουθούν οι υδρολογικές μεταβλητές, κάτι το οποίο παραμένει μια πρόκληση. Οι αβεβαιότητες αυτές οφείλονται στις μεγάλες διαφορές που εμφανίζονται τοπικά και στους περιορισμούς που υπάρχουν στη χωρική και χρονική κάλυψη των δικτύων παρακολούθησης. (ΤΡ VI 2.1) Επίσης δύσκολο είναι όμως να κατανοήσει κανείς πού οφείλονται όλες οι αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί, από τη στιγμή που οι παράγοντες που επηρεάζουν τις υδρολογικές μεταβλητές (όπως η απορροή) είναι και μη-κλιματικοί και η απόκριση του κλίματος σε παράγοντες καταναγκασμών είναι πολύπλοκη. Παρ' όλα αυτά. με βάση την Τέταρτη Έκθεση Αξιολόγησης της ΙΡCC, μπορεί να γίνει μια βασική αξιολόγηση και ερμηνεία των υδρολογικών αλλαγών που έχουν παρατηρηθεί, για διάφορες υδρολογικές μεταβλητές Βροχοπτώσεις και υδρατμοί Σύμφωνα με τις αναλύσεις της ΙΡCC για τις κατακρημνίσεις που εμφανίζονται πάνω από τη χέρσο, οι οποίες στηρίχτηκαν σε ένα μεγάλο αριθμό συνόλων δεδομένων από ερευνητικά κέντρα, η ερμηνεία των αλλαγών που παρατηρήθηκαν σε παγκόσμιο επίπεδο περιέχει κάποια αβεβαιότητα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι κατακρημνίσεις επηρεάζονται από μοτίβα φυσικής μεταβλητότητας, τα οποία είναι μεγάλης κλίμακας. (ΤΡ VI 2.1.1) Έτσι λοιπόν, οι κατακρημνίσεις πάνω από τις ηπείρους αυξήθηκαν γενικά κατά τη διάρκεια του 20 ου αιώνα στις περιοχές μεταξύ 30 Ν και 85 Ν, αλλά σημειώθηκαν αξιόλογες μειώσεις τα τελευταία χρόνια στις περιοχές από 10 Ν ως 30 Ν. Το γεγονός ότι η πυκνότητα του άλατος μειώθηκε στο Βόρειο Ατλαντικό και νότια των 25 S υποδεικνύει παρόμοιες αλλαγές στις κατακρημνίσεις πάνω από των ωκεανό. Στις περιοχές από 10 Ν ως 30 Ν, οι βροχοπτώσεις αυξήθηκαν πολύ από το 1900 ως τη δεκαετία του 1950, αλλά μειώθηκαν περίπου μετά το Στα υπερτροπικά εδάφη του Νοτιότερου Ημισφαιρίου δεν υπάρχουν γενικές τάσεις σε κλίμακα ημισφαιρίου, όπως προηγουμένως. (ΤΡ VI 2.1.1) Οι πλανητικές αλλαγές στις κατακρημνίσεις δεν είναι γραμμικές στο χρόνο, αλλά παρουσιάζουν σημαντική μεταβλητότητα ανά δεκαετία, με μία σχετικά υγρή περίοδο από τη δεκαετία του '50 έως τη δεκαετία του 70, την οποία ακολούθησε μία μείωση των κατακρημνίσεων Οι πλανητικές μέσες τιμές επηρεάζονται κυρίως από τις τροπικές και υποτροπικές κατακρημνίσεις. (ΤΡ VI 2.1.1) Τα χωρικά μοτίβα των τάσεων των ετήσιων κατακρημνίσεων παρουσιάζονται στο σχήμα 3.1 με πλέγμα 5 ο x 5 ο. Οι τιμές παρουσιάζονται ως ποσοστό της μέσης τιμής περιόδου με βάση τα δεδομένα του σταθμού GHCN. Οι γκρι περιοχές υποδηλώνουν ανεπαρκή στοιχεία για την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Στο μεγαλύτερο μέρος της Βόρειας Αμερικής και της Ευρασίας, οι ετήσιες κατακρημνίσεις αυξήθηκαν την περίοδο Την περίοδο 22

32 είναι εμφανή τα φαινόμενα ξηρασίας τοπικά, ενώ φαίνεται ότι στο μεγαλύτερο μέρος της Ευρασίας εμφανίζονται περισσότερο αυξήσεις παρά μειώσεις και για τις δύο περιόδους. (ΤΡ VI 2.1.1) Σχήμα 3.1:Τάση των τιμών των ετήσιων κατακρημνίσεων τις περιόδους (πάνω) και (κάτω) (TP VI Figure 2.3) Υπάρχουν θεωρητικές μελέτες ή βασισμένες σε κλιματικά μοντέλα οι οποίες δείχνουν ότι σε ένα κλίμα το οποίο θερμαίνεται εξαιτίας των αυξανόμενων αερίων του θερμοκηπίου, αναμένεται μεγαλύτερη αύξηση στις ακραίες κατακρημνίσεις, σε σύγκριση με τις μέσες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ακραίες κατακρημνίσεις εξαρτώνται από την ύπαρξη υδρατμών, ενώ η μέσες κατακρημνίσεις από την ικανότητα της ατμόσφαιρας να ακτινοβολεί ενέργεια μεγάλου μήκους στο διάστημα, κάτι που περιορίζεται από τα αέρια του θερμοκηπίου. (ΤΡ VI 2.1 1) Οι υδρατμοί που περιέχονται στην τροπόσφαιρα αυξήθηκαν τις τελευταίες δεκαετίες. Η στήλη των συνολικών υδρατμών αυξήθηκε για τους ωκεανούς κατά 1.2 ± 0.3% ανά δεκαετία την περίοδο , σε συμφωνία με τη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας. 23

33 Επειδή μάλιστα η αύξηση της τελευταίας είναι «πιθανό» να είναι κατά μεγάλο μέρος ανθρωπογενής, αυτό υποδεικνύει ότι ίσως η αύξηση των υδρατμών που έχει παρατηρηθεί στους ωκεανούς να οφείλεται επίσης σε ανθρωπογενείς επιδράσεις. (ΤΡ VI 2.1.1) Χιόνι και πάγος Η κρυόσφαιρα, η οποία περιλαμβάνει όλο το χιόνι, τον πάγο και τα παγωμένα εδάφη, αποθηκεύει περίπου το 75% του γλυκού νερού παγκοσμίως. Στο κλιματικό σύστημα, η κρυόσφαιρα και οι αλλαγές της συνδέονται άμεσα με το ενεργειακό ισοζύγιο της επιφάνειας της γης. τον κύκλο του νερού και τις αλλαγές στη στάθμη της θάλασσας. Περισσότερο από το 1/6 του πληθυσμού της γης κατοικεί σε παγετώδεις λεκάνες ή λεκάνες που τροφοδοτούνται από το χιόνι που λιώνει. (WGII 3.4.1). Στο σχήμα 3.2 παρουσιάζονται οι τάσεις της κρυόσφαιρας, οι οποίες σημειώνουν σημαντική μείωση στον όγκο του πάγου. Το ισοζύγιο μέσης ειδικής μάζας είναι το ισοζύγιο της συνολικής μάζας διαιρεμένο με το συνολικό εμβαδά της επιφάνειας όλων των παγετώνων και των παγοκαλλυμάτων σε μια περιοχή. Το ισοζύγιο συνολικής μάζας παρουσιάζεται ως η συμβολή κάθε περιοχής στην αύξηση της στάθμης της θάλασσας. (ΤΡ VI 2.1.2) Η χιονοκάλυψη μειώθηκε στις περισσότερες περιοχές, ειδικά την άνοιξη και το καλοκαίρι. Για το Βόρειο Ημισφαίριο και την περίοδο , μειώθηκε, σύμφωνα με δορυφορικές παρατηρήσεις, για όλους τους μήνες εκτός του Νοεμβρίου και του Δεκεμβρίου. Επιπλέον, η μέγιστη έκταση του εποχιακά παγωμένου εδάφους μειώθηκε περίπου 7% στο Βόρειο Ημισφαίριο την περίοδο , με τη μείωση να φτάνει το 15% την άνοιξη. Φαίνεται ότι η θέρμανση των μόνιμων παγετών και η υποβάθμιση των παγωμένων εδαφών είναι αποτέλεσμα των αυξημένων θερμοκρασιών τους καλοκαιρινούς μήνες και των αλλαγών στο βάθος και τη διάρκεια της χιονοκάλυψης. Τα αρνητικά φαινόμενα που περιγράφηκαν παραπάνω έχουν ως αποτέλεσμα αλλαγές στα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του εδάφους και τα αποστραγγιστικά συστήματα. (ΤΡ VI 2.1.2) Κατά μέσο όρο, οι παγετώνες και οι πολικοί πάγοι στο Βόρειο Ημισφαίριο και την Παταγονία παρουσίασαν μία σταθερή αλλαγή στην ανανέωση της μάζας τους κατά το δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα και άρχισαν να λιώνουν σημαντικά. Ως αποτέλεσμα, σημειώθηκε μεγάλη απώλεια μάζας στην πλειοψηφία των παγετώνων παγκοσμίως με αυξανόμενους ρυθμούς. (ΤΡ VI 2.1.2) 24

34 Σχήμα 3.2: Αθροιστικό ισοζύγιο μέσης ειδικής μάζας (a) και αθροιστικό ισοζύγιο συνολικής μάζας (b) παγετώνων και παγακαλλυμάτων, υπολογισμένων για μεγάλες περιοχές της γης. (IPCC WGI 4.5.2, Figure 4.15) Στάθμη της θάλασσας Σύμφωνα με τις διάφορες παρατηρήσεις, η παγκόσμια μέση στάθμη της θάλασσας έχει αυξηθεί και υπάρχει «υψηλή βεβαιότητα» ότι ο ρυθμός της αύξησης έχει αυξηθεί την περίοδο ανάμεσα στα μέσα του 19 ου και τα μέσα του 20 ου αιώνα. Ο μέσος ρυθμός ήταν 1.7 ± 0.5 mm/yr για τον 20 αιώνα, 1.8 ± 0.5 mm/yr την περίοδο και 3.1 ± 0.7 mm/yr την περίοδο Τα τελευταία χρόνια δηλαδή, ο ρυθμός αυξήθηκε πολύ, αλλά αυτό ίσως να οφείλεται και στη μεταβλητότητα μεταξύ δεκαετιών. Επιπλέον, οι αλλαγές παρουσίασαν διαφορές χωρικά. (ΤΡ VI 2.1.3) Υπάρχουν αβεβαιότητες όμως, όσον αφορά στις αιτίες της μακροπρόθεσμης αλλαγής της στάθμης. Για την περίοδο , η συνολική συμβολή της θερμικής διαστολής, της απώλειας μάζας των παγετώνων, των παγοκαλλυμάτων και των φύλλων πάγου από την Ανταρκτική και τη Γροιλανδία, ήταν 2.8 ± 0.7 mm/yr. Τα αποτελέσματα αυτά είναι σύμφωνα με την αύξηση της στάθμης γι' αυτήν την περίοδο, ενώ η συμβολή τους είναι μικρότερη για την περίοδο , με χειρότερο όμως σύστημα παρακολούθησης. (ΤΡ VI 2.1.3) Τελικά σύμφωνα με μελέτες μοντέλων είναι συνολικά «πολύ πιθανό» να συνέβαλλαν οι ανθρωπογενείς καταναγκασμοί στην αύξηση της στάθμης της θάλασσας το δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα, αν και είναι δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί αυτή η συμβολή. (ΤΡ VI 2.1.3) 25

35 3.2.4 Εξατμισοδιαπνοή Οι άμεσες μετρήσεις της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής σε χέρσες περιοχές της γης είναι πολύ περιορισμένες και υπάρχουν πολύ λίγα στοιχεία σχετικά με τις τάσεις της εξατμισοδιαπνοής που έχουν παρατηρηθεί, πραγματικές ή δυνητικές. (ΤΡ VI 2.1.4) Σύμφωνα με την Τρίτη Έκθεση Αξιολόγησης της ΙΡCC (ΤΑR), η πραγματική εξατμισοδιαπνοή αυξήθηκε το δεύτερο μισό του 20 ου αιώνα στις περισσότερες ξηρές περιοχές των ΗΠΑ και της Ρωσίας, γιατί η επιφανειακή υγρασία αυξήθηκε λόγω της αύξησης των βροχοπτώσεων και η ατμοσφαιρική υγρασία αυξήθηκε λόγω υψηλότερων θερμοκρασιών. Σύμφωνα με μελέτες, η εξατμισοδιαπνοή πάνω από το έδαφος ακολουθεί γενικά τις μεταβολές στις βροχοπτώσεις, αλλά εκτός από την υγρασία, εξαρτάται και από τους ανέμους κοντά στην επιφάνεια. (ΤΡ VI 2.1.4) Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την εξατμισοδιαπνοή είναι η επίδραση του εμπλουτισμού με ατμοσφαιρικό CO 2 στη φυσιολογία των φυτών, καθώς και η διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης των καλλιεργειών, η οποία αποδεδειγμένα έχει αυξηθεί χρονικά. (ΤΡ VI 2.1.4) 3.3 Εκτιμώμενες αλλαγές στο κλίμα σε σχέση με το νερό Οι τέσσερις πλοκές των SRES σεναρίων της ΙΡCC, τα οποία διαμορφώνουν τη βάση για πολλές μελέτες της αλλαγής του κλίματος και των υδατικών πόρων, εξετάζουν ένα εύρος πιθανών αλλαγών στον πληθυσμό και την οικονομική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια του 21 ου αιώνα. Μεταξύ των σεναρίων που υποθέτουν μια παγκόσμια οικονομία που εξουσιάζεται από το παγκόσμιο εμπόριο και τις συμμαχίες (Α1 και Β1), ο παγκόσμιος πληθυσμός αναμένεται να αυξηθεί από 6.6 δισεκατομμύρια που είναι σήμερα και να κορυφωθεί στα 8.7 δισεκατομμύρια το 2050, ενώ στα σενάρια που κυριαρχεί λιγότερη παγκοσμιοποίηση και συνεργασία (Α2 και Β2), ο παγκόσμιος πληθυσμός αναμένεται να αυξάνεται μέχρι το 2100, φθάνοντας στα 10.4 δισεκατομμύρια (Β2) και 15 δισεκατομμύρια (Α2) μέχρι το τέλος του αιώνα. Γενικά, όλα τα SRES σενάρια απεικονίζουν μια κοινωνία περισσότερο εύπορη, με το παγκόσμιο ακαθάριστο εγχώριο προϊόν (ΑΕΠ) να ανέρχεται ως το 2100 σε επίπεδα φορές υψηλότερα από τα σημερινά. Η μείωση του χάσματος των εισοδηματικών διαφορών προβλέπεται σε όλα τα σενάρια SRES, με την τεχνολογία να αντιπροσωπεύει μια κινητήρια δύναμη τόσο σημαντική όσο η δημογραφική αλλαγή και η οικονομική ανάπτυξη. (ΤΡ VI 1.3.2) Η κλιματική αλλαγή αναμένεται να επιδεινώσει τις σημερινές πιέσεις στους υδατικούς πόρους, εξαιτίας της αύξησης του πληθυσμού, των αλλαγών στην οικονομία και τις χρήσεις γης, συμπεριλαμβανομένης και της αστικοποίησης. (4ΑR, 3.3) 26

36 3.3.1 Βροχοπτώσεις και υδρατμοί Σύμφωνα με πολυμοντελικές κλιματικές εκτιμήσεις, οι πλανητικές μέσες τιμές των υδρατμών, της εξατμισοδιαπνοής και των βροχοπτώσεων θα αυξηθούν κατά τη διάρκεια του 21 αιώνα. Φαίνεται επίσης, ότι τα φαινόμενα ακραίων βροχοπτώσεων θα γίνουν συχνότερα. Η ένταση των βροχοπτώσεων εκτιμάται ότι θα αυξηθεί, ιδιαίτερα στις τροπικές περιοχές και τις περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους. Υπάρχει μια τάση για φαινόμενα ξήρανσης στις ημιηπειρωτικές περιοχές κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, κάτι που αποτελεί ένδειξη μεγαλύτερου κινδύνου ξηρασιών σε αυτές τις περιοχές. Στις περισσότερες τροπικές περιοχές και περιοχές μέσου και υψηλού γεωγραφικού πλάτους, οι ακραίες βροχοπτώσεις αυξάνονται περισσότερο από τις μέσες. (IPCC WGI 10.3) Η εκτιμώμενη αύξηση των έντονων βροχοπτώσεων και πλημμύρων συνδέεται κι αυτή επίσης με τον κίνδυνο ξήρανσης και συγκεκριμένα με μεγαλύτερης διάρκειας ξηρές περιόδους με αυξημένη εξατμισοδιαπνοή, ειδικά στις υποτροπικές περιοχές. (ΤΡ VI ) Στο παρακάτω σχήμα 3.3 φαίνεται η παγκόσμια κατανομή των αλλαγών της ετήσιας μέσης βροχόπτωσης κατά την περίοδο Οι αλλαγές αποτελούν ετήσιους μέσους όρους για το SRES σενάριο Α1Β, με περίοδο βάσης την περίοδο , με βάση τα αποτελέσματα 15 μοντέλων. Οι περιοχές με τελίτσες δείχνουν ότι εκεί τα αποτελέσματα των μοντέλων ήταν σε συμφωνία κατά 80%. Στις περισσότερες περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους οι αυξήσεις στις ετήσιες βροχοπτώσεις ξεπερνούν το 20%, όπως και στην ανατολική Αφρική, τη βόρεια περιοχή της κεντρικής Ασίας και του ισημερινού Ειρηνικού Ωκεανού. Αντίθετα, σημαντικές μειώσεις έως και 20% εμφανίζονται στις περιοχές της Μεσογείου και της Καραϊβικής και στις υποτροπικές δυτικές ακτές κάθε ηπείρου. Συνολικά, οι βροχοπτώσεις πάνω από τη χέρσο θα αυξηθούν περίπου 5%, ενώ οι βροχοπτώσεις πάνω από τους ωκεανούς θα αυξηθούν 4%. (ΤΡ VI 2.3.1) Σχήμα 3.3: Οι μέσες αλλαγές στις βροχοπτώσεις (%) με βάση τα αποτελέσματα 15 μοντέλων για το SRES σενάριο Α1Β και την περίοδο (ΤΡ VI Figure 2.8) 27

37 Στην εικόνα 3.3 φαίνονται, επίσης, οι αλλαγές στα χωρικά μοτίβα της έντασης της βροχόπτωσης (που ορίζεται ως η ετήσια συνολική βροχόπτωση διαιρεμένη με τον αριθμό των υγρών ημερών). Στο επόμενο σχήμα 3.4 που ακολουθεί, μπορούμε να δούμε ότι η ένταση των βροχοπτώσεων αυξάνεται σχεδόν παντού, ειδικά όμως στις περιοχές υψηλού γεωγραφικού πλάτους όπου αυξάνεται και η μέση βροχόπτωση. Παρουσιάζονται, ακόμα, οι αλλαγές στα χωρικά μοτίβα των ξηρών ημερών (που ορίζονται ως ο ετήσιος μέγιστος αριθμός διαδοχικών ξηρών ημερών). Επίσης, βλέπουμε περιοχές με αυξημένες περιόδους ξηρών ήμερων που παρεμβάλλονται στα φαινόμενα βροχοπτώσεων στις υποτροπικές περιοχές και στις χαμηλότερες περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους. Μείωση τέτοιων ξηρών περιόδων εμφανίζεται στις υψηλότερες περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους και τις περιοχές υψηλού γεωγραφικού πλάτους, όπου οι μέσες βροχοπτώσεις αυξάνονται. (ΤΡ VI ) Σχήμα 3.4: Αλλαγές στις ακραίες βροχοπτώσεις με βάση πολυμοντελικές προσομοιώσεις από εννέα παγκόσμια συζευγμένα κλιματικά μοντέλα για την περίοδο και το Α1Β σενάριο. (ΤΡ VI Figure 2.9) 28

38 3.3.2 Χιόνι και πάγος Η χιονοκάλυψη εξαρτάται τόσο από τη βροχόπτωση όσο και από τη θερμοκρασία. Μάλιστα, έχει μια έντονη αντίστροφη σχέση με τη θερμοκρασία του αέρα στις περισσότερες περιοχές με εποχιακή χιονοκάλυψη. Εξαιτίας αυτής της σχέσης, οι διάφορες προσομοιώσεις των μοντέλων προβλέπουν εκτεταμένη μείωση της χιονοκάλυψης κατά τη διάρκεια όλου του 21 ου αιώνα, παρά τις κάποιες αυξήσεις σε μεγαλύτερα υψόμετρα. Γενικά, εκτιμάται ότι θα αρχίζει πλέον αργότερα η περίοδος δημιουργίας του χιονιού, ενώ η περίοδος τήξης θα αρχίζει νωρίτερα. (ΤΡ VI ) Επιπλέον, σύμφωνα με αποτελέσματα μοντέλων που έχουν χρησιμοποιήσει μια σειρά σεναρίων της ΙΡCC, η έκταση του παγωμένου εδάφους στο Βόρειο Ημισφαίριο κατά τα μέσα του 21 ου αιώνα είναι «πιθανό» να μειωθεί κατά 20-35%. (ΤΡ VI ) Καθώς το κλίμα θα θερμαίνεται καθ' όλη τη διάρκεια του 21 ου αιώνα, οι πάγοι εκτιμάται ότι θα χάσουν μέρος της μάζας τους, επειδή η θερινή τήξη των πάγων θα υπερισχύει έναντι της αύξησης των χειμερινών βροχοπτώσεων. Με βάση τις προσομοιώσεις 11 παγετώνων σε διάφορες περιοχές, εκτιμάται μια απώλεια 60% του όγκου τους μέχρι το (ΤΡ VI ) Στάθμη της θάλασσας Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ατμοσφαιρικών-ωκεάνιων γενικών μοντέλων κυκλοφορίας, η άνοδος της παγκόσμιας μέσης στάθμης της θάλασσας, ανάμεσα στα τέλη του 20 ου αιώνα ( ) και τα τέλη του 21 ου ( ), είναι της τάξεως από 0.18 έως 0.59 m, όπως παρουσιάζεται στον πίνακα 3.1. Τα αποτελέσματα αυτά αποκλείουν όμως διάφορες αβεβαιότητες, γιατί οι εκτιμήσεις δεν λαμβάνουν υπόψη τις αβεβαιότητες στις αναδράσεις του κύκλου κλίματος-άνθρακα. καθώς και την πλήρη επίδραση των αλλαγών στη ροή των φύλλων πάγου. (ΤΡ VI 2 3.3) Η θερμική διαστολή συμβάλλει κατά 70-75% στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας, αν πάρουμε τη μέση εκτίμηση για όλα τα σενάρια, και αποτελεί το σημαντικότερο παράγοντα επιρροής. Οι παγετώνες, τα παγοκαλύμματα και το στρώμα πάγου της Γροιλανδίας εκτιμάται ότι θα συμβάλουν θετικά στη στάθμη της θάλασσας. Τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα δείχνουν ότι γενικά, στο ανταρκτικό στρώμα πάγου θα υπάρξουν αυξημένες χιονοπτώσεις χωρίς να λιώσει σημαντικά η επιφάνεια, κερδίζοντας κατά συνέπεια μάζα και συμβάλλοντας αρνητικά στη στάθμη της θάλασσας. Πάντως, η άνοδος της στάθμης κατά τη διάρκεια του 21 ου αιώνα εκτιμάται ότι θα έχει μεγάλη γεωγραφική μεταβλητότητα. (ΤΡ VI 2.3.3) Μερική απώλεια στρωμάτων πάγου της Γροιλανδίας ή/και της Ανταρκτικής θα μπορούσε να προκαλέσει αρκετά μέτρα άνοδο της στάθμης της θάλασσας, έχοντας ως αποτέλεσμα μεγάλες αλλαγές στις ακτογραμμές και κατακλυσμό περιοχών χαμηλότερου υψομέτρου, με 29

39 μέγιστη επίδραση στα δέλτα των ποταμών και τα νησιά χαμηλού υψομέτρου. (ΤΡ VI 2.3.3) Πίνακας 3.1: Εκτιμώμενη πλανητική μέση θέρμανση της επιφάνειας και άνοδος της στάθμης της θάλασσας στο τέλος του 21 ου αιώνα για διάφορα σενάρια. (IPCC WGI Table 3 SPM) Εξατμισοδιαπνοή Η δυνητική εξατμισοδιαπνοή εκτιμάται ότι θα αυξηθεί σχεδόν παντού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ικανότητα της ατμόσφαιρας να συγκρατήσει το νερό αυξάνεται με τις υψηλότερες θερμοκρασίες, αλλά η σχετική υγρασία εκτιμάται ότι δε θα αλλάξει εμφανώς. Η πραγματική εξάτμιση πάνω από την επιφάνεια του νερού αναμένεται επίσης να αυξηθεί (π.χ. πάνω από το μεγαλύτερο μέρος του ωκεανού και των λιμνών), με χωρικές μεταβολές που σχετίζονται με τις χωρικές μεταβολές της θέρμανσης της επιφάνειας. (ΤΡ VI 2.3.4) Οι αλλαγές στην εξατμισοδιαπνοή πάνω από το έδαφος εξαρτώνται από τις αλλαγές στις βροχοπτώσεις και επιδρούν με τη σειρά τους στο ισοζύγιο των απορροών, στην εδαφολογική υγρασία, στο νερό των ταμιευτήρων, στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα και στην υφαλμύρωση των χαμηλών υδροφορέων. (ΤΡ VI 2.3.4) Απορροή Οι αλλαγές εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής στις ροές ποταμών, καθώς επίσης και στη στάθμη των λιμνών και των υγροτόπων, εξαρτώνται πρώτιστα από τις αλλαγές στον όγκο και τη χρονική περίοδο των κατακρημνίσεων και, κυρίως, από το αν οι κατακρημνίσεις αφορούν σε χιόνι ή βροχή. Οι ροές ποταμών επηρεάζονται επίσης και από αλλαγές στην εξάτμιση του νερού. (ΤΡ VI 2.3.6) Σύμφωνα με αποτελέσματα μοντέλων για το Α1Β σενάριο, η απορροή παρουσιάζει αξιόλογη μείωση στη νότια Ευρώπη και αύξηση στη Νοτιοανατολική Ασία και στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη. Οι μέγιστες αλλαγές φθάνουν έως 20%, ή και περισσότερο, των προσομοιωμένων τιμών της περιόδου , οι οποίες κυμαίνονται από 1 έως 5 mm/day στις υγρότερες περιοχές και ως κάτω των 0.2 mm/day στις έρημους. Στις περιοχές υψηλού γεωγραφικού πλάτους παρουσιάζεται αύξηση στη ροή των ποταμών, ενώ τείνει να 30

40 μειωθεί η ροή μεγάλων ποταμών στη Μέση Ανατολή, την Ευρώπη και την Κεντρική Αμερική. Το μέγεθος της αλλαγής, εντούτοις, ποικίλλει μεταξύ των κλιματικών μοντέλων και σε μερικές περιοχές, όπως η νότια Ασία, η απορροή θα μπορούσε είτε να αυξηθεί είτε να μειωθεί. (ΤΡ VI 2.3.6) Σε πολλές περιοχές της γης η επίδραση των κλιματικών αλλαγών στους υδατικούς πόρους και την απορροή μπορεί να επηρεάσει τη βιώσιμη ανάπτυξη και να βάλει σε κίνδυνο, παραδείγματος χάριν, τη μείωση της ένδειας και την παιδική θνησιμότητα. Ακόμη και με τη βέλτιστη διαχείριση των υδατικών πόρων, είναι «πολύ πιθανό» ότι οι αρνητικές επιπτώσεις στη βιώσιμη ανάπτυξη δεν μπορούν να αποφευχθούν. Βασικά παραδείγματα περιοχών που θίγονται όπως περιγράφηκε παρουσιάζονται στο σχήμα 3.5. (ΤΡ VI 3.2.7) Ένα πολύ σημαντικό εύρημα είναι ότι η θέρμανση μπορεί να οδηγήσει και σε αλλαγές στην εποχικότητα των ροών των ποταμών όπου οι χειμερινές κατακρημνίσεις αποτελούνται περισσότερο από χιόνι, με τις εαρινές ροές να μειώνονται επειδή λιώνει νωρίτερα το χιόνι και τις χειμερινές ροές να αυξάνονται. Αυτό έχει βρεθεί στις ευρωπαϊκές Άλπεις, τη Σκανδιναβία, γύρω από τη Βαλτική, τη Ρωσία, τα Ιμαλάια, και τη δυτική, κεντρική και ανατολική Βόρεια Αμερική. Το φαινόμενο εμφανίζεται πιο έντονο στα χαμηλότερα υψόμετρα, όπου οι χιονοπτώσεις είναι πιο οριακές, και σε πολλές περιπτώσεις οι ροές αιχμής από τα μέσα του 21 ου αιώνα θα εμφανίζονται έναν μήνα νωρίτερα τουλάχιστον. (ΤΡ VI 2.3.6) Σχήμα 3.5: Επεξηγηματικός χάρτης των μελλοντικών επιδράσεων των κλιματικών αλλαγών σε σχέση με το γλυκό νερό, που απειλούν τη βιώσιμη ανάπτυξη των περιοχών που θίγονται από τις αλλαγές. Στο χάρτη που φαίνεται στο υπόβαθρο, παρουσιάζονται οι μέσες αλλαγές στην ετήσια απορροή (%) μεταξύ των περιόδων και για το Α1Β σενάριο εκπομπών SRES. (ΤΡ VI Figure 3.4) 31

41 3.3.6 Αβεβαιότητες στις υδρολογικές εκτιμήσεις Οι αβεβαιότητες στις εκτιμώμενες αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα οφείλονται στα εξής (ΤΡ VI 2.3): Στην εσωτερική μεταβλητότητα του κλιματικού συστήματος. Στην αβεβαιότητα των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου που υποθέτουν τα κλιματικά μοντέλα. Στις αβεβαιότητες των υδρολογικών μοντέλων. Οι εκτιμήσεις γίνονται λιγότερο συνεπείς μεταξύ των μοντέλων όσο μειώνεται η χωρική κλίμακα. Στη δομή των κλιματικών μοντέλων. Τα σύγχρονα μοντέλα αποκλείουν γενικά μερικές αναδράσεις μεταξύ της αλλαγής της βλάστησης και της αλλαγής του κλίματος και, σε κάποιες περιπτώσεις, αποκλείουν τις ανθρωπογενείς αλλαγές στην κάλυψη του εδάφους. Η ανάλυση των μοντέλων περιορίζει επίσης και την ακριβή προσομοίωση των τροπικών κυκλώνων και των έντονων βροχοπτώσεων. Στην ενσωμάτωση των αποτελεσμάτων κλιματικών μοντέλων στη μελέτη των υδατικών πόρων για δύο λόγους. Πρώτον, τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα και τα υδρολογικά μοντέλα έχουν διαφορετικές χωρικές κλίμακες και, έπειτα, υπάρχουν σφάλματα στον υπολογισμό των μακροπρόθεσμων μέσων κατακρημνίσεων στο υπάρχον κλίμα από τα παγκόσμια κλιματικά μοντέλα. 3.4 Χρήση και διαθεσιμότητα του νερού Σημερινή κατάσταση Η χρήση του νερού, ιδιαίτερα για την άρδευση, αυξάνεται γενικά με τη θερμοκρασία και μειώνεται με τις βροχοπτώσεις. Δεν υπάρχουν παρ' όλα αυτά στοιχεία που να συνδέουν μακροπρόθεσμες τάσεις της χρήσης του νερού με το κλίμα στο παρελθόν. Αυτό οφείλεται, εν μέρει, στο γεγονός ότι η χρήση νερού εξαρτάται κυρίως από μη κλιματολογικούς παράγοντες, ενώ οφείλεται επίσης και στη κακή ποιότητα των δεδομένων σχετικά με τις χρήσεις του νερού γενικά, και ειδικότερα των χρονοσειρών των δεδομένων. (ΤΡ VI 1.3) Στις περισσότερες χώρες, εκτός από μερικά βιομηχανοποιημένα κράτη, η χρήση του νερού έχει αυξηθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, εξαιτίας του πληθυσμού και της οικονομικής ανάπτυξης, των αλλαγών του τρόπου ζωής, της επέκτασης των συστημάτων παροχής νερού, αλλά κυρίως λόγω της αρδευτικής χρήσης. Για αρδευτικούς σκοπούς χρησιμοποιείται το 70% της συνολικής κατανάλωσης νερού παγκοσμίως, καθώς και περισσότερο από το 90% του νερού που δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για ύδρευση και χρησιμοποιείται γιο άλλους σκοπούς. (ΤΡ VI 1.3) Το 40% της συνολικής γεωργικής παραγωγής παράγεται με άρδευση. Η έκταση της 32

42 αρδευόμενης γης παγκοσμίως έχει αυξηθεί σχεδόν γραμμικά από το 1960, με ένα ρυθμό κατά προσέγγιση 2% το χρόνο, από 140 εκατομμύρια εκτάρια το 1961/63 σε 270 εκατομμύρια εκτάρια το 1997/99, που αντιπροσωπεύουν περίπου 18% του σημερινού συνολικού καλλιεργημένου εδάφους. (ΤΡ VI 1.3) Η διαθεσιμότητα του νερού στους επιφανειακούς υδατικούς πόρους ή στις μικρού βάθους γεωτρήσεις υπόγειων υδατικών πόρων εξαρτάται από την εποχικότητα και την ενδοετήσια μεταβλητότητα της ροής, και η σταθερή παροχή νερού καθορίζεται από τις εποχιακές χαμηλές ροές. Στις λεκάνες όπου κυριαρχεί το χιόνι, οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν σε μειωμένη απορροή και επιπλέον μειωμένη παροχή νερού το καλοκαίρι. Στις περιοχές με προβλήματα λειψυδρίας, οι άνθρωποι και τα οικοσυστήματα είναι ιδιαίτερα ευπαθείς στη μείωση των βροχοπτώσεων και στην ένταση της μεταβλητότητας τους εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής. (ΤΡ VI 1.3) Σχήμα 3.5: Παραδείγματα προβλημάτων υδατικών πόρων και της διαχείρισης τους. Στο υπόβαθρο παρουσιάζεται ένας χάρτης βασισμένος στο WaterGAP με τις περιοχές που μαστίζονται από τη λειψυδρία. (IPCC WGII FIGURE 3.2) Σε παγκόσμια κλίμακα, μια λεκάνη θεωρείται ότι βρίσκεται σε κατάσταση λειψυδρίας όταν: 1)η διαθεσιμότητα του νερού είναι μικρότερη από 1000 m 3 /άτομο/έτος (με βάση τη μακροπρόθεσμη μέση απορροή) και 2) ο λόγος των ποσοτήτων του νερού που αφαιρείται προς τη μακροπρόθεσμη μέση ετήσια απορροή είναι πάνω από 0.4. Θεωρείται ότι ένας όγκος νερού των 1000 m 3 /άτομο/έτος είναι συνήθως περισσότερο απ' 33

43 όσο απαιτείται για τις οικιακές, βιομηχανικές και γεωργικές χρήσεις νερού. Λεκάνες που αντιμετωπίζουν πρόβλημα λειψυδρίας υπάρχουν στη βόρεια Αφρική, την περιοχή της Μεσογείου, τη Μέση Ανατολή, την Εγγύς Ανατολή, τη νότια Ασία, τη βόρεια Κίνα, την Αυστραλία, τις ΗΠΑ, το Μεξικό, τη βορειοανατολική Βραζιλία και τη δυτική ακτή της Νότιας Αμερικής (σχήμα 3.5). Εκτιμάται ότι ο πληθυσμός που ζει σε τέτοιες λεκάνες κυμαίνεται μεταξύ 1.4 και 2.1 δισεκατομμυρίων κατοίκων. (ΤΡ VI 1.3) Μελλοντικές εκτιμήσεις Ο τομέας που εξετάζεται περισσότερο όσον αφορά στη μελλοντική ζήτηση του νερού είναι η γεωργία και, όπως είναι αναμενόμενο, η ζήτηση του νερού για αρδευτική χρήση εκτιμάται γενικά ότι θα αυξηθεί. Αυτό οφείλεται στις υψηλές θερμοκρασίες και την αυξημένη μεταβλητότητα των κατακρημνίσεων, ακόμα και αν οι συνολικές κατακρημνίσεις παραμείνουν σταθερές. Υπάρχει βέβαια μία χωρική μεταβλητότητα στη ζήτηση, γενικά όμως οι αυξήσεις για καθαρά αρδευτικές ανάγκες εκτιμώνται από 1-3% παγκοσμίως ως τη δεκαετία του 1920 και από 2-7% ως τη δεκαετία του (ΤΡ VI 3.2.4) Η ζήτηση του νερού για οικιακή και βιομηχανική χρήση εκτιμάται σχετικά μικρότερη, για παράδειγμα λιγότερο από 5% ως τη δεκαετία του Αξίζει να αναφερθεί ότι, αναμένεται, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, να αυξηθεί και η ζήτηση ηλεκτρικού ρεύματος για το δροσισμό των κτιρίων, άρα και η ζήτηση του νερού στα υδροηλεκτρικά έργα. (ΤΡ VI 3.2.4) Με την αύξηση της ζήτησης και την αύξηση πλημμύρων και ξηρασιών, είναι πολύ πιθανό τα κόστη της κλιματικής αλλαγής, όσον αφορά στη διαθεσιμότητα του νερού, να είναι πολύ περισσότερα από τα οφέλη. Το κόστος δε νοείται μόνο οικονομικά, για παράδειγμα για την αύξηση των υποδομών, αλλά και οικολογικά και κοινωνικά, εφ' όσον αναμένονται και πιθανές συγκρούσεις μεταξύ διάφορων ομάδων ενδιαφέροντος. (ΤΡ VI 3.2.3) Εξέταση των υδατικών πόρων σε σχέση με διάφορους τομείς Όσον αφορά τις εκτιμήσεις για τους υδατικούς πόρους, είτε υπάρχει κλιματική αλλαγή είτε όχι, σημαντικό ενδιαφέρον παρουσιάζουν θέματα όπως οι πιθανές αλλαγές στην κατασκευή και τον τερματισμό της λειτουργίας των φραγμάτων, στην υποδομή της παροχής νερού, η επεξεργασία και επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων, η αφαλάτωση, οι μολυσματικές εκπομπές και οι χρήσεις γης, ιδιαίτερα όσον αφορά στην άρδευση. (ΤΡ VΙ 1.3.2) Ανεξάρτητα από την αλλαγή κλίματος, αναμένεται να κατασκευαστούν αρκετά φράγματα στις αναπτυσσόμενες χώρες για την παραγωγή, καθώς και για την παροχή νερού, ακόμα κι αν ο αριθμός τους είναι «πιθανό» να είναι μικρός σε σύγκριση με τα υπάρχοντα μεγάλα φράγματα. Εντούτοις, δεν έχουν ληφθεί υπόψη οι επιδράσεις μιας πιθανής μελλοντικής αύξησης στην απαίτηση υδροηλεκτρικής ενέργειας. Στις αναπτυγμένες χώρες, ο αριθμός των φραγμάτων είναι πολύ πιθανό να παραμείνει σταθερός, ενώ μερικά φράγματα 34

44 θα τεθούν εκτός λειτουργίας. Με την αυξανόμενη χρονική μεταβλητότητα των απορροών λόγω της αλλαγής κλίματος, η αυξανόμενη αποθήκευση νερού πίσω από τα φράγματα πιθανόν να είναι ευεργετική, ειδικά όπου η ετήσια απορροή δε μειώνεται σημαντικά. Αν ληφθούν υπόψη κάποιες περιβαλλοντικές απαιτήσεις για τη ροή, αυτό μπορεί να οδηγήσει στην περαιτέρω τροποποίηση των λειτουργιών μιας δεξαμενής, έτσι ώστε να περιοριστεί η ανθρώπινη χρήση των υδατικών πόρων. (ΤΡ VI 1.3.2) Στο μέλλον, η επαναχρησιμοποίηση των λυμάτων και η αφαλάτωση ίσως γίνουν σημαντικές πηγές παροχής νερού στις ημιάνυδρες και άνυδρες περιοχές. Εκκρεμούν όμως κάποιες ανησυχίες σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας για την αφαλάτωση. Τελικά πρέπει να εξεταστούν πρώτα άλλες επιλογές, όπως οι αποτελεσματικές πολιτικές τιμολόγησης νερού και οι επικερδείς στρατηγικές διαχείρισης της ζήτησης νερού. (ΤΡ VI 1.3.2) Μεταξύ των κυριότερων παραγόντων που καθορίζουν τη χρήση του νερού είναι όχι μόνο ο πληθυσμός και η οικονομική ανάπτυξη, αλλά και οι μεταβαλλόμενες κοινωνικές απόψεις σχετικά με την αξία του νερού. Το τελευταίο αναφέρεται στον καθορισμό της προτεραιότητας της παροχής του νερού για οικιακή και βιομηχανική χρήση έναντι της αρδευτικής χρήσης, και στην αποδοτική χρήση του νερού, συμπεριλαμβανομένης της τιμολόγησης του νερού και της εκτεταμένης εφαρμογής τεχνολογιών εξοικονόμησης νερού. Και στα τέσσερα σενάρια αξιολόγησης του οικοσυστήματος τεσσάρων χιλιετιών, η κατά κεφαλήν εσωτερική χρήση νερού το 2050 είναι γενικά παρόμοια σε όλες τις παγκόσμιες περιοχές, περίπου σε 100 m 3 /yr, δηλαδή ο ευρωπαϊκός μέσος όρος το 2000.(ΤΡ VI 1.3.2) 35

45 3.5 Εξέταση του Ευρωπαϊκού χώρου Η Ευρώπη έχει αρκετά αποθέματα νερού, με πολυάριθμους ποταμούς, πολλοί από τους οποίους ρέουν από το κεντρικό μέρος της ηπείρου προς τα έξω. Οι κύριοι τύποι κλίματος που κυριαρχούν είναι το θαλάσσιο κλίμα, το ηπειρωτικό, το μεσογειακό, το αρκτικό και το μεταβατικό (μεταξύ των προηγούμενων τύπων). Οι σημαντικότεροι τύποι βλάστησης είναι η τούνδρα, τα κωνοφόρα δέντρα (βόρεια λωρίδα), το μικτό δάσος στην κεντρική Ευρώπη, η στέπα και η μεσογειακή βλάστηση. Το 1/3 του ευρωπαϊκού εδάφους θεωρείται αρόσιμο και ένα σχετικά μεγάλο ποσοστό καλλιεργείται, με κυρίαρχη καλλιέργεια τα δημητριακά. (ΤΡ VI 5.4.1) Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις, η μέση χειμερινή βροχόπτωση αυξήθηκε κατά τη διάρκεια της περιόδου στο μεγαλύτερο μέρος του Ατλαντικού και της βόρειας Ευρώπης. Στη περιοχή της Μεσογείου ειδικά, οι τάσεις της ετήσιας βροχόπτωσης κατά τη διάρκεια της περιόδου ήταν αρνητικές προς την ανατολική πλευρά. Στα περισσότερα μέρη της ηπείρου όμως παρατηρήθηκε μια αύξηση στη μέση βροχόπτωση ανά υγρή ημέρα, ακόμη και σε μερικές περιοχές που γίνονται πιο ξηρές. Ως αποτέλεσμα αυτών και άλλων αλλαγών στα υδρολογικά και θερμικά καθεστώτα, έχουν παρατηρηθεί διάφορες επιπτώσεις σε πολλούς τομείς, όπως η υποβάθμιση των καλλιεργειών και η εξαφάνιση υγροτόπων. (ΤΡ VI 5.4.2) Οι βασικές περιβαλλοντικές πιέσεις αφορούν τη βιοποικιλότητα, το τοπίο, την υποβάθμιση του εδάφους, τη δασική υποβάθμιση, τους φυσικούς κινδύνους και τη διαχείριση του νερού. Τα περισσότερα οικοσυστήματα στην Ευρώπη βρίσκονται υπό διαχείριση ή ημιδιαχείριση και αντιμετωπίζουν συχνά προβλήματα ρύπανσης και επιπτώσεις από άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες. (ΤΡ VI 5.4.1) Εκτιμώμενες αλλαγές σε σχέση με το νερό Γενικά, για όλα τα σενάρια της ΙΡCC, η εκτιμώμενη μέση βροχόπτωση αυξάνεται στη Βόρεια Ευρώπη και μειώνεται προς τα νότια. Βέβαια, οι αλλαγές διαφέρουν από εποχή σε εποχή και από περιοχή σε περιοχή. Σύμφωνα με μελέτες, οι θερινές βροχοπτώσεις θα μειωθούν ουσιαστικά (σε μερικές περιοχές μέχρι και 70% στο σενάριο SRES Α2) στη νότια και κεντρική Ευρώπη, και σε μικρότερο βαθμό μέχρι την κεντρική Σκανδιναβία. (ΤΡ VI 5.4.3) Υδατικοί πόροι Εκτιμάται ότι η κλιματική αλλαγή θα έχει μια σειρά επιπτώσεων στους υδατικούς πόρους, όπως παρουσιάζεται αναλυτικά στον πίνακα 3.2 για τη διαθεσιμότητα νερού και τα περιστατικά ξηρασίας και πλημμύρων. (ΤΡ VI 5.4.3) 36

46 Πίνακας 3.2: Επιδράσεις των κλιματικών αλλαγών στην εμφάνιση περιστατικών ξηρασίας και πλημμύρων στην Ευρώπη για διάφορες χρονικές περιόδους με βάση διάφορα σενάρια που εφαρμόστηκαν στα μοντέλα ECHAM4 και HadCM3. (IPCC WGII Table12.2) Περίοδος Διαθεσιμότητα νερού και ξηρασία Πλημμύρες 2020s 2050s 2070s Αύξηση της ετήσιας απορροής στη βόρεια Ευρώπη έως και 15% και μείωση στο νότο μέχρι 23% Μείωση της θερινής ροής Μείωση της ετήσιας απορροής έως και 20-30% στη νοτιοανατολική Ευρώπη Αύξηση της ετήσιας απορροής στο Βορρά έως 30% και μείωση έως 36% στο Νότο Μείωση της θερινής χαμηλής ροής έως και 80% Μειωμένος κίνδυνος ξηρασίας στη Β. Ευρώπη, αυξανόμενος κίνδυνος ξηρασίας στη Δ. και Ν. Ευρώπη. Ως τη δεκαετία 70, οι σημερινές ξηρασίες περιόδου επαναφοράς 100 ετών εκτιμάται ότι θα επιστρέψουν, κατά μέσο όρο, κάθε 10 (ή λιγότερα) έτη σε περιοχές της Ισπανίας και της Πορτογαλίας, της δυτικής Γαλλίας, στη λεκάνη Vistula στην Πολωνία και τη δυτική Τουρκία Αυξημένος κίνδυνος για χειμερινές πλημμύρες στη Β.Ευρώπη και ξαφνικές πλημμύρες σε όλη την Ευρώπη Κίνδυνος να μετατοπιστούν από την άνοιξη στο χειμώνα οι πλημμύρες που προέρχονται από τη τήξη του χιονιού Οι σημερινές πλημμύρες περιόδου επαναφοράς 100 ετών εκτιμάται ότι θα εμφανιστούν συχνότερα στη βόρεια και βορειοανατολική Ευρώπη (Σουηδία, Φιλανδία, Β. Ρωσία), στην Ιρλανδία, στην κεντρική και Α. Ευρώπη (Πολωνία, αλπικοί ποταμοί), στις ατλαντικές περιοχές της Ν. Ευρώπης (Ισπανία, Πορτογαλία) και λιγότερο συχνά σε μεγάλες περιοχές της Ν. Ευρώπης 37

47 Κεφάλαιο 4 Εφαρμογή: Εκτίμηση και αξιολόγηση της κλιματικής αλλαγής στην περιοχή των Μουδανιών 4.1 Σύντομη περιγραφή της εφαρμογής Είναι γνωστό ότι η Ελλάδα ανήκει στις υποτροπικές περιοχές του πλανήτη και υδρολογικά εντάσσεται στη λεκάνη της Μεσογείου. Πέρα όμως, από τα μεσογειακά κλιματικά χαρακτηριστικά της, η Ελλάδα παρουσιάζει κάποιες τοπικές ιδιαιτερότητες όπως, πολυάριθμους ορεινούς όγκους και νησιά, με αποτέλεσμα το τοπικό κλίμα να επηρεάζεται από αυτά. Γι αυτό λοιπόν το λόγο είναι ενδιαφέρον να εξεταστεί η σχέση του κλίματος και των υδατικών πόρων στον Ελλαδικό χώρο και κυρίως στην περιοχή μελέτης που είναι η υδρολογική λεκάνη των Μουδανιών. Η λεκάνη απορροής της ευρύτερης περιοχής των Μουδανιών βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα του Νομού Χαλκιδικής. Με βάση παρατηρήσεις για την χρονική κατανομή των θερμοκρασιών και των βροχοπτώσεων στην περιοχή και με τη βοήθεια του μοντέλου Modflow, επιχειρείται η αξιολόγηση των κλιματικών εκτιμήσεων μέχρι το 2100 καθώς και οι αλλαγές στην λειτουργία του υδροφορέα η οποία θα εξαρτηθεί από τις επιδράσεις των κλιματικών αλλαγών. 4.2 Περιγραφή της περιοχής μελέτης Γενικά στοιχεία Ο νομός Χαλκιδικής ανήκει στο 10ο Υδατικό 5ιαμέρισμα της χώρας και χαρακτηρίζεται γενικά ελλειμματικός σε ότι αφορά το ισοζύγιο προσφοράς και ζήτησης νερού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο νομός εμφανίζεται ως ο «φτωχότερος» της χώρας από άποψη υδατικού δυναμικού και επιπλέον στο ότι μαστίζεται από μια σειρά προβλημάτων, κυριότερα εκ των οποίων θεωρούνται τα εξής: α) ελλειμματική ύδρευση και άρδευση, β) υφαλμύρωση παράκτιων υδροφορέων, γ) ποιοτική υποβάθμιση των υδροφορέων, δ) πτώση της στάθμης των υδροφορέων και ε) αυθαίρετη και αλόγιστη χρήση του νερού (Ξεφτέρης, 2000). Εν τέλει, 38

48 ο νομός Χαλκιδικής παρουσιάζει πολυποίκιλη γεωμορφολογική διαμόρφωση και αποτελείται υδρολογικά από πλήθος αυτόνομων λεκανών. Μία από αυτές είναι και η λεκάνη απορροής των Μουδανιών Γεωγραφικά και μορφολογικά στοιχεία Η λεκάνη απορροής των Μουδανιών, η οποία και εξετάζεται στην παρούσα διπλωματική εργασία, βρίσκεται νοτιοδυτικά στο νομό Χαλκιδικής, στην ευρύτερη περιοχή των Μουδανιών, και εκτείνεται προς το βορρά μέχρι και το Δημοτικό Διαμέρισμα του Βάβδου (σχήμα 4.1). Υδρολογικά ανήκει στο υδατικό διαμέρισμα της Κεντρικής Μακεδονίας. Όπως φαίνεται και στο σχήμα 4.1, η λεκάνη απορροής διαχωρίζεται σε δύο υποπεριοχές, τη λοφώδη που καταλαμβάνει το βόρειο τμήμα της και την πεδινή που χωροθετείται στο νότιο. Στο σχήμα 4.2, φαίνεται πιο καθαρά ότι η περιοχή έρευνας είναι προς το βορρά λοφώδης και ορεινή, ενώ προσεγγίζοντας τη θάλασσα η περιοχή είναι επίπεδη και πεδινή. Η συνολική έκταση της λεκάνης είναι km 2, με μέσο ύψος εδάφους 210.9m και μέση εδαφική κλίση 1.8%. (Λατινόπουλος,2003) Σχήμα 4.1: Η λεκάνη απορροής της περιοχής έρευνας (Λατινόπουλος, 2003) 39

49 Σχήμα 4.2: Διαχωρισμός λοφώδους και πεδινής περιοχής. Στον πίνακα 4.1 καταγράφονται τα διάφορα γεωμορφολογικά στοιχεία που πλαισιώνουν τις δύο προκύπτουσες υποπεριοχές, όπως και το σύνολο της λεκάνης απορροής. Πίνακας 4.1: Γεωμορφολογικά στοιχεία της λεκάνης απορροής (Λατινόπουλος κ.α., 2003) Έκταση (km 2 ) Έκταση (%) Μέσο υψόμετρο εδάφους (m) Μέση κλίση εδάφους (%) Συνολική λεκάνη 127,22 100% 210,9 1,8% Λοφώδης περιοχή 58,91 46,3% 380 2,2% Πεδινή περιοχή 68, % 65 1,4% Επίσης, να σημειωθεί ότι η λεκάνη απορροής των Μουδανιών χαρακτηρίζεται από πυκνό υδρογραφικό δίκτυο (σχήμα 4.3) και αραιή φυτική βλάστηση, που περιορίζεται στο βόρειο τμήμα της και καταλαμβάνει το 20% της συνολικής της έκτασης. Το υπόλοιπο 80% αναλογεί σε καλλιεργήσιμη γη. 40

50 Σχήμα 4.3: Αποτύπωση του υδρογραφικού δικτύου της λεκάνης απορροής (Λατινόπουλος κ.α., 2003) Υδρογεωλογικές συνθήκες Η γνώση της υδρογεωλογικής συμπεριφοράς των διαφόρων γεωλογικών σχηματισμών που συνθέτουν το υπέδαφος της λεκάνης των Μουδανιών, θεωρείται απαραίτητη προϋπόθεση για την έρευνα της κίνησης των υπόγειων νερών μέσα σ αυτό. Η συμπεριφορά αυτή εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η λιθολογική σύσταση, η κοκκομετρική σύνθεση, η τεκτονική δομή και ο βαθμός διάρρηξης των πετρωμάτων. Τα πετρώματα που δομούν την περιοχή μελέτης κατατάσσονται, σύμφωνα με την υδρογεωλογική τους συμπεριφορά, σε δύο ομάδες, σε κάθε μία από τις οποίες τόσο ο μηχανισμός κίνησης των υπόγειων νερών όσο και η ικανότητα αποθήκευσης και απόληψης αυτών παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές. Συγκεκριμένα διακρίνονται σε: α) Χαλαρούς σχηματισμούς β) Βραχώδεις σχηματισμούς 41

51 Η υδατοπερατότητα των σχηματισμών της πρώτης ομάδας οφείλεται κατά αποκλειστικότητα στους ανοικτούς πόρους που υπάρχουν στα διάκενα μεταξύ των κόκκων, ενώ στην περίπτωση των σχηματισμών της δεύτερης ομάδας οφείλεται στο δίκτυο των ασυνεχειών που υφίσταται μέσα στη μάζα τους, δηλαδή επιφανειών στρώσεως και σχιστότητας, διακλάσεων, ρηγματώσεων κ.λ.π Εκτίμηση υδρογεωλογικών παραμέτρων Για την πραγματοποίηση της προσομοίωσης του υδροφορέα των Μουδανιών με την εφαρμογή του μοντέλου Modflow ώστε να γίνει εφικτή η κατανόηση της λειτουργίας του υπό συνθήκες κλιματικών αλλαγών, πρέπει να γίνει η εκτίμηση των υδρογεωλογικών παραμέτρων του υδροφορέα. Απαραίτητη προϋπόθεση, λοιπόν, προκειμένου να καταστεί δυνατός ο καθορισμός της υδραυλικής συμπεριφοράς του υδροφορέα, είναι η γνώση συγκεκριμένων παραμέτρων που σχετίζονται με τα υδραυλικά, γεωλογικά και υδροδυναμικά χαρακτηριστικά του, και στα οποία περιλαμβάνονται: η υδραυλική αγωγιμότητα (K), η μεταφορικότητα (T), το πάχος της κορεσμένης ζώνης του υδροφορέα (b) (το οποίο υπολογίζεται μέσω της σχέσης που συνδέει την υδραυλική αγωγιμότητα με τη μεταφορικότητα του υδροφορέα, T=Kb), το πορώδες (n) και η υδραυλική κλίση (i). Για να επιτευχθεί όμως η εφαρμογή του μοντέλου Modflow, πρέπει να γίνουν κάποιες παραδοχές οι οποίες είναι οι εξής: α) στο εσωτερικό του υδροφορέα επικρατούν συνθήκες διδιάστατης ομοιόμορφης ροής, β) ο εν λόγω υδροφορέας θεωρείται ομογενής και ισότροπος με τις βασικές υδραυλικές παραμέτρους να διατηρούνται αμετάβλητες καθ όλο το μήκος του και να μην εξαρτώνται από τη διεύθυνση της ροής και γ) οι διάφορες προαναφερθείσες παράμετροι του προβλήματος λαμβάνουν κοινές τιμές καθ όλη την έκταση της λεκάνης απορροής. Στη συνέχεια, περιγράφεται η διαδικασία ποσοτικοποίησης των διαφόρων παραμέτρων, η οποία συνίσταται στην απόδοση τιμών με βάση τα διαθέσιμα στοιχεία της περιοχής, πολλά εκ των οποίων προέκυψαν μέσω παρατηρήσεων στο πεδίο και επί τόπου μετρήσεων. Υδραυλική αγωγιμότητα και μεταφορικότητα: Οι τιμές που λαμβάνουν οι δύο αυτές βασικές παράμετροι βασίζονται στην επεξεργασία δεδομένων που προέρχονται από έναν αντιπροσωπευτικό αριθμό δοκιμαστικών αντλήσεων που πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή μελέτης και οι οποίες έχει αποδειχθεί ότι συνθέτουν τις πλέον αποτελεσματικές μεθόδους για την απόκτηση αξιόπιστων στοιχείων που σχετίζονται με τις εν λόγω μεταβλητές. Στο σχήμα 4.4 αποτυπώνονται οι θέσεις των γεωτρήσεων που αντιστοιχούν στις προαναφερθείσες δοκιμαστικές αντλήσεις. Από το σύνολο των 10 γεωτρήσεων που διανοίχτηκαν, οι τρεις εξ αυτών χαρακτηρίζονται ως αβαθείς 42

52 και χωροθετούνται στην υπολεκάνη των Φλογητών (483, 488, 504), ενώ οι υπόλοιπες επτά είναι βαθιές και βρίσκονται στο εσωτερικό της περιοχής μελέτης (421, 670, 816, 901, 909, 919 και 923). Σχήμα 4.4: Θέσεις γεωτρήσεων δοκιμαστικών αντλήσεων (Λατινόπουλος κ.α., 2003) Όπως προαναφέρθηκε, χαρακτηριστικό γνώρισμα της περιοχής μελέτης συνιστά η ετερογένεια που παρουσιάζουν τα υλικά, τόσο κατά την κατακόρυφη όσο και κατά την οριζόντια έννοια, με την επαλληλία των υδροφόρων στρωμάτων σε εναλλαγές με αδιαπέρατα και ημιδιαπερατά στρώματα. Επομένως, οι τιμές των υδραυλικών παραμέτρων που προκύπτουν από την επεξεργασία των στοιχείων των δοκιμαστικών αντλήσεων αντιπροσωπεύουν τις μέσες τιμές όλων των αντλούμενων στρωμάτων και με δεδομένη την ετερογένεια, περιορίζονται στο να χαρακτηρίζουν μόνο το γειτονικό περιβάλλον της γεώτρησης. Στον πίνακα 4.2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από την προαναφερθείσα επεξεργασία (τιμές Τ και Κ), η εκτέλεση της οποίας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ειδικού υπολογιστικού προγράμματος. 43

53 Πίνακας 4.2: Τιμές των υδραυλικών παραμέτρων των υδροφορέων της περιοχής (Λατινόπουλος κ.α., 2003) Γεώτρηση Τ (m 2 /s) K (m/s) 483 2,60x10-3 5,78x ,84x10-4 2,75x ,60x10-3 6,60x ,40x10-4 1,92x ,25x10-4 2,23x ,02x10-4 1,44x ,01x10-4 9,95x ,05x10-4 2,90x ,03x10-4 1,63x ,27x10-4 2,40x10-6 Από την παρατήρηση του παραπάνω πίνακα, συνάγεται το συμπέρασμα ότι οι τιμές της μεταφορικότητας (Τ) και της υδραυλικής αγωγιμότητας (Κ) για την περιοχή μελέτης συνολικά, καταβάλουν η κάθε μία ένα ευρύ φάσμα τιμών. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην έντονη ετερογένεια των υδροφόρων στρωμάτων στην περιοχή μελέτης, κάτι που αναλύθηκε και στην προηγούμενη παράγραφο. Σύμφωνα, όμως, με τις παραδοχές που αναφέρθησαν παραπάνω, οι τιμές που αποδίδονται στις δύο παραμέτρους, παρουσιάζονται κοινές και σταθερές καθ όλη την έκταση της λεκάνης απορροής, ενώ επιλέγονται με τρόπο ώστε να εμπεριέχονται στα παραπάνω διαστήματα και ταυτόχρονα να αποτελούν μια μέση εκτίμηση του εύρους αυτών. Έτσι, λοιπόν, προκύπτει: K = 5x10-5 m/s T = 6x10-4 m 2 s Πάχος υδροφορέα: Με δεδομένο ότι το πάχος διατηρείται σταθερό καθ όλη την έκταση της λεκάνης απορροής των Μουδανιών, ο υπολογισμός της τιμής του πραγματοποιείται με τη χρήση της προηγούμενης εξίσωσης T=Kb και θέτοντας στις υδραυλικές παράμερους (Τ, Κ) τις τιμές που επιλέχθηκαν παραπάνω. Επομένως, προκύπτει: -4 T 6*10 T K* b b b 12m -5 K 5*10 44

54 Πορώδες υδροφορέων: Σύμφωνα με εκτιμήσεις για τους εδαφικούς σχηματισμούς που εμφανίζονται στην περιοχή μελέτης και με την παραδοχή ότι το ενεργό πορώδες παραμένει σταθερό καθ όλη την έκταση της λεκάνης απορροής, η τιμή που τελικά επιλέγεται για την εν λόγω παράμετρο είναι 0,30. Υδραυλική κλίση υδροφορέων: Ο υπολογισμός της υδραυλικής κλίσης βασίζεται εξολοκλήρου στην κατανομή της στάθμης του υπόγειου νερού καθ όλη της έκταση της λεκάνης απορροής και πραγματοποιείται με τη βοήθεια χαρτών, που παρήχθησαν μέσω σταθμημετρήσεων από τις γεωτρήσεις παρατήρησης και την εφαρμογή ειδικών γεωστατιστικών μεθόδων. Έχει διαπιστωθεί ότι για την εν λόγω περιοχή, η τιμή της υδραυλικής κλίσης που δίνεται από τον τύπο i = Δh/L, είναι ίση με i=9,6825* Κλιματικά στοιχεία Η λεκάνη των Μουδανιών εντάσσεται στο ανατολικό τμήμα της ευρύτερης λεκάνης της Μεσογείου, η οποία αποτελεί μια μεταβατική ζώνη στις περιοχές των υποτροπικών υψηλών και στις περιοχές των μέσων γεωγραφικών πλατών. Τα διαθέσιμα βροχομετρικά στοιχεία (Λατινόπουλος, 2003) προέρχονται από το σταθμό του Αγίου Μάμα, ο οποίος βρίσκεται νοτιοανατολικά της λεκάνης απορροής και σε απόσταση 2 km από την περίμετρο της. Στον πίνακα 4.3 παρουσιάζονται οι μέσες μηνιαίες τιμές ύψους βροχής και θερμοκρασιών για την περίοδο , καθώς και η μέση ετήσια τιμή της θερμοκρασίας και η μέση τιμή του ετήσιου ύψους βροχής. Πίνακας 4.3: Μέσες μηνιαίες τιμές θερμοκρασίας και ύψους βροχής για την περίοδο σταθμού Αγίου Μάμα. Μήνας Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ ΕΤΗΣΙΑ T( o C) 6,4 7,7 10,1 14,6 19,3 24,0 25,6 26,3 22,4 19,8 12,0 10,8 16,6 P(mm) 32,6 35,9 29,9 34,6 35,8 23,7 24,3 17,1 20,2 39,5 60,1 50,7 404,4 Παρατηρώντας τον παραπάνω πίνακα, βλέπουμε ότι ο πιο θερμός μήνας είναι ο Αύγουστος με 26,3 o C και ο πιο ψυχρός μήνας είναι ο Ιανουάριος με 6,5 o C. Αντίστοιχα, το μεγαλύτερο ύψος βροχής παρατηρείται τον μήνα Νοέμβριο με 60,1 mm, ενώ το μικρότερο ύψος βροχής παρατηρείται το μήνα Αύγουστο με 17,1 mm. Το ετήσιο ύψος βροχής είναι ίσο με 404,4 mm. 45

55 4.3 Εκτίμηση κλιματικών αλλαγών στη λεκάνη των Μουδανιών με τη βοήθεια περιοχικών κλιματικών μοντέλων Περιγραφή των μοντέλων Εισαγωγικά στοιχεία Είναι γεγονός ότι τα Μοντέλα Γενικής κυκλοφορίας αποτελούν το βασικό εργαλείο για την απεικόνιση της συμπεριφοράς του πλανητικού κλιματικού συστήματος. Ερευνούν τις διαδικασίες που είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση της γενικής κυκλοφορίας και της φυσικής ή μη μεταβλητότητάς της, αξιολογούν τη σημασία των διαφόρων καταναγκασμών για τις παρατηρηθείσες κλιματικές αλλαγές και παρέχουν εκτιμήσεις της απόκρισης του συστήματος σε διάφορα μελλοντικά σενάρια. Παρ όλο που τα Μοντέλα Γενικής Κυκλοφορίας παραμένουν η πρωταρχική πηγή περιοχικών δεδομένων για το κλίμα που πιθανόν να υπάρχει στο μέλλον, οι διάφορες μέθοδοι υποβιβασμού κλίμακας παρέχουν πολύτιμες πρόσθετες λεπτομέρειες σε μικρότερες κλίμακες. Αυτό μπορεί να γίνει με τη χρήση υψηλότερης ανάλυσης σε δυναμικά μοντέλα ή με εμπειρικές-στατιστικές μεθόδους. Με την εξέλιξη αυτών των μεθόδων, μπορεί πλέον η έρευνα να εστιαστεί στα τοπικά χαρακτηριστικά του κλίματος Χρήση περιοχικών κλιματικών μοντέλων για τη περιοχή των Μουδανιών Παρά τις κλιματικές εκτιμήσεις των παγκόσμιων ή περιοχικών μοντέλων που εστιάζουν στην Ευρώπη, είναι απαραίτητη η εξέταση της απόκρισης του τοπικού κλιματικού συστήματος στον ελλαδικό χώρο για την απόκτηση πιο λεπτομερειακών δεδομένων. Αυτό έχει γίνει δυνατό τα τελευταία χρόνια με τη χρήση διαφόρων μεθόδων υποβιβασμού κλίμακας, (Tolika et al.2006, Tolika et al.2008). Τα περιοχικά κλιματικά μοντέλα, παρά τις δυσκολίες που παρουσιάζει η εφαρμογή τους, έχουν εξελιχθεί πολύ. Ως δεδομένα για την εκτίμηση των κλιματικών αλλαγών και των μελλοντικών ισοζυγίων στην λεκάνη απορροής της περιοχής έρευνας των Μουδανιών, χρησιμοποιούνται τα αποτελέσματα του περιοχικού μοντέλου KNMI-RACMO2, (Πηγή: European Commission ENSEMBLES project Επιστημονικός Υπεύθυνος κ. Παναγιώτης Μαχαίρας, Καθηγητής Κλιματολογίας Α.Π.Θ.). Πρόκειται για μοντέλο δυναμικού υποβιβασμού κλίμακας, το οποίο έχει χωρική ανάλυση 25x25 km, αλλά διαφοροποιείται ως προς τον «γονέα» μοντέλο γενικής κυκλοφορίας και ως προς το σενάριο εκπομπών SRES που εφαρμόζει. Παρακάτω παρουσιάζεται αναλυτικά το μοντέλο (Tolika et al., 2008). 46

56 Μοντέλο KNMI-RACMO2 To Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI) δημιούργησε το δυναμικό μοντέλο (ΚΝΜΙ-RACMO2) με «γονέα» μοντέλο γενικής κυκλοφορίας το ECHAM5. Τα δεδομένα καλύπτουν τη χρονική περίοδο και για τις μελλοντικές προβολές του χρησιμοποιήθηκε το σενάριο εκπομπών SRES A1B. Το RACMO2 βασίστηκε στις φυσικές παραμετροποιήσεις (23r4) του ΕCMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasts ( ECMWF the centre) οι οποίες εφαρμόστηκαν και κατά τη δημιουργία της βάσης δεδομένων re-analysis ERA-40 ( Πιο αναλυτικά το παρόν μοντέλο χρησιμοποιεί βελτιωμένες παραμετροποιήσεις ροής μάζας και παραμετροποιήσεις φυσικής και πρόγνωσης νεφών κατά Tiedtke (1989), καθώς και εξισώσεις TESSEL για την προσομοίωση των επιφανειακών και επιεδάφιων διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων τεσσάρων επιπέδων εδάφους (τόσο για την υγρασία όσο και για τη θερμοκρασία του εδάφους) και της επιεδάφιας θερμοκρασίας. Το RACMO2 χρησιμοποιεί ημιλαγκρασιανό δυναμικό πυρήνα και η χωρική του ανάλυση είναι 25x25km. Η περιοχή που καλύπτει (ευρωπαϊκός χώρος) παρουσιάζει 114 σημεία πλέγματος κατά γεωγραφικό μήκος και 124 κατά γεωγραφικό πλάτος. Τα κατακόρυφα επίπεδά του φτάνουν σε αριθμό τα 40. Αξίζει να αναφερθεί ότι έχει γίνει βελτίωση όσον αφορά στις οριζόντιες συνιστώσες του ανέμου, ώστε να γίνεται καλύτερη αναπαραγωγή των μέσων πεδίων των πιέσεων στην περιοχή που καλύπτει το μοντέλο Εφαρμογή του περιοχικού κλιματικού μοντέλου στην περιοχή των Μουδανιών Γενικά στοιχεία εφαρμογής Για τη διερεύνηση του κλίματος της περιοχής έρευνας, επιλέχθηκαν τέσσερα σημεία πλέγματος (grid points), τα οποία καλύπτουν την ευρύτερη περιοχή της Χαλκιδικής, εφόσον τα μοντέλα έχουν χωρική ανάλυση 25x25km. Οι συντεταγμένες τους παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.4, ενώ η τοποθεσία τους φαίνεται στο Σχήμα 4.5 Είναι λογικό τα σημεία πλέγματος να μην εφαρμόζουν ακριβώς στην περιοχή έρευνας, γι αυτό και λαμβάνεται το μεσοποιημένο σημείο πλέγματος, δηλαδή ο μέσος όρος των αντίστοιχων μετεωρολογικών παραμέτρων των τεσσάρων σημείων. 47

57 Πίνακας 4.4: Συντεταγμένες των τεσσάρων σημείων πλέγματος Σημείο πλέγματος Grid point 1 Grid point 2 Grid point 3 Grid point 4 Μεσοποιημένο Κασσανδρινό Ν. Πλάγια Γερακινή Γαλάτιστα Grid point Γεωγραφικό μήκος 23,45 23,19 23,47 23,21 23,33 Γεωγραφικό πλάτος 40,03 40,27 40,25 40,49 40,26 Τα δεδομένα του μοντέλου ΚΝΜΙ-RACMO2 είναι ημερήσια και περιλαμβάνουν ύψος βροχής, μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία καθώς και την εξατμισοδιαπνοή, υπολογιζόμενη σύμφωνα με τη συνδυασμένη μέθοδο FAO Penman Monteith που παρουσιάζει πολύ καλή συσχέτιση. Από τα δεδομένα θα υπολογίζονται οι μέσες εξαμηνιαίες τιμές των παραπάνω παραμέτρων σύμφωνα με το διαχωρισμό που έγινε στο έτος σε δύο περιόδους: τη χειμερινή (που περιλαμβάνει τους μήνες Νοέμβριο έως Απρίλιο) και τη θερινή (που περιλαμβάνει τους μήνες Μάιο έως Οκτώβριο). Οι χρονικές περίοδοι οι οποίες εξετάζονται στην παρούσα εργασία είναι η περίοδος και η περίοδος για το μοντέλο KNMI-RACMO2. Το μοντέλο, χάριν συντομίας, θα αναφέρεται παρακάτω ως KNMI. Στο Σχήμα 4.5 εμφανίζεται η τοποθεσία των τεσσάρων σημείων πλέγματος. Σχήμα 4.5: Τοποθεσία των τεσσάρων σημείων πλέγματος. 48

58 Περίοδος Η περίοδος μελετάται με την παρακολούθηση των κατανομών των εξαμηνιαίων θερμοκρασιών, βροχοπτώσεων και της εξατμισοδιαπνοής ανά δεκαετία και των μεταβολών για όλη την τριακονταετία. Να σημειωθεί σε αυτό το σημείο ότι, όπως προαναφέρθηκε, για κάθε δεκαετία, ο χρόνος διαχωρίζεται σε δύο εξάμηνα, αυτό της χειμερινής περιόδου και αυτό της θερινής περιόδου. Ο λόγος που γίνεται αυτός ο διαχωρισμός, είναι να διαπιστωθεί η διαφορά στη λειτουργία του υδροφορέα ανάμεσα στις δυο διαφορετικές περιόδους του χρόνου, επηρεαζόμενη από τις καιρικές μεταβολές που συμβαίνουν στο χρονικό διάστημα του έτους. Οι τιμές υπολογίστηκαν για το μεσοποιημένο σημείο πλέγματος. Τα πραγματικά διαθέσιμα στοιχεία, (Λατινόπουλος, 2003) προέρχονται από το σταθμό του Αγίου Μάμα όπως προαναφέρθηκε και αφορούν, τις μέσες μηνιαίες τιμές ύψους βροχής και θερμοκρασιών για την περίοδο Παρακάτω παρουσιάζεται ο πίνακας με τις μηνιαίες τιμές θερμοκρασιών, βροχοπτώσεων και εξατμισοδιαπνοής ανά δεκαετία καθώς και η ετήσια και εξαμηνιαία τιμή των τριών αυτών μετεωρολογικών παραμέτρων ως άθροισμα των μηνιαίων μέσων τιμών για κάθε μια από τις δυο περιόδους για το μοντέλο KNMI (Πίνακας 4.5 ) Η εκτίμηση της δυναμικής εξατμισοδιαπνοής έγινε σύμφωνα με τα δεδομένα που προέκυψαν από τη συνδυασμένη μέθοδο FAO Penman Monteith. Οι τιμές της εξατμισοδιαπνοής, εξαρτώνται από το ύψος βροχής αλλά και τη θερμοκρασία, για κάθε δεκαετία. Αυτό που παρατηρείται, κυρίως για τη θερινή περίοδο είναι ότι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής είναι μηδενική. Αυτό συμβαίνει γιατί ορισμένους μήνες του χρόνου (κυρίως τους θερινούς), τα επίπεδα των βροχοπτώσεων είναι μικρά ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται μεγάλη ποσότητα του νερού που καταρρέει και τελικά να μην περισσεύει κάποια ποσότητα να κατεισδύσει στον υπόγειο υδροφορέα. Για μια συγκεκριμένη περιοχή και για ορισμένη περίοδο, τα αποτελέσματα του μοντέλου θα πρέπει να βρίσκονται σε συμφωνία με τις ήδη υπάρχουσες παρατηρήσεις. Για το σκοπό αυτό, επιχειρείται η σύγκριση των μηνιαίων κατανομών θερμοκρασίας και βροχοπτώσεων που εκτιμώνται από τα μοντέλα για την τριακονταετία , με τις καταγραφές των τιμών από το σταθμό του Αγίου Μάμα για την περίοδο , θεωρώντας ότι η χρονική διαφορά ανάμεσα στις δύο περιόδους θεωρείται μικρή. 49

59 Πίνακας 4.5: Μηνιαίες τιμές μετεωρολογικών παραμέτρων για την περίοδο για το μοντέλο KNMI. Μοντέλο KNMI Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ ΕΤΗΣΙΑ ΧΕΙΜ.ΠΕΡ ΘΕΡ.ΠΕΡ. Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή

60 Ακολουθούν τα διαγράμματα στα οποία φαίνεται η κατανομή των θερμοκρασιών, των βροχοπτώσεων και της εξατμισοδιαπνοής για τις περιόδους ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΝΜΙ-Χρονοσειρά θερμοκρασιών Θερμοκρασία ( c C) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν 5 0 Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.6: Χρονοσειρά θερμοκρασιών για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. ΜΟΝΤΕΛΟ KNMI-Χρονοσειρά βροχοπτώσεων Ύψος βροχής (cm) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.7: Χρονοσειρά βροχοπτώσεων για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. 51

61 ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΝΜΙ - Χρονοσειρά εξατμισοδιαπνοής (mm/d) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.8: Χρονοσειρά εξατμισοδιαπνοής για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. Παρακάτω, παρουσιάζονται οι πίνακες που περιέχουν τα δεδομένα της μέσης θερμοκρασίας και των βροχοπτώσεων για την τριακονταετία για το μοντέλο KNMI, (Πίνακες 4.6, 4.7). Επίσης, για να γίνει σωστή σύγκριση, διενεργείται ο Έλεγχος t (t-test, Πακέτο εργαλείων στατιστικής ανάλυσης του προγράμματος Excel) ώστε να ελεγχθεί εάν οι διαφορές των αποτελεσμάτων του μοντέλου από τις πραγματικές τιμές είναι στατιστικά σημαντικές. Επιλέγεται ο έλεγχος για ίσες διακυμάνσεις, εφόσον αναφερόμαστε στην ίδια χρονική περίοδο. Προστίθεται λοιπόν μία επιπλέον στήλη η οποία δείχνει την τιμή Ρ (αν Ρ<0.05, οι διαφορές είναι στατιστικά σημαντικές). Πίνακας 4.6: Μηνιαία κατανομή μέσων θερμοκρασιών για την τριακονταετία Θερμοκρασία Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ (ttest) Μοντέλο KNMI 6,7 6,6 8,9 12,3 16,8 21,9 24,5 24,4 20,5 15,5 11,5 7,5 0,264 Πραγματικές τιμές ( ) 6,4 7,7 10,1 14,6 19, ,6 26,3 22,4 19, ,8-52

62 Πίνακας 4.7: Μηνιαία κατανομή βροχοπτώσεων για την τριακονταετία Βροχόπτωση Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Όπως φαίνεται και στους πίνακες 4.6 και 4.7, οι τιμές που προέρχονται από το μοντέλο διαφέρουν από τις πραγματικές τιμές, ειδικά όσον αφορά στις βροχοπτώσεις. Ο βασικός λόγος που συμβαίνει αυτό, πέρα από τη δυσκολία προσομοίωσης της φυσικής μεταβλητότητας του κλίματος, είναι ότι η θάλασσα και οι ορεινοί-λοφώδεις όγκοι που υπάρχουν στην περιοχή των Μουδανιών δε λαμβάνονται υπόψη από τα μοντέλα στις διάφορες παραμετροποιήσεις. Παρακάτω παρουσιάζεται ο Πίνακας 4.8, ο οποίος περιέχει τα δεδομένα της εξατμισοδιαπνοής υπολογιζόμενης με την μέθοδο Thornthwaite για την τριακονταετία με βάση: α) τα δεδομένα του μοντέλου KNMI και β) τις πραγματικές τιμές για την περίοδο , (Λατινόπουλος, 2003). Με τη βοήθεια του Ελέγχου t διαπιστώνεται ότι, αφού ισχύει Ρ>0,05, η διαφορά των αποτελεσμάτων του μοντέλου KNMI από τις τιμές των παρατηρήσεων δεν είναι στατιστικά σημαντικές. (ttest) Μοντέλο KNMI 59,9 55, ,7 16,9 4,2 6,4 2,1 15,3 36,7 55,1 46,8 0,436 Πραγματικές τιμές ( ) 32,6 35,9 29,9 34,6 35,8 23,7 24,3 17,1 20,2 39,5 60,1 50,7 - Πίνακας 4.8: Μηνιαία κατανομή της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής υπολογιζόμενη με την μέθοδο Thornthwaite για την τριακονταετία Εξατμισοδιαπνοή Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Μοντέλο KNMI 13,6 13,1 26,0 45,6 83,7 127,3 154,1 143,7 95,6 56,6 31,3 15,6 Πραγματικές τιμές ( ) 9,7 12,8 25, ,7 137,6 155,9 151,7 101,5 75,5 27,9 22, Μελλοντικές εκτιμήσεις (Περίοδος ) Οι μελλοντικές εκτιμήσεις γίνονται για την περίοδο για το μοντέλο ΚΝΜΙ. Η μέση θερμοκρασία στο μοντέλο ΚΝΜΙ εκτιμάται ότι θα αυξηθεί από 15 C τη δεκαετία , στους 17 C στα τέλη του 2050 και στους 18,7 C στα τέλη του Όσον αφορά στις βροχοπτώσεις, δεν ακολουθούν μια γενική τάση παράλληλη με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό είναι λογικό, εξαιτίας της φυσικής μεταβλητότητας του κλίματος που επηρεάζει τις βροχοπτώσεις. 53

63 Αυτό που παρατηρείται, κυρίως για τη θερινή περίοδο αλλά και για τις δεκαετίες , και για τη χειμερινή περίοδο, είναι ότι η τιμή της εξατμισοδιαπνοής είναι μηδενική. Αυτό συμβαίνει γιατί ορισμένους μήνες του χρόνου (κυρίως τους θερινούς), τα επίπεδα των βροχοπτώσεων είναι μικρά ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται μεγάλη ποσότητα του νερού που καταρρέει και τελικά να μην περισσεύει κάποια ποσότητα να κατεισδύσει στον υπόγειο υδροφορέα. Στον πίνακα 4.9 που ακολουθεί, παρουσιάζονται οι μηνιαίες τιμές θερμοκρασιών, βροχοπτώσεων και εξατμισοδιαπνοής ανά δεκαετία καθώς και η ετήσια και εξαμηνιαία τιμή των τριών αυτών μετεωρολογικών παραμέτρων ως άθροισμα των μηνιαίων μέσων τιμών για κάθε μια από τις δυο περιόδους για το μοντέλο KNMI. 54

64 Πίνακας 4.9: Μηνιαίες τιμές μετεωρολογικών παραμέτρων για την περίοδο για το μοντέλο KNMI. Μοντέλο KNMI Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ ΕΤΗΣΙΑ ΧΕΙΜ.ΠΕΡ ΘΕΡ.ΠΕΡ. Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή Θερμοκρασία Βροχόπτωση Εξατμισοδιαπνοή

65 Ακολουθούν τα διαγράμματα στα οποία φαίνεται η κατανομή των θερμοκρασιών, των βροχοπτώσεων και της εξατμισοδιαπνοής για τις περιόδους ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΝΜΙ-Χρονοσειρά θερμοκρασιών Θερμοκρασία ( ο C) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.9: Χρονοσειρά θερμοκρασιών για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΝΜΙ-Χρονοσειρά βροχοπτώσεων Ύψος βροχής (cm) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.10: Χρονοσειρά βροχοπτώσεων για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. 56

66 ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΝΜΙ-Χρονοσειρά εξατμισοδιαπνοής (mm/d) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ Σχήμα 4.11: Χρονοσειρά εξατμισοδιαπνοής για τις περιόδους για το μοντέλο ΚΝΜΙ. 4.4 Μελέτη του υδρολογικού ισοζυγίου της λεκάνης των Μουδανιών ως αποτέλεσμα των κλιματικών αλλαγών Κατάστρωση εξίσωσης υδατικού ισοζυγίου Η πρακτική σημασία του ετήσιου υδρολογικού ισοζυγίου είναι ο ποσοτικός υπολογισμός των εισροών και εκροών σε μια υδρολογική λεκάνη. Κατά τον υπολογισμό του υδρολογικού ισοζυγίου υπεισέρχονται στοιχεία κλιματολογικά (ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα), μετεωρολογικά (θερμοκρασία αέρα, που κυρίως επηρεάζει την εξατμισοδιαπνοή), υδρολογικά δεδομένα (επιφανειακή και υπόγεια απορροή), στοιχεία εδαφολογικά υδρογεωλογικά (κατείσδυση, συγκρατούμενη εδαφική υγρασία κ.ά.), καθώς επίσης και ανθρωπογενείς παράγοντες, όπως καταναλώσεις για την ύδρευση, την άρδευση, τη βιομηχανία κ.ά. Για τον υπολογισμό του υδρολογικού ισοζυγίου απαιτούνται μακροχρόνιες και αξιόπιστες παρατηρήσεις και μετρήσεις που αφορούν την υδρολογία, τους κλιματικούς παράγοντες, τις καταναλώσεις, την πιεζομετρία και την κατείσδυση στην υδρολογική λεκάνη. Υπάρχει μια στατιστική αβεβαιότητα που μπορεί να καταστήσει αναξιόπιστα τα αποτελέσματα που θα προκύψουν από τους διάφορους υπολογισμούς και συχνά εξαιτίας των σφαλμάτων οι υπολογισμοί αποκλίνουν από τα πραγματικά μεγέθη των ποσοτήτων νερού, που αφορούν τη λεκάνη στην οποία γίνεται το υδρολογικό ισοζύγιο (Τζιμόπουλος κ.α., 2004). 57

67 Το υδατικό ισοζύγιο μπορεί γενικά να εκφραστεί από την παρακάτω εξίσωση (Λατινόπουλος, 2003): V = P - E t G +DS - A X (4.1) όπου: V = ετήσιο ισοδύναμο ύψος απορροής P = ετήσιο ισοδύναμο ύψος κατακρημνίσεων E t = ετήσιο ισοδύναμο ύψος εξατμισοδιαπνοής G = ετήσιο ισοδύναμο ύψος διήθησης στο έδαφος DS = ετήσιο ισοδύναμο ύψος μεταβολής του αποθηκευμένου ύδατος στον υδροφορέα A X = ετήσιο ισοδύναμο ύψος υδροληψίας (τεχνητή αφαίρεση) Οι υπολογισμοί (Λατινόπουλος, 2003) εξηγούνται εν συντομία παρακάτω. Στους υπολογισμούς αυτούς εισήχθησαν ως δεδομένα εισόδου οι εκτιμήσεις των μοντέλων για τη θερμοκρασία και τις βροχοπτώσεις. Επομένως για την εξίσωση 41: Το Ρ προκύπτει από μακροχρόνιες άμεσες μετρήσεις, που στην παρούσα εφαρμογή είναι τα αποτελέσματα του μοντέλου ΚΝΜΙ για τις κατακρημνίσεις. Το E t προκύπτει με βάση μεθόδους υπολογισμού, έμμεσα από τη θερμοκρασία και το Π, πάλι δηλαδή έχουμε ως δεδομένα εισόδου τις εκτιμήσεις των μοντέλων. Τα G και DS υπολογίστηκαν κατά την υδρογεωλογική μελέτη με βάση γεωτρήσεις στην περιοχή της λεκάνης. Το A X είναι γνωστό από τον φορέα που τυχόν εκμεταλλεύεται τους υδατικούς πόρους της περιοχής. Η εκτίμηση της δυναμικής εξατμισοδιαπνοής έγινε με τη συνδυασμένη μέθοδο FAO Penman Monteith, που είναι εμπειρική μέθοδος. Με τη μέθοδο αυτή υπολογίζονται οι τιμές της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής για κάθε μήνα με συνυπολογισμό μετεωρολογικών παραμέτρων όπως η μέση θερμοκρασία και ηλιοφάνεια. Ο συντελεστής απορροής για τα μηνιαία δεδομένα εκτιμήθηκε με βάση την γεωμορφολογία της περιοχής και την εμφανή εδαφική στρώση και φυτοκάλυψη. Το υδατικό ισοζύγιο υπολογίστηκε για δυο περιόδους, τη χειμερινή (για τους μήνες Νοέμβριο έως και Απρίλιο) και τη θερινή (για τους μήνες Μάιο έως και Οκτώβριο) Εκτίμηση υδατικών αναγκών Η συνολική ζήτηση νερού της περιοχής μελέτης αφορά αποκλειστικά την εκμετάλλευση υπόγειων υδατικών πόρων. Η συνολική κατανάλωση των υδατικών πόρων διακρίνεται σε 58

68 κατηγορίες ανάλογα με τη χρήση, η οποία διακρίνεται σε αστική, αγροτική κτηνοτροφικήπτηνοτροφική και βιομηχανική-βιοτεχνική. Στον επόμενο πίνακα 4.10 παρουσιάζεται η εκτίμηση των υδατικών αναγκών για όλη την περιοχή της λεκάνης και για κάθε χρήση χωριστά. (Λατινόπουλος, 2003) Πίνακας 4.10 Ετήσια απαιτούμενη ποσότητα νερού (σε m 3 /έτος) για το σύνολο της περιοχής της λεκάνης ανά είδος χρήσης (Λατινόπουλος, 2003) Είδος χρήσης Εκτίμηση κατανάλωσης νερού (σε m 3 /έτος) Αστική χρήση ,00 Αγροτική χρήση ,61 Κτηνοτροφική-Πτηνοτροφική χρήση ,50 Λόγω ότι η μεγαλύτερη ζήτηση νερού παρουσιάζεται στον αγροτικό τομέα, στον επόμενο πίνακα 4.11 φαίνονται οι απαιτούμενες ποσότητες νερού ανά είδος καλλιέργειας. Πίνακας 4.11: Ετήσια απαιτούμενη ποσότητα νερού (σε m 3 /έτος) για το σύνολο της περιοχής της λεκάνης για αγροτική χρήση ανά είδος καλλιέργειας (Λατινόπουλος, 2003) Είδος χρήσης Αμπέλια Κηπευτικά Δενδρώδη Αροτριαία Απαιτούμενη ποσότητα νερού για άρδευση (σε m 3 /έτος) , , , ,74 Σε αυτό το σημείο να τονιστεί ότι, για τις ανάγκες της παρούσας διπλωματικής εργασίας, έγινε η παραδοχή ότι οι υδατικές ανάγκες για τις δύο διαφορετικές περιόδους του χρόνου (χειμερινή-θερινή) για τα παραπάνω τρία είδη χρήσεων κατανέμονται ως εξής: για τις ανάγκες της ύδρευσης θεωρείται ότι το χειμερινό εξάμηνο καταναλώνεται το 1/3 των αναγκών και τα 2/3 το θερινό εξάμηνο, για τις ανάγκες της άρδευσης θεωρείται ότι το χειμερινό εξάμηνο δεν καταναλώνεται καθόλου νερό και ότι όλη η ζήτηση είναι στο θερινό εξάμηνο και για τις ανάγκες της κτηνοτροφίας-πτηνοτροφίας θεωρείται ότι η κατανάλωση σε νερό είναι σταθερή όλο το χρόνο. Αυτά τα στοιχεία παρουσιάζονται αναλυτικά και στον πίνακα 4.12 που ακολουθεί. 59

69 Πίνακας 4.12: Ετήσια και εξαμηνιαία απαιτούμενη περιοχής της λεκάνης ανά είδος χρήσης. ποσότητα νερού για το σύνολο της Είδος χρήσης Ανάγκες σε m 3 / έτος Ανάγκες σε m 3 / χειμερινό εξάμηνο Ανάγκες σε m 3 / θερινό εξάμηνο Αστική χρήση , , ,00 Αγροτική χρήση ,61 0, ,61 Κτηνοτροφική- Πτηνοτροφική χρήση , , , Εκτίμηση υδατικού ισοζυγίου για την περίοδο Το υδατικό ισοζύγιο της λεκάνης των Μουδανιών για την περίοδο έχει υπολογιστεί με βάση την εξίσωση 4.1 που αναλύθηκε προηγουμένως, ίσο με -6,96 εκατ.m 3 (Λατινόπουλος, 2003). Από αυτό το νούμερο εύκολα συνάγεται το συμπέρασμα ότι οι υδατικές ανάγκες υπερέβαιναν τη φυσική προσφορά των ανανεώσιμων αποθεμάτων του νερού. Στους παρακάτω πίνακες, παρουσιάζονται τα υπολογιζόμενα υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για τις δεκαετίες και ξεχωριστά για τη χειμερινή και θερινή περίοδο, βάσει των εκτιμήσεων του μοντέλου ΚΝΜΙ για τις βροχοπτώσεις και τις θερμοκρασίες και την υπολογιζόμενη εξατμισοδιαπνοή από τη συνδυασμένη μέθοδο FAO Penman Monteith, στο μεσοποιημένο σημείο πλέγματος. Οι απαιτούμενες ποσότητες νερού για το σύνολο της λεκάνης, αναλόγως με τις χρήσεις του, υπολογίστηκαν βάσει των τιμών του πίνακα Η επαναπλήρωση του υπόγειου υδροφορέα εκτιμήθηκε βάσει του τύπου: Αρδευτικές ανάγκεςx0,1+υδρευτικές ανάγκες x0,8 x0,6 (Λατινόπουλος, 2003). Αυτό που παρατηρείται, κυρίως για τη θερινή περίοδο αλλά και για τις δεκαετίες , και για τη χειμερινή περίοδο, είναι ότι η τιμή της διαφοράς των βροχοπτώσεων με την εξατμισοδιαπνοή είναι μηδενική. Αυτό συμβαίνει γιατί ορισμένους μήνες του χρόνου (κυρίως τους θερινούς), τα επίπεδα των βροχοπτώσεων είναι μικρά ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται μεγάλη ποσότητα του νερού που καταρρέει και τελικά να μην απομένει κάποια ποσότητα να κατεισδύσει στον υπόγειο υδροφορέα (βλ. πινάκα 4.5 και πίνακα 4.9). Από τον υπολογισμό των υδατικών ισοζυγίων για τις δεκαετίες και για τις τιμές που προκύπτουν, εύκολα συνάγεται το συμπέρασμα ότι οι υδατικές ανάγκες υπερβαίνουν τη φυσική προσφορά των ανανεώσιμων αποθεμάτων του νερού. 60

70 Πίνακας 4.13: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για την περίοδο για το χειμερινό εξάμηνο. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδευτικές ανάγκες(10 6 m 3 ) Κτηνοτροφ. Ανάγκες(10 6 m 3 ) Υδρευτικές ανάγκες(10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών(10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 ) Πίνακας 4.14: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για την περίοδο για το θερινό εξάμηνο. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδευτικές ανάγκες(10 6 m 3 ) 61 Κτηνοτροφ. Ανάγκες(10 6 m 3 ) Υδρευτικές ανάγκες(10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών(10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 )

71 4.5 Περιγραφή του προγράμματος Modflow Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται όλο και περισσότεροι μέθοδοι προσομοίωσης (simulation) και μοντελοποίησης (modelling), προκειμένου να επιτευχθούν προσεγγιστικές λύσεις σε πολλά επιστημονικά προβλήματα. Ως προσομοίωση καλείται η διαδικασία εκείνη κατά την οποία η εφαρμογή ενός μοντέλου οδηγεί στην αναπαραγωγή της πραγματικότητας. Με τις μεθόδους προσομοίωσης γίνεται προσπάθεια να περιγραφεί ένα φυσικό φαινόμενο με τη βοήθεια μαθηματικών μοντέλων, όσο πιο ρεαλιστικά γίνεται. Τα μαθηματικά μοντέλα είναι αυτά που χρησιμοποιούνται κυρίως στην υδρογεωλογία για τη διερεύνηση, την κατανόηση και την ερμηνεία των μηχανισμών τροφοδοσίας και ροής του υπόγειου νερού Στην περίπτωση προσομοίωσης της ροής του νερού στο υπέδαφος, έχουν αναπτυχθεί προγράμματα σε Η/Υ που χρησιμοποιούν αριθμητικές μεθόδους για την επίτευξη προσεγγιστικών λύσεων της μερικής διαφορικής εξίσωσης της ροής. Ένα από αυτά τα προγράμματα είναι και το ευρύτατα διαδεδομένο λογισμικό πακέτο GMS, που περιλαμβάνει και την εφαρμογή Modflow. Ο κώδικας Modflow δίνει τη δυνατότητα μονοδιάστατης, δισδιάστατης ή εν δυνάμει τρισδιάστατης προσομοίωσης. Αξίζει να σημειωθεί η ιδιαίτερα αναπτυγμένη δυνατότητα παρουσίασης των δεδομένων εισόδου και των αποτελεσμάτων προσομοίωσης που προσφέρεται μέσω κινούμενων γραφικών (πιεζομετρία, δίκτυο ροής κλπ). Με τον τρόπο αυτό ελαχιστοποιούνται οι πιθανότητες λάθους και ο χρόνος που απαιτείται για την σχεδίαση του ομοιώματος, ενώ παρέχεται η δυνατότητα ελέγχου σε κάθε στάδιο της λειτουργίας του. Απαραίτητα δεδομένα εισόδου για την εφαρμογή του Μodflow αποτελούν τα εξής : Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα Αρχικές συνθήκες δηλ. οι τιμές του πιεζομετρικού φορτίου σε όλους τους κόμβους του καννάβου Οριακές συνθήκες είτε με τιμές πιεζομετρικού φορτίου, είτε με τη μορφή ροής στα όρια του καννάβου Βάθη υδροφόρων στρωμάτων Υδραυλικές παράμετροι (υδραυλική αγωγιμότητα, συντελεστής αποθηκευτικότητας) Παροχές αντλήσεων ή εμπλουτισμού Δεδομένα κατείσδυσης, που προκύπτουν από τις βροχοπτώσεις, την εξατμισοδιαπνοή και το είδος των γεωλογικών σχηματισμών. Διηθήσεις από ποταμοχειμάρρους Επιστροφές άρδευσης Το Modflow βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών, που αποτελεί μία από τις αριθμητικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των υπόγειων ροών. 62

72 Στην μοντελοποίηση ροής υπόγειου νερού χρησιμοποιούνται κυρίως οι εξής αριθμητικές μέθοδοι: Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Αυτές οι μέθοδοι είναι ευρύτερα διαδεδομένες στο χώρο της μοντελοποίησης της υπόγειας ροής και βασίζονται στην κατάστρωση ενός κώδικα που αναλαμβάνει να επιλύσει μια ομάδα αλγεβρικών εξισώσεων, οι οποίες έχουν δημιουργηθεί από προσέγγιση των επιμέρους διαφορικών εξισώσεων (βασική εξίσωση, συνοριακές συνθήκες και αρχικές συνθήκες) και οι οποίες σχηματίζουν ένα μαθηματικό μοντέλο. Η μέθοδος των πεπερασμένων διαφορών είναι ευκολότερα κατανοητή. Γενικά, απαιτεί την εισαγωγή λιγότερων στοιχείων προκειμένου να κατασκευαστεί ο κάνναβος των πεπερασμένων διαφορών. Το Modflow, που όπως προαναφέρθηκε, βασίζεται στη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών, θεωρείται ως ένα από τα πιο τυπικά μοντέλα υπόγειας ροής. Αξιοποιεί έναν πυκνό κάνναβο και τις εκτιμώμενες υδραυλικές παραμέτρους για την προσομοίωση της ροής και εξάγει ισοδυναμικές γραμμές ενώ μπορεί να εξετάσει τα μεγάλα σύνθετα πρότυπα κατά τρόπο απλό και αποδοτικό. 4.6 Εφαρμογή του μοντέλου στην περιοχή μελέτης Τα γενικά χαρακτηριστικά του μοντελοποιητή Modflow, για την προσομοίωση της υπόγειας ροής του νερού, καθώς και τα βήματα με τα οποία έγινε η εφαρμογή του μοντέλου στην περιοχή μελέτης των Μουδανιών, παρουσιάζονται αναλυτικά στη συνέχεια, με βάση τη σειρά που έγιναν. Το υπόστρωμα της περιοχής αποτελείται από τεσσάρων ειδών στρώματα ιζημάτων που είναι τα εξής: άργιλος, άργιλος με χαλίκι, χάλικες και αμμοχάλικες. Το ανώτερο στρώμα, που αποτελείται κυρίως στις περισσότερες περιοχές από άργιλο, θα διαμορφωθεί ως ελεύθερο στρώμα και τα τρία χαμηλότερα θα διαμορφωθούν ως περιορισμένα στρώματα. Επίσης θα θεωρηθεί ότι η εισροή στο σύστημα γίνεται μέσω της επαναφόρτισης λόγω βροχόπτωσης καθώς και από ποταμοχειμάρρους που υπάρχουν στην περιοχή και συμβάλλουν στον εμπλουτισμό του υπόγειου υδροφορέα. Θα απεικονίσουμε αυτά τα ρέματα ως αγωγούς. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα βήματα με τα οποία έγινε η μοντελοποίηση της λεκάνης των Μουδανιών και η προσομοίωση της ροής του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα από το πρόγραμμα Modflow. 1) Δημιουργία ομοιώματος Αρχικά, έγινε η εισαγωγή της εικόνας-υποβάθρου, που παρουσιάζει την περιοχή μελέτης. Πρέπει να αναφερθεί ότι όλα τα αρχεία που χρησιμοποιήθηκαν για την 63

73 κατασκευή του ομοιώματος είχαν ως σύστημα αναφοράς των συντεταγμένων τους το ΕΓΣΑ 87. Το μοντέλο δημιουργήθηκε πάνω σε προηγούμενο μοντέλο που είχε διαμορφωμένη τη γεωλογία της περιοχής μελέτης με όλους τους εδαφικούς σχηματισμούς που παρουσιάζονται εκεί. Αυτό φαίνεται και στο σχήμα 4.12 που παρατίθενται στη συνέχεια (Παπαπέτρου Μ.,2009) Έγινε εισαγωγή των υψομέτρων της στάθμης του υπόγειου υδροφορέα, ώστε να οριστεί ακριβώς η επιφάνεια του και να γίνει το μοντέλο πιο ρεαλιστικό στην λειτουργία του. Τα στοιχεία βασίστηκαν σε σταθμημετρήσεις σε συγκεκριμένα σημεία της περιοχής. (Λατινόπουλος, 2003). Έπειτα, έγινε ο προσδιορισμός του εξωτερικού ορίου του μοντέλου. Αυτό πραγματοποιήθηκε δημιουργώντας ένα τόξο με μορφή ενός κλειστού βρόχου στην περίμετρο της περιοχής (boundary). Το επόμενο βήμα στην δημιουργία του ομοιώματος ήταν η κατασκευή τοπικής κάλυψης πηγών. Αυτή η κάλυψη καθορίζει το όριο της περιοχής που διαμορφώνεται και καθορίζει τις τοπικές πηγές συμπεριλαμβανομένων των αγωγών, των ποταμών και των ορίων. Σαν βασικά στοιχεία που εμπλουτίζουν τον υπόγειο υδροφορέα, ορίστηκαν 2 κύρια ποτάμια (spec.heads) σχεδόν στον κέντρο της περιοχής μελέτης, που διαπερνούν όλη την λεκάνη, ενώ ορίστηκαν και κάποιοι χείμαρροι (drains) που συμβάλλουν στην ποσότητα νερού που θα μεταφερθεί στον υπόγειο υδροφορέα. Έγινε καθορισμός των μονάδων μέτρησης (μήκος, αγωγιμότητα, χρόνος, ρυθμός άντλησης, επανατροφοδότηση κ.λπ.) 2) Εισαγωγή δεδομένων ροής Τα δεδομένα ροής αποτελούν τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για τον προσδιορισμό του ομοιώματος. Για τα στοιχεία αυτά, το πρόγραμμα δημιουργεί βάση δεδομένων, με την οποία είναι δυνατός ο καθορισμός των ιδιοτήτων του ομοιώματος σε οποιονδήποτε βρόγχο του πλέγματος. Ο καθορισμός της υδραυλικής αγωγιμότητας και της αποθηκευτικότητας έγινε σύμφωνα με τις τιμές που προαναφέρθηκαν στην παράγραφο Τα βήματα που ακολουθήθηκαν σε αυτό το σημείο περιγράφονται στη συνέχεια. Έγινε εισαγωγή και μεταβολή συνοριακών συνθηκών ροής που περιλαμβάνουν τα εξής: - Σταθερό φορτίο - Ποτάμια - Απορροές - Εξατμισοδιαπνοή - Επανατροφοδότηση 64

74 - Υδροληψίες (Τεχνητή αφαίρεση) Πρέπει να σημειωθεί ότι, ο προσδιορισμός των τιμών επαναφόρτισης (Recharge Rate), συμπεριλάμβανε όλα τα παραπάνω καθώς στην ουσία ο υπολογισμός του έγινε σύμφωνα με την εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου. Αυτό έγινε ούτως ώστε να παρατηρηθεί η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στην λεκάνη των Μουδανιών, που αποτελεί τη διαφορά της συνολικής ποσότητας νερού που εισέρχεται στην λεκάνη με τη συνολική ποσότητα νερού που εξέρχεται από αυτήν, λόγω των αναγκών σε άρδευση, ύδρευση και κτηνοτροφία. 3) Εκτέλεση προσομοίωσης Αφού δημιουργήθηκε το μοντέλο, το πρόγραμμα εκτελέστηκε συνολικά είκοσι έξι φορές, δεκατρείς για τις χειμερινές περιόδους κατά τις δεκαετίες και άλλες δεκατρείς για τις θερινές περιόδους κατά τις ίδιες δεκαετίες. Σε αυτό το σημείο θα γίνει παράθεση κάποιων εικόνων από την εκτέλεση του προγράμματος για την περιοχή μελέτης, για διάφορες δεκαετίες αλλά και για τις δυο περιόδους του χρόνου (χειμερινή και θερινή). Σε κάθε μια εικόνα υπάρχει και μια μικρή επεξήγηση προκειμένου να γίνει πιο κατανοητή η διαδικασία επίλυσης αλλά και η εξαγωγή των συμπερασμάτων που προέκυψαν από την εκτέλεση του προγράμματος. Σχήμα 4.12: Η θέση των τριάντα γεωτρήσεων που συνέβαλλαν στη δημιουργία της επιφάνειας του υπεδάφους στη περιοχή μελέτης (Παπαπέτρου Μ.,2009) 65

75 Παρατηρούμε τις τριάντα γεωτρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να προσομοιωθεί από το πρόγραμμα η γεωμορφολογία της περιοχής. Με κόκκινο χρώμα έχει οριστεί η στρώση του αργιλικού πετρώματος, με πορτοκαλί η στρώση του αργίλου με χαλίκι, με κίτρινο οι χάλικες και με εκρού χρώμα ορίστηκε το στρώμα των αμμοχάλικων. Τα κίτρινα σημεία που φαίνονται ενδιάμεσα από τις γεωτρήσεις, αποτελούν τα υψόμετρα της στάθμης του υπόγειου υδροφορέα. Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν για την εισαγωγή της επιφάνειας του υπόγειου υδροφορέα, βασίστηκαν σε σταθμημετρήσεις που έχουν γίνει σε συγκεκριμένα σημεία της περιοχής. (Λατινόπουλος, 2003). Σχήμα 4.13: Η λεκάνη των Μουδανιών όπως προσομοιώνεται από το λογισμικό πακέτο GMS. Στο σχήμα 4.13, φαίνεται η διαμορφωμένη περιοχή μελέτης από το λογισμικό πακέτο GMS. Με κόκκινο χρώμα ορίζονται τα δυο βασικά ποτάμια που προαναφέρθηκαν ενώ με πράσινο χρώμα φαίνονται οι χείμαρροι που συμβάλλουν στον εμπλουτισμό της περιοχής. Με σκούρο χρώμα ορίζεται το όριο της περιοχής μελέτης (Boundary). 66

76 Σχήμα 4.14: Η λεκάνη των Μουδανιών για τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , όπως προσομοιώνεται από το λογισμικό πακέτο GMS. Από το σχήμα 4.14 φαίνονται ο εμπλουτισμός του υδροφορέα σε όλη την έκταση της λεκάνης εξαιτίας των βροχοπτώσεων. Με γαλάζιο και πράσινο χρώμα σχηματίζονται οι ισοδυναμικές γραμμές ροής. Σχήμα 4.15: Τομή της λεκάνης για τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , όπως προσομοιώνεται από το λογισμικό πακέτο GMS. 67

77 Όπως προαναφέρθηκε, τα χρωματιστά σημεία αντιπροσωπεύουν την προσομοίωση του γεωλογικού υποβάθρου της περιοχής ενώ οι γραμμές με μπλε χρώμα είναι οι γραμμές ροής του νερού που σχηματίζονται μετά την εκτέλεση του προγράμματος. Σχήμα 4.16: Απεικόνιση των γραμμών ροής για τη λεκάνη των Μουδανιών κατά τη χειμερινή περίοδο Στο επόμενο σχήμα, φαίνεται το πώς παρουσιάζονται οι γραμμές ροής από το πρόγραμμα Modflow κατά τη θερινή περίοδο Σχήμα 4.17: Απεικόνιση των γραμμών ροής για τη λεκάνη των Μουδανιών κατά τη θερινή περίοδο

78 Όπως διαπιστώθηκε από τα παραπάνω σχήματα που προηγήθηκαν και παρουσίασαν τη διαμόρφωση του μοντέλου μετά από τη διαδικασία εκτέλεσης του, συνάγεται το συμπέρασμα ότι μεγάλο ρόλο στην ορθή προσομοίωση του μοντέλου, αποτελεί η τιμή επαναφόρτισης που θέτουμε (Recharge Rate). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση του προγράμματος, παρουσιάζονται στον επόμενο πίνακα 4.15, στον οποίο φαίνονται τα εξής: στην πρώτη στήλη παρατίθενται το υδατικό ισοζύγιο της λεκάνης των Μουδανιών, όπως προέκυψε από τους πίνακες 4.13 και 4.14 αθροίζοντας τις διαφορές για τη χειμερινή και θερινή περίοδο σε κάθε δεκαετία ξεχωριστά. Έπειτα, στις επόμενες τρεις στήλες που ακολουθούν παρατίθενται η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού, για κάθε δεκαετία ξεχωριστά, για το χειμερινό και το θερινό εξάμηνο, καθώς και η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού σε ετήσια βάση για τη λεκάνη των Μουδανιών, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το πρόγραμμα Modflow. Στην τελική στήλη, παρουσιάζονται τα τελικά υδατικά ισοζύγια που προκύπτουν από το άθροισμα των αρχικά υπολογιζόμενων υδατικών ισοζυγίων με τη μεταβολή που προκύπτει από το Modflow. Η μεταβολή της αποθηκευμένης ποσότητας νερού για κάθε εξάμηνο προέκυψε από τη διαφορά της εισερχόμενης ποσότητας νερού στη λεκάνη στη μονάδα του χρόνου (Flow in) με την εξερχόμενη ποσότητα νερού από αυτήν στο ίδιο χρονικό διάστημα (Flow out). Αυτή η διαφορά ισούται με τη μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στον υπόγειο υδροφορέα. Τα παραπάνω στηρίζονται στην εξίσωση αποθήκευσης για μια υδρολογική λεκάνη και σύμφωνα με την οποία, αν I και D είναι η εισροή και η εκροή νερού αντίστοιχα, τότε η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στη λεκάνη, στο χρόνο Δt, ισούται με τη διαφορά της συνολικής εισερχόμενης ποσότητα νερού Ι στο χρόνο Δt με τη συνολική εξερχόμενη ποσότητα νερού στο ίδιο χρονικό διάστημα, σύμφωνα με την εξίσωση διατήρησης της μάζας (Γιαννόπουλος, 1997). Τα παρακάτω στοιχεία που παρατίθενται στον πίνακα 4.15, ισχύουν για όλη την λεκάνη απορροής. Σε περίπτωση που επιλέξουμε κάποια συγκεκριμένα σημεία, το πρόγραμμα παρουσιάζει στα επιλεγμένα σημεία διαφορετική φόρτιση και αυτό συμβαίνει λόγω της μορφολογίας της συγκεκριμένης περιοχής που επιλέξαμε αλλά και της γεωγραφικής της θέσης. Επίσης, συμπεραίνουμε ότι όσο μετακινούμαστε προς τα χαμηλότερα επίπεδα (layer 3 και 4) ο εμπλουτισμός είναι σχεδόν μηδενικός έως και αρνητικός (εξαιτίας των συνεχόμενων αντλήσεων από το υπέδαφος για την κάλυψη των αναγκών) ενώ στα δυο πρώτα επίπεδα (layer) συμβαίνει η επαναφόρτιση της λεκάνης από τις βροχοπτώσεις. 69

79 Πίνακας 4.15: Αποτελέσματα του προγράμματος Modflow για την λεκάνη των Μουδανιών κατά τη περίοδο ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΩΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ MODFLOW ΤΕΛΙΚΟ ΥΔΑΤΙΚΟ ΜΟΥΔΑΝΙΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΑ (ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ-πιν.4.13 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ (2 η στήλη+5 η στήλη) +ΘΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ πιν.4.14) ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΘΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΜΕΝΟΥ ΟΓΚΟΥ (m 3 (m 3 /δεκαετία) /δεκαετία) (m 3 /εξάμ) (m 3 /εξάμ) ΝΕΡΟΥ ΑΝΑ ΔΕΚΑΕΤΙΑ (m 3 /δεκαετία) , ,00 24, , , , ,00 18, , , , ,00-22, , , , , , , , , ,00 956, , , , ,00 154, , , , , , , , , ,00-307, , , , , , , , , ,00 632, , , , ,00 484, , , , ,00 397, , , , ,00-90, , ,00 70

80 Όπως παρατηρείται από την πέμπτη στήλη του προηγούμενου πίνακα 4.15, η μεταβολή του τελικά υπολογιζόμενου υδατικού ισοζυγίου από το Modflow, σε σχέση με το αρχικά υπολογιζόμενο υδατικό ισοζύγιο για τη λεκάνη των Μουδανιών, είναι μια ελάχιστη ποσότητα για κάθε δεκαετία, δηλαδή η μεταβολή της τάξης των m 3 ανά δεκαετία είναι μια σχεδόν μηδενική μεταβολή. Το τελικό υδατικό ισοζύγιο που παρουσιάζεται στην τελευταία στήλη του πίνακα 4.15 προκύπτει από το άθροισμα των αρχικών τιμών του υδατικού ισοζυγίου με τη μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού ανά δεκαετία, όπως προέκυψε από την επίλυση του Modflow. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι το πρόγραμμα Modflow επαληθεύει πλήρως τη λειτουργία του μοντέλου της λεκάνης που προσομοιώθηκε. Αυτό συμβαίνει γιατί το Modflow, στην ουσία, επαλήθευσε το ισοζύγιο που του εισάγαμε ως δεδομένο, συμπεριλαμβάνοντάς το στη τιμή του Recharge Rate και τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν οι σχεδόν μηδενικές μεταβολές στον αποθηκευμένο όγκο του νερού που υπάρχει μέσα στον υπόγειο υδροφορέα. Αυτό προκύπτει από τη σύγκριση των τιμών του ισοζυγίου όπως υπολογίστηκε αρχικά (βλ. δεύτερη στήλη του πίνακα 4.15) και των τιμών του ισοζυγίου όπως προέκυψε τελικά από το πρόγραμμα Modflow (βλ. τελευταία στήλη του πίνακα 4.15). Επίσης, με αυτά τα αποτελέσματα που προκύπτουν εύκολα μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι δεν υπάρχει άλλη εξωτερική τροφοδοσία στο μοντέλο μας και αυτό γιατί έχουν συμπεριληφθεί όλα (εισροές-εκροές), όπως προαναφέρθηκε, στην εισαγόμενη τιμή επαναφόρτισης Recharge Rate που δίνουμε στο μοντέλο ως δεδομένο. Κάποιες ακόμα, παρατηρήσεις που λαμβάνουμε από την εξαγωγή των αποτελεσμάτων είναι οι εξής παρακάτω: Παρατηρούμε στον πίνακα 4.15, ότι η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού για κάθε δεκαετία, κατά τη χειμερινή περίοδο, είναι θετική με εξαίρεση τη δεκαετία Αυτό σημαίνει ότι, κατά τη χειμερινή περίοδο, εξαιτίας των βροχοπτώσεων, μεταβάλλεται θετικά ο όγκος νερού για τη λεκάνη των Μουδανιών και μένει ένα απόθεμα νερού στον υπόγειο υδροφορέα της λεκάνης. Συνεπώς παρουσιάζεται μια μεγάλη πτωτική τάση στο υδατικό ισοζύγιο και αυτό επαληθεύεται και από το πρόγραμμα. Αντίθετα, κατά τη θερινή περίοδο, και πιο συγκεκριμένα για τις δεκαετίες , , , και , παρατηρούμε ότι μειώνεται περισσότερο το απόθεμα νερού της λεκάνης, λόγω των ελάχιστων βροχοπτώσεων αλλά και λόγω των αντλήσεων κάποιας ελάχιστης ποσότητας νερού από τον υπόγειο υδροφορέα για την κάλυψη των υδατικών αναγκών. Γενικότερα όμως, βάσει των αποτελεσμάτων του μοντέλου ΚΝΜΙ που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία, οι βροχοπτώσεις για τη χειμερινή περίοδο κυμαίνονται σε μεγάλες τιμές, σε αντίθεση με τη θερινή και έτσι παρατηρούμε στη πέμπτη στήλη του πίνακα 4.15 ότι η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού ανά δεκαετία είναι θετική ποσότητα. Εξαιρείται 71

81 η δεκαετία που όπως φαίνεται η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού είναι αρνητική. Παρατηρούμε επίσης, τα εξής: Η ποσότητα νερού που μεταβάλλεται στον υδροφορέα είναι ελάχιστη, της τάξης των 1-2 m 3 την ημέρα για το χειμερινό εξάμηνο και πολύ λιγότερη για το θερινό εξάμηνο. Στη πέμπτη στήλη από τον πίνακα 4.15, φαίνεται η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού για την λεκάνη των Μουδανιών. Η πιο μεγάλη θετική τιμή μεταβολής του αποθηκευμένου όγκου νερού, παρατηρείται κατά τη δεκαετία (7640m 3 ), κάτι που είναι λογικό αφού τότε παρατηρούνται μεγάλα ύψη βροχοπτώσεων, σύμφωνα και με τα στοιχεία του πίνακα 4.9 και η θερμοκρασία κυμαίνεται σε χαμηλότερα επίπεδα σε σχέση με άλλες δεκαετίες. Η πιο μικρή τιμή μεταβολής παρατηρείται τη δεκαετία (1839m 3 ) κάτι που είναι εξίσου λογικό, αφού τότε σημειώνονται πολύ μικρά ύψη βροχοπτώσεων κατά τη θερινή περίοδο αλλά και μεγάλη εξατμισοδιαπνοή κατά τη χειμερινή περίοδο σε σχέση με τις άλλες δεκαετίες, σύμφωνα και με τα στοιχεία του πίνακα 4.5. Αυτό όμως, που είναι αξιοσημείωτο και πρέπει να τονιστεί, είναι το γεγονός ότι τη δεκαετία , η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στη λεκάνη, προκύπτει αρνητική (- 4008m 3 ). Αυτό μας δείχνει ότι τα υδατικά αποθέματα στη λεκάνη των Μουδανιών, δε διαχειρίζονται ορθά και γίνεται κατασπατάληση των ανανεώσιμων αποθεμάτων. Παρ όλα αυτά όμως, αυτό το γεγονός εξηγείται και τον εξής τρόπο: Βάσει των στοιχείων του πίνακα 4.9 που παρουσιάζονται αναλυτικά οι τιμές των βροχοπτώσεων, των θερμοκρασιών και της εξάτμισης, σε ετήσια και εξαμηνιαία βάση, παρατηρούμε ότι κατά τη συγκεκριμένη δεκαετία, δίνονται από το μοντέλο ΚΝΜΙ μεγάλα ύψη βροχής για το χειμερινό εξάμηνο (286.9mm) και μικρά για το θερινό εξάμηνο (55.1mm). Επειδή όμως, όπως γνωρίζουμε, λόγω των κλιματικών αλλαγών η ένταση των βροχοπτώσεων θα αλλάξει στα επόμενα χρόνια, το γεγονός ότι το ύψος βροχής είναι μεγάλο δε σημαίνει συγχρόνως και περισσότερο εμπλουτισμό των υπόγειων υδάτων αλλά μεγαλύτερη απορροή του νερού. Συνεπώς, το μεγάλο αρνητικό νούμερο που παρατηρείται τη δεκαετία μπορεί να ερμηνευθεί από το γεγονός ότι τα μεγάλα ύψη βροχών, που ενδεχομένως να σημειωθούν, ίσως παρουσιάσουν μεγάλη ένταση και μικρή χρονική διάρκεια με αποτέλεσμα να υπάρξει μεγαλύτερη απορροή του νερού και άρα λιγότερος εμπλουτισμός του υπόγειου υδροφορέα. Γενικότερα όμως πρέπει να τονιστεί ότι το πρόγραμμα, παρουσιάζει ορθά και επαληθεύει τη λειτουργία του μοντέλου για τη λεκάνη των Μουδανιών αφού οι μεταβολές του αποθηκευμένου όγκου νερού είναι ελάχιστες. Προκειμένου να εξακριβώσουμε την όντως ορθή λειτουργία του μοντέλου και να μπορέσουμε να συνάγουμε περισσότερα συμπεράσματα, θα επιχειρήσουμε στη συνέχεια, να εισάγουμε στο μοντέλο διαφορετικές τιμές επαναφόρτισης οι οποίες θα προκύψουν από διάφορα σενάρια τα οποία εξηγούνται αναλυτικά παρακάτω. 72

82 Σενάριο 1 ο Όπως προαναφέρθηκε και στη παραπάνω παράγραφο, λόγω της κλιματικής αλλαγής και των ακραίων καιρικών φαινόμενων που αναμένονται να παρουσιαστούν τα επόμενα χρόνια, θα επιλύσουμε το μοντέλο, με μια διαφορετική τιμή επαναφόρτισης (Recharge Rate), που θα υπολογιστεί με δεδομένο το γεγονός ότι η τιμή της απορροής θα είναι αυξημένη κατά 20%. Αυτό το σενάριο είναι λογικοφανές, μιας και τα ακραία καιρικά φαινόμενα που θα συμβούν, θα έχουν ως αποτέλεσμα μεγάλες ποσότητες απορροών. Σε αυτό βοηθά και το γεγονός ότι το έδαφος, εξαιτίας των καταπονήσεων που έχει υποστεί, είτε λόγω της εντατικοποίησης των καλλιεργειών είτε λόγω των συχνών πυρκαγιών, έχει χάσει μεγάλο μέρος της ικανότητάς του να συγκρατεί το νερό. Έτσι, μεγάλες ποσότητες νερού απορρέουν αντί να κατεισδύουν στον υπεδάφιο υδροφορέα. Η επίλυση των σεναρίων θα γίνει για τις δεκαετίες Στους πίνακες 4.16 και 4.17 που ακολουθούν, παρουσιάζονται τα νέα διαμορφωμένα υδατικά ισοζύγια της λεκάνης, για τις δεκαετίες , βάσει των τροποποιήσεων του 1 ου σεναρίου για τη χειμερινή και θερινή περίοδο αντίστοιχα. Αυτό που παρατηρείται, κυρίως για τη θερινή περίοδο αλλά και για τις δεκαετίες και για τη χειμερινή περίοδο, είναι ότι η τιμή της διαφοράς των βροχοπτώσεων με την εξατμισοδιαπνοή είναι μηδενική. Αυτό συμβαίνει γιατί ορισμένους μήνες του χρόνου (κυρίως τους θερινούς), τα επίπεδα των βροχοπτώσεων είναι μικρά ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται μεγάλη ποσότητα του νερού που καταρρέει και τελικά να μην απομένει κάποια ποσότητα να κατεισδύσει στον υπόγειο υδροφορέα (βλ. πινάκα 4.5 και πίνακα 4.9). Από τον υπολογισμό των υδατικών ισοζυγίων για τις δεκαετίες και για τις τιμές που προκύπτουν, εύκολα συνάγεται το συμπέρασμα ότι οι υδατικές ανάγκες, για μια ακόμα φορά, υπερβαίνουν τη φυσική προσφορά των ανανεώσιμων αποθεμάτων του νερού. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση του προγράμματος για τις ανάγκες του 1 ου Σεναρίου, παρουσιάζονται στον πίνακα 4.18, στον οποίο φαίνονται τα εξής: στη δεύτερη στήλη παρατίθενται το υδατικό ισοζύγιο της λεκάνης των Μουδανιών, όπως προέκυψε από τους πίνακες 4.13 και 4.14 αθροίζοντας τις διαφορές για τη χειμερινή και θερινή περίοδο σε κάθε δεκαετία ξεχωριστά. Έπειτα, στις επόμενες τρεις στήλες που ακολουθούν παρατίθενται η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού, για κάθε δεκαετία ξεχωριστά, για το χειμερινό και το θερινό εξάμηνο, καθώς και η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού σε ετήσια βάση για τη λεκάνη των Μουδανιών, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το πρόγραμμα Modflow. Στην τελική στήλη, παρουσιάζονται τα τελικά υδατικά ισοζύγια που προκύπτουν από το άθροισμα των αρχικά υπολογιζόμενων υδατικών ισοζυγίων με τη μεταβολή που προκύπτει από το Modflow για τις ανάγκες του 1 ου Σεναρίου. 73

83 Στη συνέχεια, στο σχήμα 4.18 φαίνεται η σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του (βλ.πίνακα 4.13 και πίνακα 4.14) και στις τιμές που υπολογίστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του 1 ου Σεναρίου (βλ.πίνακα 4.16 και πίνακα 4.17). 74

84 Πίνακας 4.16: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για το χειμερινό εξάμηνο της περιόδου και για τις ανάγκες του 1 ου Σεναρίου. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδ. Αν. (10 6 m 3 ) Κτην. Αν. (10 6 m 3 ) Υδρ. αν. (10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών (10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 ) Πίνακας 4.17: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για το θερινό εξάμηνο της περιόδου και για τις ανάγκες του 1 ου Σεναρίου. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδ. Αν. (10 6 m 3 ) Κτην. Αν. (10 6 m 3 ) Υδρ. αν. (10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών (10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 )

85 Πίνακας 4.18: Αποτελέσματα 1 ου σεναρίου του προγράμματος Modflow για την λεκάνη των Μουδανιών κατά τη περίοδο ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΩΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΟΥ MODFLOW ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ (1 0 ΤΕΛΙΚΟ ΥΔΑΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ) ΜΟΥΔΑΝΙΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΑ (ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ-πιν.4.13 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ (2 η στήλη+5 η στήλη) (ΣΕΝΑΡΙΟ 1 Ο ) ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΘΕΡΙΝΗ +ΘΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ πιν.4.14) ΑΠΟΘΗΚΕΥΜΕΝΟΥ (m 3 /δεκαετία) ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΠΕΡΙΟΔΟΣ (m 3 /δεκαετία) ΟΓΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΑΝΑ (m 3 /εξάμ) (m 3 /εξάμ) ΔΕΚΑΕΤΙΑ (m 3 /δεκαετία) , ,00-320, , , , ,00 941, , , , ,00 949, , , , ,00-131, , , ,00-230,00-984, , , , ,00-984, , , , ,00-980, , , , , , , , , ,00-949, , ,00 76

86 Μεταβολή του Υδατικού Ισοζυγίου για το Σενάριο 1-15 (εκατ.κυβικά/δεκαετία) Αρχικές τιμές Τιμές 1ου Σεναρίου Αρχικές τιμές Τιμές 1ου Σεναρίου Σχήμα 4.18: Σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στο αρχικά υπολογιζόμενο ισοζύγιο και στο υπολογιζόμενο ισοζύγιο για το 1 ο Σενάριο. Όπως παρατηρείται από την πέμπτη στήλη του πίνακα 4.18, που προέκυψε από την επίλυση του Modflow, η μεταβολή του τελικά υπολογιζόμενου υδατικού ισοζυγίου από το Modflow, σε σχέση με το αρχικά υπολογιζόμενο υδατικό ισοζύγιο για τη λεκάνη των Μουδανιών, είναι μια ελάχιστη ποσότητα για κάθε δεκαετία, είναι δηλαδή σχεδόν μια μηδενική μεταβολή. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι το πρόγραμμα Modflow επαληθεύει πλήρως τη λειτουργία του μοντέλου της λεκάνης που προσομοιώθηκε. Αυτό συμβαίνει γιατί το Modflow, στην ουσία, επαλήθευσε το ισοζύγιο που του εισάγαμε ως δεδομένο, συμπεριλαμβάνοντάς το στη τιμή του Recharge Rate και τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν οι σχεδόν μηδενικές μεταβολές στον αποθηκευμένο όγκο του νερού που υπάρχει μέσα στον υπόγειο υδροφορέα. Αυτό προκύπτει από τη σύγκριση των τιμών του ισοζυγίου όπως υπολογίστηκε αρχικά (βλ. δεύτερη στήλη του πίνακα 4.18) και των τιμών του ισοζυγίου όπως προέκυψε τελικά από το πρόγραμμα Modflow (βλ. τελευταία στήλη του πίνακα 4.18). Επίσης, από τον ίδιο πίνακα 4.18, παρατηρούμε αυτό που αναμέναμε, ότι δηλαδή η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού για τη λεκάνη των Μουδανιών, με τη προϋπόθεση ότι έχουμε λάβει μεγαλύτερες απορροές, εμφανίζεται πολύ μικρή και άρα είναι μικρή η πτωτική τάση της τιμής του υδατικού ισοζυγίου, για τις δεκαετίες από το 2010 έως και το Αυτό συμβαίνει γιατί εξαιτίας της μεγάλης απορροής που υποθέσαμε πως έχουμε, είναι μικρότερη η ποσότητα νερού που κατεισδύει στο έδαφος και αυτό συνεπάγεται τη μικρή μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στη λεκάνη. Εξαίρεση αποτελούν οι δεκαετίες 77

87 και , που φαίνεται ότι σε αυτές η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού είναι πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με τις άλλες δεκαετίες. Αυτό ενδεχομένως να οφείλεται στο γεγονός ότι εκείνες τις δεκαετίες παρουσιάζονται μεγάλα ύψη βροχοπτώσεων, κυρίως για τη χειμερινή περίοδο, και έτσι κάποια μεγαλύτερη ποσότητα νερού να απορροφάται από το έδαφος αντί να απορρέει. Τα συμπεράσματα αυτά βγαίνουν από την παρατήρηση του πίνακα 4.9. Αυτό που πρέπει να τονιστεί, είναι τα συμπεράσματα που προκύπτουν από το σχήμα 4.18, όπου εκεί παρουσιάζεται η μεταβολή του υδατικού ισοζυγίου για το σενάριο 1 σε σχέση με τις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του υδατικού ισοζυγίου. Όπως προαναφέρθηκε, γίνεται η σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του (βλ.πίνακα 4.13 και πίνακα 4.14) και στις τιμές που υπολογίστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του 1 ου Σεναρίου (βλ.πίνακα 4.16 και πίνακα 4.17). Είναι γεγονός ότι εφόσον έχει γίνει η υπόθεση της αύξησης των απορροών κατά 20%, το υδατικό ισοζύγιο θα παρουσιάσει για τις ανάγκες του 1 ου Σεναρίου, μεγαλύτερες αρνητικές τιμές σε σχέση με τις τιμές που έχουν αρχικά υπολογιστεί. Αυτό συμβαίνει γιατί το περισσότερο νερό απορρέει και χάνεται αντί να καταλήγει στον υπόγειο υδροφορέα ενώ οι αντλήσεις και οι απαιτήσεις σε νερό παραμένουν οι ίδιες, επομένως είναι αναμενόμενο το γεγονός ότι το υδατικό ισοζύγιο θα προκύψει τελικά με μεγαλύτερη διαφορά αρνητικό. Αυτό φαίνεται καθαρά και στο σχήμα Στη συνέχεια, παρατίθενται εικόνες από την επίλυση του μοντέλου της λεκάνης, για το 1 ο σενάριο, με το πρόγραμμα Modflow. Ενδεικτικά παρουσιάζονται εικόνες από την επίλυση του προγράμματος για τη δεκαετία , για τη χειμερινή και θερινή περίοδο. Αντιπαρατίθενται και οι εικόνες από την αρχική επίλυση του μοντέλου, ώστε να μπορεί να γίνει η σύγκριση της μεταβολής του αποθηκευμένου όγκου νερού που παρατηρείται. 78

88 Σχήμα 4.19: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα δεδομένα του 1 ου σεναρίου. Σχήμα 4.20: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα αρχικά δεδομένα. 79

89 Σχήμα 4.21: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη θερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα δεδομένα του 1 ου σεναρίου. Σχήμα 4.22: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη θερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα αρχικά δεδομένα. 80

90 Από τα παραπάνω σχήματα, καθώς και από τη σύγκρισή τους, ανάμεσα στα αποτελέσματα του μοντέλου για την αρχική επίλυση και τα αποτελέσματα του μοντέλου για την επίλυση του 1 ου σεναρίου, γίνεται φανερή η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού για τη λεκάνη των Μουδανιών. Ειδικότερα, φαίνεται ότι αυτή η μεταβολή είναι μικρότερη για το 1 ο σενάριο απ ότι στην αρχική επίλυση από τα σχήματα 4.19 και 4.20 της χειμερινής περιόδου για τη δεκαετία , που παρατηρείται μια έντονη διαφορά στη διαμορφωμένη λεκάνη, έπειτα από την εκτέλεση του Modflow. Παρ όλα αυτά, αυτή η διαφορά δεν είναι το ίδιο έντονη για τη θερινή περίοδο και στις δυο περιπτώσεις. Σενάριο 2 ο Στο επόμενο σενάριο, θα θεωρήσουμε ότι υπάρχουν διαφορετικές ανάγκες σε νερό για τη λεκάνη απορροής των Μουδανιών. Έτσι, θα γίνει η παραδοχή ότι η ζήτηση σε νερό θα διαμορφωθεί όπως παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα Θα γίνει μια προσπάθεια να μειωθούν οι απαιτήσεις σε νερό που υπάρχουν για άρδευση. Έτσι, θα υποθέσουμε ότι η απαιτούμενη ποσότητα νερού για τη γεωργία θα μειωθεί στο μισό ενώ οι απαιτήσεις για τη κτηνοτροφική και πτηνοτροφική χρήση θα μειωθούν κατά 20%. Αυτό είναι ένα εξίσου λογικοφανές σενάριο, μιας και όλα δείχνουν πως στη συγκεκριμένη περιοχή, χρειάζεται να γίνει μια πιο ορθολογική διαχείριση των υδάτων και πιο σωστός σχεδιασμός των μεθόδων άρδευσης προκειμένου να γίνει η απαραίτητη εξοικονόμηση νερού. Η επίλυση των σεναρίων θα γίνει για τις δεκαετίες Στους πίνακες 4.20 και 4.21 που ακολουθούν, παρουσιάζονται τα νέα διαμορφωμένα υδατικά ισοζύγια της λεκάνης, για τις δεκαετίες , βάσει των τροποποιήσεων του 2 ου σεναρίου για τη χειμερινή και θερινή περίοδο αντίστοιχα. Αυτό που παρατηρείται, κυρίως για τη θερινή περίοδο αλλά και για τις δεκαετίες και για τη χειμερινή περίοδο, είναι ότι η τιμή της διαφοράς των βροχοπτώσεων με την εξατμισοδιαπνοή είναι μηδενική. Αυτό συμβαίνει γιατί ορισμένους μήνες του χρόνου (κυρίως τους θερινούς), τα επίπεδα των βροχοπτώσεων είναι μικρά ενώ η αύξηση της θερμοκρασίας είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται μεγάλη ποσότητα του νερού που καταρρέει και τελικά να μην απομένει κάποια ποσότητα να κατεισδύσει στον υπόγειο υδροφορέα (βλ. πινάκα 4.5 και πίνακα 4.9). Από τον υπολογισμό των υδατικών ισοζυγίων για τις δεκαετίες και για τις τιμές που προκύπτουν, εύκολα συνάγεται το συμπέρασμα ότι οι υδατικές ανάγκες, για μια ακόμα φορά, υπερβαίνουν τη φυσική προσφορά των ανανεώσιμων αποθεμάτων του νερού. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εκτέλεση του προγράμματος για τις ανάγκες του 2 ου Σεναρίου, παρουσιάζονται στον πίνακα 4.22, στον οποίο φαίνονται τα εξής: στη δεύτερη στήλη παρατίθενται το υδατικό ισοζύγιο της λεκάνης των Μουδανιών, όπως προέκυψε από τους πίνακες 4.13 και 4.14 αθροίζοντας τις διαφορές για τη χειμερινή και 81

91 θερινή περίοδο σε κάθε δεκαετία ξεχωριστά. Έπειτα, στις επόμενες τρεις στήλες που ακολουθούν παρατίθενται η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού, για κάθε δεκαετία ξεχωριστά, για το χειμερινό και το θερινό εξάμηνο, καθώς και η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου του νερού σε ετήσια βάση για τη λεκάνη των Μουδανιών, σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το πρόγραμμα Modflow. Στην τελική στήλη, παρουσιάζονται τα τελικά υδατικά ισοζύγια που προκύπτουν από το άθροισμα των αρχικά υπολογιζόμενων υδατικών ισοζυγίων με τη μεταβολή που προκύπτει από το Modflow για τις ανάγκες του 2 ου Σεναρίου. Στη συνέχεια, στο σχήμα 4.23 φαίνεται η σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του (βλ.πίνακα 4.13 και πίνακα 4.14) και στις τιμές που υπολογίστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του 2 ου Σεναρίου (βλ.πίνακα 4.20 και πίνακα 4.21). Πίνακας 4.19: Ετήσια και εξαμηνιαία απαιτούμενη περιοχής της λεκάνης ανά είδος χρήσης (Σενάριο 2 ο ). ποσότητα νερού για το σύνολο της Είδος χρήσης Ανάγκες σε m 3 / έτος Ανάγκες σε m 3 / χειμερινό εξάμηνο Ανάγκες σε m 3 / θερινό εξάμηνο Αστική χρήση , , ,00 Αγροτική χρήση ,00 0, ,00 Κτηνοτροφική- Πτηνοτροφική χρήση , , ,00 82

92 Πίνακας 4.20: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για το χειμερινό εξάμηνο της περιόδου και για τις ανάγκες του 2 ου Σεναρίου. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδ. Αν. (10 6 m 3 ) Κτην. Αν. (10 6 m 3 ) Υδρ. αν. (10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών (10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 ) Πίνακας 4.21: Υδατικά ισοζύγια της λεκάνης για το θερινό εξάμηνο της περιόδου και για τις ανάγκες του 2 ου Σεναρίου. Βροχοπτ.-Εξατμ. (mm) (πιν.4.5-πιν.4.9) Απορροές (mm) Αρδ. Αν. (10 6 m 3 ) Κτην. Αν. (10 6 m 3 ) Υδρ. αν. (10 6 m 3 ) Σύνολο αναγκών (10 6 m 3 ) Επαναπλήρωση (10 6 m 3 ) Διαφορά (10 6 m 3 )

93 Πίνακας 4.22: Αποτελέσματα 2 ου σεναρίου του προγράμματος Modflow για την λεκάνη των Μουδανιών κατά τη περίοδο ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΩΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΟΥ MODFLOW ΥΔΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ (2 0 ΤΕΛΙΚΟ ΥΔΑΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ) ΜΟΥΔΑΝΙΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΑ (ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ-πιν.4.13 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΟΥ (2 η στήλη+5 η στήλη) (ΣΕΝΑΡΙΟ 2 Ο ) ΧΕΙΜΕΡΙΝΗ ΘΕΡΙΝΗ +ΘΕΡΙΝΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ πιν.4.14) ΑΠΟΘΗΚΕΥΜΕΝΟΥ (m 3 /δεκαετία) ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΠΕΡΙΟΔΟΣ (m 3 /δεκαετία) ΟΓΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΑΝΑ (m 3 /εξάμ) (m 3 /εξάμ) ΔΕΚΑΕΤΙΑ (m 3 /δεκαετία) , , , , , , ,00 787, , , , ,00 760, , , , , ,00 57, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00-149, , , ,00 760, , ,00 84

94 Μεταβολή του υδατικού ισοζυγίου για το Σενάριο 2 (εκατ.κυβικά/δεκαετία) Αρχικές τιμές Τιμές 2ου Σεναρίου Αρχικές τιμές Τιμές 2ου Σεναρίου Σχήμα 4.23: Σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στο αρχικά υπολογιζόμενο ισοζύγιο και στο υπολογιζόμενο ισοζύγιο για το 2 ο Σενάριο. Όπως παρατηρείται από την πέμπτη στήλη του πίνακα 4.22, που προέκυψε από την επίλυση του Modflow, η μεταβολή του τελικά υπολογιζόμενου υδατικού ισοζυγίου από το Modflow, σε σχέση με το αρχικά υπολογιζόμενο υδατικό ισοζύγιο για τη λεκάνη των Μουδανιών, είναι μια ελάχιστη ποσότητα για κάθε δεκαετία, είναι δηλαδή σχεδόν μια μηδενική μεταβολή. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι το πρόγραμμα Modflow επαληθεύει πλήρως τη λειτουργία του μοντέλου της λεκάνης που προσομοιώθηκε. Αυτό συμβαίνει γιατί το Modflow, στην ουσία, επαλήθευσε το ισοζύγιο που του εισάγαμε ως δεδομένο, συμπεριλαμβάνοντάς το στη τιμή του Recharge Rate και τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν οι σχεδόν μηδενικές μεταβολές στον αποθηκευμένο όγκο του νερού που υπάρχει μέσα στον υπόγειο υδροφορέα. Αυτό προκύπτει από τη σύγκριση των τιμών του ισοζυγίου όπως υπολογίστηκε αρχικά (βλ. δεύτερη στήλη του πίνακα 4.22) και των τιμών του ισοζυγίου όπως προέκυψε τελικά από το πρόγραμμα Modflow (βλ. τελευταία στήλη του πίνακα 4.22). Επίσης, από το ίδιο πίνακα 4.22, παρατηρούμε αυτό που αναμέναμε, ότι δηλαδή η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού τελικά για τη λεκάνη των Μουδανιών, με τη προϋπόθεση ότι έχουμε λάβει μικρότερες απαιτήσεις σε νερό, εμφανίζεται πολύ μεγάλη και άρα είναι μεγάλη η πτωτική τάση της τιμής του υδατικού ισοζυγίου, για τις δεκαετίες από το 2010 έως και το Αυτό είναι ένα θετικό και θεμιτό αποτέλεσμα για τη λεκάνη των Μουδανιών. Αυτό συμβαίνει γιατί εξαιτίας των μικρότερων απαιτήσεων σε νερό που υποθέσαμε πως έχουμε, είναι μεγαλύτερη η ποσότητα νερού που παραμένει στο έδαφος και 85

95 σε αυτήν προστίθενται και η ποσότητα νερού που εισέρχεται λόγω των βροχοπτώσεων, άρα όλο αυτό συνεπάγεται τη μεγάλη μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού στη λεκάνη. Εξαίρεση αποτελούν οι δεκαετίες και , που φαίνεται ότι σε αυτές η μεταβολή του αποθηκευμένου όγκου νερού είναι πολύ μικρότερη σε σχέση με τις άλλες δεκαετίες. Αυτό ενδεχομένως να οφείλεται στο γεγονός ότι εκείνες τις δεκαετίες παρουσιάζονται μικρά ύψη βροχοπτώσεων και για τις δυο περιόδους του χρόνου (χειμερινή και θερινή) ενώ επίσης λόγω μεγάλης θερμοκρασίας, και άρα μεγάλης εξατμισοδιαπνοής, είναι μηδενική η ποσότητα νερού που εισέρχεται στην λεκάνη. Τα συμπεράσματα αυτά βγαίνουν από την παρατήρηση του πίνακα 4.9. Αυτό που πρέπει να τονιστεί, είναι τα συμπεράσματα που προκύπτουν από το σχήμα 4.23, όπου εκεί παρουσιάζεται η μεταβολή του υδατικού ισοζυγίου για το σενάριο 2 σε σχέση με τις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του υδατικού ισοζυγίου. Όπως προαναφέρθηκε, γίνεται η σύγκριση της μεταβολής του υδατικού ισοζυγίου για τη λεκάνη των Μουδανιών ανάμεσα στις αρχικά υπολογιζόμενες τιμές του (βλ.πίνακα 4.13 και πίνακα 4.14) και στις τιμές που υπολογίστηκαν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του 2 ου Σεναρίου (βλ.πίνακα 4.20 και πίνακα 4.21). Από την παρατήρηση του σχήματος 4.23, καταλήγουμε στο εξής θετικό στοιχείο για τη λεκάνη των Μουδανιών: Παρατηρούμε ότι μειώνοντας τις απαιτήσεις σε νερό, και κυρίως στον τομέα της γεωργίας, είναι μεγάλη η πτωτική τάση του υδατικού ισοζυγίου της περιοχής και εμφανίζεται το ισοζύγιο να έχει μικρότερες αρνητικές τιμές σε σχέση με τις τιμές που έχουν αρχικά υπολογιστεί. Δηλαδή το υδατικό ισοζύγιο μειώνεται πολύ και συγχρόνως αυξάνεται η ποσότητα του νερού που παραμένει στον υπόγειο υδροφορέα, αναπληρώνοντας ένα μεγάλο κομμάτι το οποίο υπό άλλες συνθήκες θα προορίζονταν για τις υπερβολικά αυξημένες απαιτήσεις των ανθρώπων της περιοχής σε νερό. Έτσι, η μείωση των απαιτήσεων σε νερό, ή ακόμα καλύτερα η άντληση λογικών ποσοτήτων από τον υπόγειο υδροφορέα, βοηθά στην αποκατάσταση του υδατικού ισοζυγίου της περιοχής. Στη συνέχεια, παρατίθενται εικόνες από την επίλυση του μοντέλου της λεκάνης, για το 2 ο σενάριο, με το πρόγραμμα Modflow. Ενδεικτικά παρουσιάζονται εικόνες από την επίλυση του προγράμματος για τη δεκαετία , για τη χειμερινή και θερινή περίοδο. Αντιπαρατίθενται και οι εικόνες από την αρχική επίλυση του μοντέλου, ώστε να μπορεί να γίνει η σύγκριση της μεταβολής του αποθηκευμένου όγκου νερού που παρατηρείται. 86

96 Σχήμα 4.24: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα δεδομένα του 2 ου σεναρίου. Σχήμα 4.25: Διαμόρφωση της λεκάνης των Μουδανιών κατά τη χειμερινή περίοδο της δεκαετίας , σύμφωνα με τα αρχικά δεδομένα. 87