ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ HYDROTECHNIKA JOURNAL OF FLUID ENGINEERING AND WATER RESOURCES

Transcript

1

2 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ HYDROTECHNIKA JOURNAL OF FLUID ENGINEERING AND WATER RESOURCES Υπεύθυνος σύμφωνα με το νόμο ο Πρόεδρος της ΕΥΕ: Θεοδοσίου Ν., Αναπλ. Καθηγητής ΑΠΘ ΕΚΔΟΤΙΚΗ/ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Συντονιστής: Αντωνόπουλος Β., Καθηγητής ΑΠΘ Θεοδοσίου, Ν., Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ Καρπούζος, Δ., Επίκουρος Καθηγητής ΑΠΘ Μπαμπατζιμόπουλος, Χ., Ομότιμος Καθηγητής ΑΠΘ Σαπουντζής, Μ., Επίκουρος Καθηγητής ΑΠΘ Χατζηγιαννάκης, Ε., Ερευνητής Α, ΕΛΓΟ-ΔΗΜΗΤΡΑ Ψιλοβίκος, Α., Επίκουρος Καθηγητής ΠΘ Το περιοδικό Υδροτεχνικά (ISSN: ), εκδίδεται από την Ελληνική Υδροτεχνική Ένωση (ΕΥΕ) είναι το μακροβιότερο ελληνόγλωσσο επιστημονικό περιοδικό, καλύπτοντας θέματα όπως ρευστομηχανική, υδραυλική, επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία, υδρογεωλογία, παράκτια υδραυλική, διαχείριση και προστασία των υδατικών πόρων και υδροσυστημάτων, υδραυλική περιβάλλοντος, επεξεργασία νερού και λυμάτων, έργα ύδρευσης και αποχέτευσης, αρδεύσεις και στραγγίσεις εδαφών, υδραυλικές και υδροδυναμικές μηχανές, υδροχημεία, μετεωρολογία, υπολογιστική υδραυλική κλπ.. Το περιοδικό από το 1991 ως το 2010 ήταν σε έντυπη μορφή. Από τότε η έκδοσή του έγινε ηλεκτρονική με ελεύθερη πρόσβαση και χωρίς να απαιτείται οικονομική συνδρομή από τους συγγραφείς. Η δημοσίευση των άρθρων γίνεται μετά από αξιολόγησή τους από δυο τουλάχιστον ειδικούς κριτές. Σε ό,τι αφορά τον τύπο των εργασιών, γίνονται δεκτά ερευνητικά άρθρα, παρουσιάσεις ειδικών εφαρμογών και άρθρα ανασκόπησης. Οι εργασίες μπορούν να υποβληθούν απευθείας στην ηλεκτρονική διεύθυνση (ιστοσελίδα) του περιοδικού Δίνονται πληροφορίες για τη διαδικασία υποβολής άρθρων, οδηγίες για τους συγγραφείς και οδηγίες για ελεύθερη πρόσβαση, αντιγραφή και εκτύπωση επιλεγμένων άρθρων. Για πρόσθετες πληροφορίες, κάθε ενδιαφερόμενος μπορεί να αποτείνεται με ηλεκτρονικό μήνυμα στη διεύθυνση: Πληροφορίες για την Ελληνική Υδροτεχνική Ένωση (ΕΥΕ), που υποστηρίζει την έκδοση του περιοδικού, υπάρχουν στον ιστότοπο της:

3 Ευχαριστίες στους Αξιολογητές Η εκδοτική ομάδα του περιοδικού ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ και ο Πρόεδρος της Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης, εκφράζουν τις θερμές ευχαριστίες στους παρακάτω αξιολογητές των άρθρων που υποβλήθηκαν για δημοσίευση στο περιοδικό την διετία Η ποιότητα και οι στόχοι του περιοδικού δεν είναι δυνατό να επιτευχθούν χωρίς την συνδρομή των αξιολογητών. Άμπας Βασίλειος Ασχονίτης Βασίλειος Βαφειάδης Μαργαρίτης Βουδούρης Κωνσταντίνος Βρύζας Ζήσης Γεωργίου Πανταζής Γιαννόπουλος Παναγιώτης Γιαννόπουλος Σταύρος Δήμας Αθανάσιος Ευαγγελίδης Χρήστος Ζάρρης Δημήτριος Θεοδοσίου Νικόλαος Καλαβρουζιώτης Ιωάννης Καραμπάς Θεοφάνης Καρατζάς Γιώργος Καρτσιώτης Θεοδωρος Κατσαρδή Βασιλική Κωτσόπουλος Σπύρος Λασπίδου Χρυσή Λατινόπουλος Περικλής Λουκάς Αθανάσιος Μάλλιος Ζήσης Μαμώλος Ανδρεας Μπαλτάς Ευαγγέλος Μπέλλος Κων/νος Παναγόπουλος Ανδρέας Πανώρας Αθανάσιος Παπαδοπουλου Μαρία Παπαμιχαήλ Δημήτριος Παπανικολάου Παναγιώτης Σαπουντζής Μάριος Σέντας Αντωνιος Σιδηρόπουλος Επαμεινώντας Σπηλιώτης Μιχαήλ Τσιτσιφλή Σταυρούλα Χατζηγιαννάκης Ευάγγελος Χρυσάνθου Βλάσιος Δρ Γεωπόνος Δρ Ερευνητής Παν. Ferrara Καθηγητής Α.Π.Θ. ΑναΚαθηγητής Α.Π.Θ. Επ.Καθηγητής Δ.Π.Θράκης Επ.Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Π.Πατρών Ομοτιμος Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Π.Πατρών ΑναΚαθηγητής Α.Π.Θ. ΑναΚαθηγητής Δ.Π.Θ. ΑναΚαθηγητής Α.Π.Θ. ΑναΚαθηγητής Ανοικτό Πανεπιστήμιο Καθηγητης Α.Π.Θ. Καθηγητής Π.Κρήτης τ.ερευνητής Α ΕΘΙΑΓΕ Δρ Π. Θεσσαλίας Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας ΑναΚαθηγήτρια Π.Θ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Π.Θ. Επ.Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Ομότιμος Καθηγητής Δ.Π.Θ. Ερευνητής Α. ΕΘΙΑΓΕ-ΔΗΜΗΤΡΑ τ. Ερευνητής Α ΕΘΙΑΓΕ ΑναΚαθηγητρια Ε.Μ.Π. Καθηγητής Α.Π.Θ. ΑναΚαθηγητής Ε.Μ.Π. Επ.Καθηγητής Α.Π.Θ. Δρ Γεωπονίας, Π.Θ. Ομοτιμος Καθηγητής Επ.Καθηγητής Π.Θ. Δρ Χημικός Μηχανικός Ερευνητής ΕΘΙΙΑΓΕ-ΔΗΜΗΤΡΑ Καθηγητής Δ.Π.Θράκης

4 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ Επιστημονικό περιοδικό της Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης (ΕΥΕ) Τόμος 25, 2016 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΔΑΦΙΚΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΕ ΟΡΕΙΝΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ RUSLE KAI ΤΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ, Στεφανίδης Σ., Χατζηχριστάκη Χ., Στεφανίδης Π., σελ.1-12 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ της Π.Ε. ΚΑΡΔΙΤΣΑΣ, Ντότα Α., Θεοδοσίου Ν., σελ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΠΑΡΟΧΗΣ- ΣΤΕΡΕΟΠΑΡΟΧΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΕΡΕΟΑΠΟΡΡΟΗΣ, Ευθυμίου Ν., σελ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΔΕΙΚΤΩΝ ΕΚΠΛΥΣΗΣ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ ΠΡΟΣ ΤΑ ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ ΜΕ ΜΟΝΤΕΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΜΑΖΑΣ, Γιαννούλη, Δ.Δ., Αντωνόπουλος, Β.Ζ., σελ HYDROTECHNIKA Journal of the Hellenic Hydrotechnical Association Volume 25, 2016 CONTENTS ESTIMATION OF SOIL EROSION IN MOUNTAINOUS WATERSHEDS WITH THE COMBINED USE OF RUSLE MODEL AND GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS, Stefanidis S., Chatzichristaki C., Stefanidis P., pages 1-12 WATER FOOTPRINT ESTIMATION OF THE AGRICULTURAL ACTIVITIES IN THE REGIONAL UNIT OF KARDITSA, Dota A., Theodossiou N., pages EVALUATING SEDIMENT DISCHARGE RATING CURVE CONSTRUCTION METHODSFOR ASSESSING SEDIMENT YIELD, Efthimiou N., pages COMPARATIVE STUDY AND EVALUATION OF PESTICIDES LEACHING INDICES TO GROUNDWATER MASS TRANSPORT MODELS, Giannouli, D.D., Antonopoulos, V.Z., pages 41-54

5 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΔΑΦΙΚΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΕ ΟΡΕΙΝΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ RUSLE KAI ΤΩΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Στεφανίδης Στέφανος *, Χατζηχριστάκη Χρυσούλα, Στεφανίδης Παναγιώτης Εργαστήριο Διευθέτησης Ορεινών Υδάτων, Τμήμα Δασολογίας & Φυσικού Περιβάλλοντος, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 54124, Θεσσαλονίκη, * ststefanid@gmail.com ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία εφαρμόστηκε η μέθοδος RUSLE για την εκτίμηση της μέσης ετήσιας εδαφικής διάβρωσης στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου του Νομού Τρικάλων χρησιμοποιώντας τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Για τον ακριβέστερο και ταχύτερο υπολογισμό της μεθόδου αναπτύχθηκε εργαλείο στο περιβάλλον Model Builder, μία εφαρμογή του ArcGIS που επιτρέπει τη δημιουργία, επεξεργασία και διαχείριση μαθηματικών μοντέλων. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα από τη χρήση του Model Builder για την εφαρμογή του μοντέλου της RUSLE είναι ότι επιταχύνονται οι υπολογισμοί, μειώνεται ο χρόνος και το κόστος εργασίας. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: διάβρωση, λεκάνη απορροής, GIS, Model Builder, RUSLE ESTIMATION OF SOIL EROSION IN MOUNTAINOUS WATERSHEDS WITH THE COMBINED USE OF RUSLE MODEL AND GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS Stefanidis Stefanos *, Chatzichristaki Chrysoula, Stefanidis Panagiotis Laboratory of Mountainous Water Management and Control, Faculty of Forestry & Natural Environment, Aristotle University of Thessaloniki, 54124, Thessaloniki * ststefanid@gmail.com ABSTRACT This paper deals with the implementation of RUSLE method for the estimation of the mean annual soil erosion in Klinovitikos watershed at Trikala Prefecture using Geographical Information Systems. For more accurate and faster results, a GIS tool was developed in Model Builder environment, an application that allows the creation, editing and management of mathematical models. The main advantages of using Model Builder so as to estimate erosion with the RUSLE method is that accelerates calculation and reduces cost and time. KEY WORDS: erosion, watershed, GIS, Model Builder, RUSLE

6 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των χειμαρρικών ρευμάτων είναι ότι αποσπούν στερεά υλικά από τον χώρο των λεκανών απορροής, τα μεταφέρουν και στη συνέχεια τα αποθέτουν στις πεδινές περιοχές (Kotoulas, 1984). Η διάβρωση των ορεινών λεκανών απορροής και η αντίστοιχα προκαλούμενη υποβάθμιση αποτελούν σπουδαίο μορφογενετικό παράγοντα στην επιφάνεια του στερεού φλοιού της γης (Μαργαρόπουλος, 1963). Μεγάλο ενδιαφέρον από χειμαρρική άποψη έχει η ποσότητα των φερτών υλικών, που παράγεται ετησίως και κατά μέσο όρο σε κάθε λεκάνη απορροής. Ο όγκος των παραγόμενων υλικών, αναγόμενος στην επιφάνεια της λεκάνης, ως ιδεατό αποσπώμενο στρώμα γης με ομοιόμορφο πάχος, αποτελεί την υποβάθμιση της λεκάνης. Η αποτροπή της διάβρωσης και της υποβάθμισης, καθώς και η διευθέτηση των χειμάρρων, αποτελεί ένα βασικό έργο υποδομής (Zlatic et al., 2010, Myronidis et al., 2010a). Για να ευδοκιμήσει, όμως, ένα τέτοιο έργο θα πρέπει να γίνει γνωστό το μέγεθος της διάβρωσης, ώστε να επιλεγεί και να εφαρμοστεί το κατάλληλο σύστημα ελέγχου της διάβρωσης και διευθέτησης των χειμάρρων (Myronidis and Arabatzis, 2009, Myronidis et al., 2010b, Χατζηχριστάκη κ.ά., 2013, Vulević et al., 2015). Η εκτίμηση της διάβρωσης με εργασίες υπαίθρου είναι μία χρονοβόρα διαδικασία που δύσκολα μπορεί να καλύψει το σύνολο μίας λεκάνης απορροής, αλλά περιορίζεται σε πειραματικές επιφάνειες της λεκάνης (Stefanidis et al., 2002, Verstraeten and Poesen, 2002, Vanmaercke et al., 2012). Για αυτούς ακριβώς τους λόγους, η ανάπτυξη μεθόδων σχετικά με την πρόβλεψη της διάβρωσης και της υποβάθμισης του εδάφους είναι πλούσια τις τελευταίες δεκαετίες. Τα μοντέλα εδαφικής διάβρωσης χρησιμοποιούν μαθηματικές εξισώσεις για να εκφράσουν τη σχέση μεταξύ παραγόντων και διεργασιών διάβρωσης. Οι παράγοντες αυτοί περιλαμβάνουν την τοπογραφία, τις μετεωρολογικές μεταβλητές, εδαφικές ιδιότητες και χρήσεις γης (Κουράκλη και Στεφανίδης, 2011). Γενικά, τα μοντέλα ανήκουν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τις φυσικές διεργασίες που προσομοιώνουν και τις εξισώσεις που χρησιμοποιούν. Αυτές οι κατηγορίες είναι εμπειρικά, στοχαστικά και προσδιοριστικά μοντέλα. Τα εμπειρικά μοντέλα είναι τα απλούστερα, βασίζονται σε αναλύσεις πειραμάτων υπαίθρου και απαιτούν τα λιγότερα δεδομένα. Τα σπουδαιότερα εμπειρικά μοντέλα είναι της USLE (Wischmeier and Smith,1978, RUSLE (Renard et al.,1991), RMMF (Morgan, 2001) και Gavrilovič (1972). Σε ό,τι αφορά τα στοχαστικά μοντέλα, είναι τοποθετημένα ανάμεσα στα εμπειρικά και τα προσδιοριστικά και στοχεύουν στην προσομοίωση των διαδικασιών της διάβρωσης, χρησιμοποιώντας και εμπειρικές σχέσεις. Τα στοχαστικά μοντέλα χρησιμοποιούν, μεταξύ άλλων, την έννοια της πιθανότητας, των χρονοσειρών και της αυτοσυσχέτισης, καθώς και τη μέθοδο της παλινδρόμησης και την έννοια του συντελεστή συσχέτισης και του συντελεστή προσδιορισμού. Τα πιο διαδεδομένα από αυτά είναι τα AGNPS (Young et al.,1989, SWAT (Arnold,1996) και LASCAM (Viney and Sivapalan, 1999). Τέλος, τα προσδιοριστικά μοντέλα προσομοιώνουν την εδαφική διάβρωση χρησιμοποιώντας εξισώσεις μεταφοράς μάζας, ορμής και ενέργειας, με σημαντικότερα τα ANSWERS (Beasley et al.,1980), CREAMS (Knisel,1995), KINEROS2 (Smith et al.,1995), EUROSEM (Morgan et al.,1998), EROSION-3D (von Werner, 2000), EPIC (Sharpley and Williams,1990), WEPP (Nearing et al.,1989) and PESERA (Kirkby et al., 2000). Το μοντέλο USLE είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο εμπειρικό μοντέλο εδαφικής διάβρωσης. Αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ για την εκτίμηση του ρυθμού της επιφανειακής και της αυλακωτής διάβρωσης σε γεωργικά καλλιεργούμενες εκτάσεις. Έχει επικρατήσει ως μία από τις πιο πρακτικές μεθόδους για την εκτίμηση της πιθανής διάβρωσης τους εδάφους σε όλο τον κόσμο λόγω των ελάχιστων απαιτήσεων σε υπολογισμούς. Παρά την απλότητα στην εφαρμογή, παρουσιάζει αρκετούς περιορισμούς και έλλειψη δεδομένων σε χώρες εκτός ΗΠΑ (Kinnell, 2010).

7 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Για αυτόν τον λόγο αναπτύχτηκαν διάφορες τροποποιήσεις στον αρχικό σχεδιασμό του μοντέλου. Μία από αυτές είναι η RUSLE, η οποία διατηρεί τη μορφή της Παγκόσμιας Εξίσωσης Εδαφικής Απώλειας, αλλά εμφανίζει διαφοροποιήσεις στον υπολογισμό των επιμέρους παραμέτρων. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της αναθεωρημένης USLE (RUSLE) είναι ότι ο παράγοντας της φυτοκάλυψης μπορεί να εκτιμηθεί απευθείας από τις χρήσεις γης χωρίς να χρειάζονται στοιχεία από πειραματικές επιφάνειες, καθώς και ότι εφαρμόζεται πέραν από γεωργικές περιοχές και σε ορεινές λεκάνες απορροής (Tanyaş et al., 2015, Zini et al., 2015, Li et al., 2016). Έρευνες σε ορεινές λεκάνες απορροής του ελλαδικού χώρου έχουν δείξει ότι η χρήση του μοντέλου RUSLE σε συνδυασμό με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών δίνουν αξιόπιστα αποτελέσματα (Ξανθάκης, 2011, Αναστασίου, 2013, Efthimiou et al., 2016). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη εργαλείου για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών εκτίμησης της εδαφικής διάβρωσης χρησιμοποιώντας την εξίσωση RUSLE σε περιβάλλον Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΑΣ Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στην ορεινή λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου, η οποία έχει εμβαδόν 171,09 km 2. Αποτελεί συμβάλλοντα του Πηνειού ποταμού, που είναι το τρίτο μεγαλύτερο ποτάμι της Ελλάδος, και βρίσκεται στην περιοχή της Καλαμπάκας του Νομού Τρικάλων (Σχήμα 1). Η περιοχή ανήκει στο δίκτυο προστασίας Natura 2000 και έχει χαρακτηριστεί ως Τόπος Κοινοτικής Σημασίας (ΤΚΣ), σύμφωνα με την οδηγία 92/43/ΕΟΚ. Σχήμα 1: Περιοχή έρευνας. Τo κλίμα της περιοχής μπορεί να χαρακτηρισθεί ως μεταβατικό (μεσογειακόμεσευρωπαϊκό) με πολύομβρο και ψυχρό χειμώνα και σχετικά θερμό και ξηρό θέρος. Εντός της λεκάνης απορροής του χειμάρρου, σε υψόμετρο 940 m, βρίσκεται ο μετεωρολογικός σταθμός της Χρυσομηλιάς, για τον οποίον υπάρχουν μακροχρόνιες χρονοσειρές

8 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: βροχόπτωσης για το χρονικό διάστημα Με βάση τα στοιχεία του σταθμού, το μέσο ετήσιο ύψος βροχής ανέρχεται σε 1074 mm. Η περιοχή χαρακτηρίζεται ως ορεινή με μέσο υψόμετρο 1112 m (μέγιστο 2204 m), μέση κλίση λεκάνης απορροής 48,2% και μέση κλίση κεντρικής κοίτης 6,45%. Σε ό,τι αφορά τη βλάστηση, παρατηρήθηκαν δασοσκεπείς εκτάσεις ελάτης, δρυός και οξιάς, ενώ η γεωλογική συγκρότηση της περιοχής αποτελείται κυρίως από ασβεστόλιθο και φλύσχη. 3. ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 3.1 ΜΟΝΤΕΛΟ RUSLE Η Αναθεωρημένη Παγκόσμια Εξίσωση Εδαφικών Απωλειών (RUSLE) υπολογίζει το μέγεθος της αναμενόμενης εδαφικής απώλειας που προέρχεται από αυλακωτή και επιφανειακή διάβρωση. Βασίζεται σε πέντε παράγοντες που καθορίζουν τον ρυθμό διάβρωσης (διαβρωτικότητα βροχής, διαβρωσιμότητα εδάφους, ανάγλυφο, φυτοκάλυψη και έργα ελέγχου της διάβρωσης), σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση: A R * K * LS * C * P (3.1) Α: υπολογισμένη μέση ετήσια γενική εδαφική διάβρωση (tn/ha/έτος). Το μέγεθός της εκτιμήθηκε από τον συνδυασμό των επιμέρους παραγόντων. R: συντελεστής διαβρωτικότητας της βροχής (MJ*ha -1 *h -1 *year -1 ). Ο συντελεστής ορίζεται από τη σχέση n 60* e * P * I (3.2) 30 j 1 όπου P το ολικό ύψος βροχόπτωσης (mm), I 30 η μέγιστη ένταση της βροχής στο χρονικό διάστημα των 30 min, n ο ετήσιος αριθμός βροχοπτώσεων και e η κινητική ενέργεια που εκφράζεται από τη σχέση e 0.29[1 0.72exp( 3 i)] (3.3) και i η μέση ένταση βροχής (mm/h). Ο προσδιορισμός του Ι 30 απαιτεί ετήσια βροχομετρικά δεδομένα βήματος 30 λεπτών. Η πληροφορία αυτή δεν ήταν διαθέσιμη στους μετεωρολογικούς σταθμούς της περιοχής έρευνας. Για τον λόγο αυτό, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η παρακάτω σχέση που αναπτύχθηκε στη Γερμανία (Schwertmann et al., 1990) και έχει χρησιμοποιηθεί κατ' ανάγκη και για ελληνικές συνθήκες (Χρυσάνθου και Πυλιώτης, 1995): R 0,83* N 17, 7 (3.4) όπου Ν η μέση ετήσια βροχόπτωση (mm) K: συντελεστής για τη διαβρωσιμότητα του εδάφους που κυμαίνεται από 0,2 έως 0,6 (tn*ha*h*ha -1 *MJ -1 *mm -1 ). Προσδιορίζεται από πέντε ιδιότητες του εδάφους: την περιεκτικότητα σε ιλύ και λεπτή άμμο, σε μέση και χονδρή άμμο, σε οργανική ύλη, τον τύπο της εδαφικής δομής και τον βαθμό διαπερατότητας. Το Κ ορίζεται με τη χρήση νομογραφημάτων ή εξισώσεων. Οι τιμές που προκύπτουν από τα νομογραφήματα, είναι εκφρασμένες σε διαφορετικές μονάδες από αυτές του παράγοντα Κ και για τον λόγο αυτό θα πρέπει να διαιρούνται με 10.

9 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: LS: συντελεστής αναγλύφου που αναπαριστά την επίδραση του αναγλύφου και συγκεκριμένα του μήκους της κλιτύος (L) και της κλίσης της κλιτύος (S). Το μήκος κλιτύος ορίζεται ως η οριζόντια απόσταση από το σημείο έναρξης της απορροής μέχρι το σημείο που είτε η κλίση μειώνεται αρκετά, ώστε να ξεκινήσει η απόθεση των φερτών υλικών, είτε η απορροή συγκεντρώνεται σε κάποιο ρέμα. Στο μοντέλο χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές εξισώσεις για τον υπολογισμό του μήκους κλιτύος ανάλογα με την επί τοις εκατό κλίση της περιοχής μελέτης, όπως φαίνεται παρακάτω (McCool et al.,1987): S 10,8* sin 0, 03 (για κλίσεις < 9%) (3.5) S 16,8* sin 0,5 (για κλίσεις 9%) (3.6) όπου θ είναι η κλίση σε μοίρες. Το μήκος κλιτύος (L) δίνεται από την εξίσωση: L ( A / 22,13) m (3.7) όπου Α είναι η έκταση της επιφάνειας, για την οποία υπολογίζεται το μήκος κλιτύος, ενώ ο αριθμός 22,13 εκφράζει το μήκος της πειραματικής επιφάνειας του μοντέλου RUSLE. Τέλος, το m ορίζεται από την εξίσωση: 3 3 m J J (1 ) (3.8) όπου: J 0,8 (sin / 0,0896) / (3(sin ) 0,56) (3.9) με το θ να είναι η κλίση σε μοίρες. C: συντελεστής για την κάλυψη με βλάστηση και την διαχειριστική πρακτική της επιφάνειας (χωρίς μονάδα μέτρησης, κυμαίνεται από 0 έως 1). Ο παράγοντας αυτός εκτιμά την επιρροή των τεχνικών καλλιέργειας και της διαχειριστικής πρακτικής στον ρυθμό διάβρωσης του εδάφους. Στο μοντέλο της RUSLE υπολογίζεται ως συνάρτηση του ρυθμού εδαφικής απώλειας υπό συγκεκριμένες συνθήκες φυτοκάλυψης, επιφανειακής κάλυψης, εδαφικής τραχύτητας και εδαφικής υγρασίας. Για τον προσδιορισμό του συντελεστή έγινε φωτοερμηνεία πρόσφατων ορθοφωτοχαρτών, έτους λήψης 2007 για την περιοχή μελέτης. P: συντελεστής για την επίδραση των διαχειριστικών πρακτικών και έργων κατά της διάβρωσης (χωρίς μονάδα μέτρησης, κυμαίνεται από 0 έως 1). Ορίζεται ως η αναλογία της εδαφικής απώλειας υπό συγκεκριμένη διαχειριστική πρακτική προς την αντίστοιχη εδαφική απώλεια υπό καλλιεργήσιμο έδαφος. 3.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ RUSLE ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Η παραπάνω διαδικασία εφαρμογής της εξίσωσης του μοντέλου RUSLE πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον του Model Builder, μίας εφαρμογής των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, που επιτρέπει τη δημιουργία, επεξεργασία και διαχείριση μοντέλων. Είναι ένα γραφικό εργαλείο για τον σχεδιασμό, προσομοίωση και ανάλυση μαθηματικών μοντέλων που αποτελούνται από ένα σύστημα εξισώσεων και αποτελεί έναν εύχρηστο τρόπο αυτοματοποίησης μιας σειράς εργαλείων.

10 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Στο Model Builder, το μοντέλο αναπαρίσταται με ένα διάγραμμα ροής σε γραφικό περιβάλλον που διευκολύνει τον χρήστη στην απεικόνιση μοντέλων. Το διάγραμμα του μοντέλου αντιπροσωπεύει τη ροή εργασιών με μία ή περισσότερες διαδικασίες συνδεδεμένες μεταξύ τους. Κάθε διαδικασία αποτελείται από ένα εργαλείο, τις παραμέτρους του (δεδομένα εισόδου, παραγόμενα αποτελέσματα) και τις γραμμές σύνδεσης. Με τη χρήση του Model Builder, κάθε συστατικό του μοντέλου έχει χαρακτηριστικό χρώμα και σχήμα, γεγονός που βοηθάει τον χρήστη στην αναγνώριση των συστατικών και τη δημιουργία του μοντέλου. Συγκεκριμένα, με μπλε έλλειψη απεικονίζονται τα δεδομένα εισόδου, με κίτρινο παραλληλόγραμμο τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν και με πράσινη έλλειψη απεικονίζονται τα παραγόμενα αποτελέσματα. Σχήμα 2: Γραφική αναπαράσταση εφαρμογής του μοντέλου RUSLE σε περιβάλλον Model Builder. Στο συγκεκριμένο μοντέλο χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής, τα διανυσματικά αρχεία με τις χρήσεις γης, τη διαβρωσιμότητα του εδάφους, τις πρακτικές ενάντια στη διάβρωση, καθώς επίσης και η εξίσωση της βροχοβαθμίδας της περιοχής (Σχήμα 2). Η εφαρμογή των εξισώσεων που αναλύθηκαν παραπάνω για τον υπολογισμό του κάθε παράγοντα, καθώς και ο τελικός πολλαπλασιασμός των παραγόντων έγινε με τη χρήση του εργαλείου raster calculator. Επιπρόσθετα, για την εκτίμηση του παράγοντα LS χρησιμοποιήθηκαν τα εργαλεία Fill, Flow Direction και Flow

11 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Accumulation από την εργαλειοθήκη Spatial Analyst Hydrology και το εργαλείο Slope από την εργαλειοθήκη Spatial Analyst Surface του λογισμικού ArcGIS ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Οι τιμές που δόθηκαν για τον παράγοντα της φυτοκάλυψης C καθορίστηκαν με βάση τη βιβλιογραφία (Wischmeier and Smith, 1978, Morgan, 2005). Οι τιμές αυτές είναι για τα δάση: 0,003, θαμνώνες: 0,014, γεωργικές καλλιέργειες: 0,3, γυμνά-άγονα: 0,35 και οικισμοί: 0. Σε ό,τι αφορά τις τιμές του συντελεστή για τη διαβρωσιμότητα του εδάφους Κ, έχουν υπολογιστεί βάσει άμεσων παρατηρήσεων πεδίου από 500 ερευνητές στα πλαίσια του προγράμματος LUCAS 2009 (Land Use and Cover Area Frame Survey) για 27 ευρωπαϊκές χώρες, ανάμεσα στις οποίες είναι και η Ελλάδα. Τα αποτελέσματα των ερευνών αυτών διατίθενται σε μορφή ψηφιδωτού αρχείου (raster) από το ESDAC (European Soil Data Centre) (Panagos et al., 2014). Για τον υπολογισμό του συντελεστή διαβρωτικότητας της βροχής R απαιτείται η γνώση της σχέσης μεταβολής του ετήσιου ύψους βροχής με το υπερθαλάσσιο υψόμετρο. Κατά την ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα των κάτωθι μετεωρολογικών σταθμών (Πίνακας 1): Πίνακας 1: Μετεωρολογικοί σταθμοί στην ευρύτερη περιοχή έρευνας. Α/Α Μετεωρολογικός Συντεταγμένες Υψόμετρο Περίοδος σταθμός Χ Υ σταθμού (m) παρατηρήσεων 1 Αγιόφυλλο , , Ελάτη , , Κατάφυτο , , Μαλακάσι , , Μεγάλη Κερασιά , , Περτούλι , , Χρυσομηλιά , , Αναλύοντας τα δεδομένα των μετεωρολογικών σταθμών του Πίνακα 1, προσδιορίστηκε η σχέση της βροχοβαθμίδας στην περιοχή έρευνας και δίνεται στο ακόλουθο σχήμα (Σχήμα 3): Μέσο ετήσιο ύψος βροχής (mm) y = 1,040x + 182,2 R² = 0, Υψόμετρο (m) Σχήμα 3: Η σχέση μεταξύ του μέσου ετήσιου ύψους βροχής και του υπερθαλάσσιου ύψους στην περιοχής έρευνας.

12 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Από το παραπάνω διάγραμμα (Σχήμα 3) παρατηρείται ότι ο συντελεστής προσδιορισμού R 2 είναι ισχυρός, γεγονός που μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ποσοστό 73% της συνολικής μεταβολής του ύψους βροχής οφείλεται στη μεταβολή του υπερθαλάσσιου ύψους. Για τον υπολογισμό του παράγοντα R χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού της Χρυσομηλιάς αναγόμενα στο μέσο υψόμετρο της λεκάνης βάση της σχέσης της βροχοβαθμίδας. O συντελεστής αναγλύφου LS υπολογίστηκε από το εργαλείο που αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Model Builder των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών λαμβάνοντας ως δεδομένο εισόδου υψηλής ακρίβειας ψηφιακό μοντέλο εδάφους (5 m*5 m). Τέλος, στη λεκάνη απορροής του ρέματος δεν υπάρχουν συγκεκριμένες πρακτικές ή έργα προστασίας ενάντια στη διάβρωση (Καλινδέρης, 2006), με αποτέλεσμα να θεωρείται ο αντίστοιχος συντελεστής P παντού ίσος με τη μονάδα. Οι παράγοντες που χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με βάση το μοντέλο RUSLE, δίνονται στο επόμενο σχήμα (Σχήμα 4). Λαμβάνοντας υπόψιν τις τιμές των παραμέτρων και την εξίσωση του μοντέλου της RUSLE, εκτιμήθηκε η μέση ετήσια εδαφική διάβρωση στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου ίση με 73 tn/ha/έτος. Επειδή το μοντέλο επικεντρώνεται κυρίως στον προσδιορισμό της επιφανειακής και αυλακωτής διάβρωσης, το μέγεθος αυτό πρέπει να προσαυξηθεί ώστε να συμπεριληφθούν και τα υλικά που παράγονται από τη διάβρωση της κοίτης των υδατορευμάτων. Ο Χρυσάνθου (1985) βασιζόμενος στα αποτελέσματα του Roehl (1962) για παραπλήσια έρευνα σε υδατορεύματα των ΗΠΑ, χρησιμοποίησε προσαύξηση 20%. Με τον τρόπο αυτό υπολογίζεται η μέση ετήσια εδαφική διάβρωση 88 tn/ha/έτος. Το μέγεθος της διάβρωσης, καθώς και η χωρική κατανομή της στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου δίδονται στο Σχήμα 5.

13 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: 1-12 Σχήμα 4: Προσδιορισμός των παραμέτρων της εξίσωσης RUSLE RUSLE. Σχήμα 5: Εφαρμογή της εξίσωσης RUSLE στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου Κλεινοβίτικου. 9

14 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: ΣΥΖΗΤΗΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η Αναθεωρημένη Παγκόσμια Εξίσωση Απώλειας Εδάφους (RUSLE) εφαρμόστηκε για την εκτίμηση του κινδύνου διάβρωσης στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου του Νομού Τρικάλων με τη χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και τη δημιουργία μοντέλου στο ArcGIS Model Builder. Η εξίσωση RUSLE είναι μία εμπειρική εξίσωση που δεν αντιπροσωπεύει μαθηματικά τις φυσικές διεργασίες της διάβρωσης. Για τον λόγο αυτό, τα αποτελέσματά της θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ως εκτιμήσεις και ως ενδείξεις του μεγέθους της διάβρωσης. Από την εφαρμογή της μεθόδου προέκυψε ότι στη λεκάνη απορροής του χειμάρρου Κλεινοβίτικου αναπτύσσεται, κατά Reneuve και Galevsky (1955), ισχυρή διάβρωση. Η ταξινόμηση των τιμών διάβρωσης σε κατηγορίες κινδύνου (π.χ. πολύ χαμηλός, χαμηλός, πολύ ισχυρός κ.λ.π.) παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού της θέσης και της έκτασης των απειλούμενων από διάβρωση περιοχών. Ο συνδυασμός της RUSLE με τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών επιτρέπει τη χαρτογράφηση και τη χωρική κατανομή του κινδύνου διάβρωσης του εδάφους και παράγει χρήσιμα και αναγνώσιμα αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν ιδιαίτερη σημασία για τους αρμόδιους φορείς, για την επιλογή της ορθής πολιτικής και των ενδεδειγμένων έργων ενάντια στη διάβρωση και την υποβάθμιση του εδάφους. Τα τελευταία χρόνια, η χρήση του ArcGIS Model Builder για την αυτοματοποίηση διαδικασιών και ανάπτυξη μοντέλων γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα από τη χρήση του Model Builder για την εφαρμογή του μοντέλου της RUSLE είναι ότι επιταχύνονται οι υπολογισμοί, μειώνεται ο χρόνος και το κόστος εργασίας, καθώς επίσης ότι είναι απλό και εύκολο στη χρήση. Επιπρόσθετα, καθίσταται δυνατή η χρήση του μοντέλου και από άλλους χρήστες για την εφαρμογή του σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές και σε μεταβαλλόμενες συνθήκες. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αναστασίου, Σ Προσδιορισμός της υποβάθμισης και των εστιών παραγωγής φερτών υλικών των λεκανών απορροής των χειμάρρων της πόλης των Σερρών με τη χρήση των GIS. Μεταπτυχιακή Διατριβή, Τμήμα Δασολογίας Α.Π.Θ., 130 σελ. Καλινδέρης, Ι Η υδρονομία στην Ελλάδα στα πλαίσια της κοινοτικής οδηγίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τη διαχείριση των υδατικών πόρων. Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Δασολογίας & Φυσικού Περιβάλλοντος, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 330 σελ. Κουράκλη, Π. και Στεφανίδης, Π Διάβρωση και ανάπτυξη μοντέλων διάβρωσης στην Ευρώπη. Πρακτικά του 4 ου Περιβαλλοντικού Συνεδρίου Μακεδονίας, Θεσσαλονίκη (Πρακτικά σε CD). Μαργαρόπουλος, Π Η υδατική διάβρωσις και το χειμαρρικόν φαινόμενον. Εκδόσεις Δανιγγέλης, Αθήνα, 209 σελ. Ξανθάκης, Μ., Η μελέτη της εδαφικής διάβρωσης σε ορεινές λεκάνες απορροής με σύγχρονα τεχνολογικά εργαλεία. Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Γεωγραφίας, Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Αθηνών., 288 σελ. Χατζηχριστάκη, Χ., Στεφανίδης, Σ. και Στεφανίδης, Π Ορθολογική διαχείριση λεκανών απορροής της λίμνης Κορώνειας για έλεγχο των φερτών υλικών. Πρακτικά 16 ου Πανελλήνιου Δασολογικού Συνεδρίου, Θεσσαλονίκη, Χρυσάνθου, Β Στερεοπαροχή μιας λεκάνης απορροής και συσσώρευση φερτών υλών στην αντίστοιχη τεχνητή λίμνη. Πρακτικά 2 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΥΕ, Ξάνθη,

15 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Χρυσάνθου, Β. και Πυλιώτης, Α Εκτίμηση της εισροής φερτών υλών σ' έναν ταμιευτήρα υπό κατασκευή. Πρακτικά 6 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΥΕ, Θεσσαλονίκη, Arnold, J. G. and Allen, P. M Estimating hydrologic budgets for three Illinois watersheds. Journal of Hydrology, 176(1): Beasley, D. B., Huggins, L. F. and Monke, A ANSWERS: A model for watershed planning. Transactions of the ASAE, 23(4): Efthimiou, N., Lykoudi, E., Panagoulia, D. and Karavitis, C Assessment of soil susceptibility to erosion using the EMP and RUSLE models: The case of Venetikos river catchment. Global Nest Journal, 18(1): Gavrilovič, S., Engineering of debris flow and erosion. Izgradnja, Beograd, Serbia, p Knisel, W. G., Williams, J. R. and Singh, V. P Hydrology components of CREAMS and GLEAMS models. Computer models of watershed hydrology, 1: Kotoulas, D Denudation and sedimentation in Greece as an example frοm the mountains and the plain of Salonica. Proceedings of the International Symposium of INTERPRAEVENT, Villach, Kirkby, M. J., Le Bissonais, Y., Coulthard, T. J., Daroussin, J. and McMahon, M. D The development of land quality indicators for soil degradation by water erosion. Agriculture, Ecosystems & Environment, 81(2): Kinnell, P.A Event soil loss, runoff and the Universal Soil Loss Equation family of models: A review. Journal of Hydrology, 385(1): Li, Y., Bai, X., Zhou, Y., Qin, L., Tian, X., Tian, Y. and Li, P Spatial Temporal Evolution of Soil Erosion in a Typical Mountainous Karst Basin in SW China, Based on GIS and RUSLE. Arabian Journal for Science and Engineering, 41(1): McCool D. K., Brown L. C., Foster G. R., Mutchler C. K. and Mayer L. D Revised slope steepness factor for the Universal Soil Loss Equation. Transactions of the ASAE, 30: Morgan, R. P. C., Quinton, J. N., Smith, R. E., Govers, G., Poesen, J. W. A., Auerswald, K., Chisci P., Torri, D. and Styczen, M. E The European Soil Erosion Model (EUROSEM): a dynamic approach for predicting sediment transport from fields and small catchments. Earth Surface Processes and Landforms, 23(6): Morgan, R. P. C A simple approach to soil loss prediction: a revised Morgan Morgan Finney model. Catena, 44(4): Morgan, R. P.C Soil Erosion and Conservation. Blackwell Publishing, Third Edition. Myronidis, D. and Arabatzis, G An evaluation of the Greek post fire erosion mitigation policy through spatial analysis. Polish Journal of Environmental Studies, 18: Myronidis, D. I., Emmanouloudis, D. A., Mitsopoulos, I. A. and Riggos, E. 2010a. Soil erosion potential after fire and rehabilitation treatments in Greece. Environmental Modeling & Assessment, 15(4), Myronidis, D., Ioannou, K., Sapountzis, M. and Fotakis, D. 2010b. Development of a sustainable plan to combat erosion for an island of the Mediterranean region. Fresenius Environmental Bulletin, 19(8): Nearing, M. A., Foster, G. R., Lane, L. J. and Finkner, S. C A process-based soil erosion model for USDA-Water Erosion Prediction Project Technology. Transactions of the ASAE, 32(5): Panagos, P., Meusburger, K., Ballabio, C., Borrelli, P. and Alewell, C Soil erodibility in Europe: A high-resolution dataset based on LUCAS. Science of the Total Environment, 479:

16 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25: Renard, K. G., Foster, G. R., Weesies, G. A. and Porter, J. P RUSLE: Revised universal soil loss equation. Journal of Soil and Water Conservation, 46(1): Reneuve, P. and Galevsky, M La corrélation entre les pluies torrentielles et l' intensité de l' érosion (d' après les observations faites dans un périmètre torrentiel). Annales de l' école nationale des eaux et forêts et de la station de recherches et expériences, Roehl, J. W., Sediment source areas, delivery ratios and influencing morphological factors. In Symposium of Bari, 1 8 October 1962, Commission of Land Erosion. Publication 59, IAHS: Wallingford: Schwertmann, U., Vogl, W. und Kainz, M Bodenerosion durch Wasser. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, Sharpley, A. N. and Williams, J. R EPIC-erosion/productivity impact calculator: 1. Model documentation. Technical Bulletin-United States Department of Agriculture. Smith, R. E., Goodrich, D. C. and Quinton, J. N Dynamic, distributed simulation of watershed erosion: the KINEROS2 and EUROSEM models. Journal of Soil and Water Conservation, 50(5): Stefanidis, P., Sapountzis, M. and Stathis, D Sheet erosion after fire at the urban forest of Thessaloniki (Northern Greece). Silva Balcanica, 21: Tanyaş, H., Kolat, Ç. and Süzen, M. L A new approach to estimate cover-management factor of RUSLE and validation of RUSLE model in the watershed of Kartalkaya Dam. Journal of Hydrology, 528: Young, R. A., Onstad, C. A., Bosch, D. D. and Anderson, W. P AGNPS: A nonpointsource pollution model for evaluating agricultural watersheds. Journal of Soil and Water Conservation, 44(2): Vanmaercke, M., Poesen, J., Radoane, M., Govers, G., Ocakoglu, F. and Arabkhedri, M., How long should we measure? An exploration factors controlling the inter-annual variation of catchment sediment yield. Journal of Soils and Sediments, 12: Verstraeten, G. and Poesen, J., Using sediment deposits in small ponds to quantify sediment yield from small catchments: possibilities and limitations. Earth Surface Processes and Landforms, 27: Viney, N. R. and Sivapalan, M A conceptual model of sediment transport: application to the Avon River Basin in Western Australia. Hydrological Processes, 13(5): von Werner, M EROSION-3D Technical user manual, Department of Soil Science and Water Protection. TU, Bergakademie Freiberg, Berlin, Germany. Vulević, T., Dragović, N., Kostadinov, S., Simić, S. and Milovanović, I Prioritization of soil erosion vulnerable areas using multi-criteria analysis methods. Polish Journal of Environmental Studies, 24(1): Wischmeier W. H. and Smith, D. D Predicting rainfall erosion losses, a guide to conservation planning. U. S. Dep. of Agriculture, Agriculture Handbook No. 537, 62 p. Zini, A., Grauso, S., Verrubbi, V., Falconi, L., Leoni, G. and Puglisi, C The RUSLE erosion index as a proxy indicator for debris flow susceptibility. Landslides, 12(5): Zlatić, M., Andrijanić, T., Vladimir, Š., Dragović, N. and Todosijević, M Natural and economic effect and assessment of risk and uncertainty of sustainable soil management in Pariguz watershed. Proceedings of the First Serbian Forestry Congress - Future with Forests, Belgrade,

17 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΤΗΣ Π.Ε. ΚΑΡΔΙΤΣΑΣ Ανθούλα Ντότα 1 και Νικόλαος Θεοδοσίου 1 1 ΑριστοτέλειοΠανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Θεσσαλονίκη, niktheod@civil.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της εργασίας είναι η διερεύνηση της ποιοτικής και ποσοτικής υποβάθμισης των υδατικών πόρων ως αποτέλεσμα των αγροτικών δραστηριοτήτων στην Π.Ε. Καρδίτσας. Για την ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων αξιοποιήθηκε η έννοια του υδατικού αποτυπώματος (υ.α.) όπως προτάθηκε από τους Hoekstra-Chapagain. Ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής έγινε με τη μέθοδο Hargreaves, ενώ η ωφέλιμη βροχόπτωση εκτιμήθηκε βάσει της μεθόδου USDA. Τα αποτελέσματα της εργασίας έδειξαν ότι μερικές παραδοσιακά υδροβόρες καλλιέργειες όπως ο αραβόσιτος και ημηδική,έχουν σημαντικά μικρότερο υ.α. λόγω των υψηλών αποδόσεων τους. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι το υ.α. μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο εργαλείο στη χάραξη ορθολογικών πολιτικών μέσω του ταυτόχρονου προσδιορισμού των υδατικών απολήψεων σε συνδυασμό με τη ρύπανση που προκαλείται. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ:Υδατικό αποτύπωμα, διαχείριση υδατικών πόρων, υδατικές ανάγκες καλλιεργειών, Περιφερειακή Ενότητα Καρδίτσας. WATER FOOTPRINT ESTIMATION OF THE AGRICULTURAL ACTIVITIES IN THE REGIONAL UNIT OF KARDITSA. Anthoula Dota 1 and Nicolaos Theodossiou 1 1 Division of Hydraulics and Environmental Engineering, Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece niktheod@civil.auth.gr ABSTRACT Aim of this paper is to investigate the quality and quantity degradation of the water resources as a result of the agricultural activities in the wide area of the Regional Unit of Karditsa. For the quantification of the consequences thewater footprint (w.f.) concept was appliedas proposed by Hoekstra Chapagain. The evapotransipation was calculated with the Hagreaves method while the effective rainfall was estimated employing the USDA method. The results of this approach showed that some of the cultivations traditionally known as water consuming such as corn and alfalfa, have significantly lower w.f. as a result of their increased crop yield. Furthermore, it was concluded that the w.f. approach can be a useful tool in the design of sustainable policies through the simultaneous calculation of water demands and the pollution the applied practices cause. KEYWORDS: water footprint, water resources management, agricultural water demands, Regional Unit of Karditsa.

18 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μερικά από τα σημαντικότερα ζητήματα που αφορούν στους υδατικούς πόρους, είναι ο περιορισμός της υπερκατανάλωσής τους καθώς και η προστασία της ποιότητας αυτών. Με την πάροδο των ετών, οι ερευνητές προσπαθούν να προσδιορίσουν με πιο αποτελεσματικό τρόπο την κατανάλωση του νερού καθώς και το ρυπαντικό φορτίο που καταλήγει στους υδατικούς πόρους με στόχο την ορθολογικότερη διαχείρισηκαι την προστασία τους. Μια σχετικά καινούρια αντίληψη στην ταυτόχρονη εκτίμηση της υδατικής κατανάλωσης και της ρύπανσης του νερού είναι η έννοια του υδατικού αποτυπώματος που εισήχθη για πρώτη φορά από τον Allan Hoekstra (Hoekstra, 2003). Το υδατικό αποτύπωμα μπορεί να προσδιοριστεί ως ένας δείκτης των διαφόρων μορφών και ποσοτήτων του νερού που χρησιμοποιούνται στην παραγωγική αλυσίδα των προϊόντων και δεν περιορίζεται μόνο στην παραδοσιακή αντίληψη των υδατικών απολήψεων.το υ.α. έχει τρεις συνιστώσες: 1) Το μπλε υ.α. που αναφέρεται στην κατανάλωση των επιφανειακών και υπόγειων υδατικών πόρων εντός της παραγωγικής αλυσίδας ενός προϊόντος, 2) το πράσινο υ.α. που αφορά στο νερό της βροχής που αποθηκεύεται ως εδαφική υγρασία και 3) το γκρι υ.α. που αποτελεί δείκτη μέτρησης της ρύπανσης και μπορεί να προσδιοριστεί ως ο όγκος των υδατικών πόρων που απαιτούνται για την αφομοίωση του ρυπαντικού φορτίου από το υδατικό σύστημα. Η έννοια του υδατικού αποτυπώματος προσδίδει νέα διάσταση στο πως ο κάθε καταναλωτής ή παραγωγός συνδέεται με τους υδατικούς πόρους. Θα μπορούσε μάλιστα να χαρακτηριστεί ως ένας ογκομετρικός δείκτης της κατανάλωσης και ρύπανσης του νερού (Hoekstra and Chapagain, 2008, Hoekstra et al., 2009). Η παρούσα εργασία αποτελεί συνέχεια προηγούμενων ερευνητικών προσπαθειών των συγγραφέων, κατά τις οποίες είχε εκτιμηθεί το πράσινο και μπλε υ.α. των καλλιεργειών της Περιφερειακής Ενότητας Καρδίτσας (Dota and Theodossiou, 2014) καθώς και το γκρι υ.α. (Dota and Theodossiou, 2012) για την ίδια περιοχή μελέτης. Στην παρούσα εργασία,μέσω της αξιοποίησης της προσέγγισης του υ.α.,εξετάζεται πλέον συνδυαστικά,η επίδραση του αγροτικού τομέα ως προς την ποιοτική και ποσοτική υποβάθμιση των υδατικών πόρων της ευρύτερης περιοχής της Περιφερειακής Ενότητας Καρδίτσας στοχεύοντας στη χάραξη ορθολογικών πολιτικών προς την κατεύθυνση της διαχείρισης των υδατικών πόρων. 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Η Π.Ε. Καρδίτσας είναι η μικρότερη από τις τέσσερις Περιφερειακές Ενότητες της Θεσσαλίας καλύπτοντας μια έκταση km 2 και βρίσκεται ανάμεσα σε δύο υδατικά διαμερίσματα: της Θεσσαλίας και της Δυτικής Στερεάς Ελλάδας. Το δυτικό τμήμα της Π.Ε., που ανήκει στη λεκάνη απορροής του Αχελώου, είναι περισσότερο γνωστό για την τεχνητή λίμνη Πλαστήρα η οποία βρίσκεται περίπου 30km δυτικά της πόλης της Καρδίτσας. Το τοξωτό φράγμα ύψους 83m, που η κατασκευή του ολοκληρώθηκε το 1960, δημιούργησε έναν ταμιευτήρα που καλύπτει μια έκταση περίπου 25km 2. Το ανατολικό τμήμα, το οποίο ανήκει στη λεκάνη απορροής του Πηνειού, αποτελεί μια από τις σημαντικότερες εκτάσεις του θεσσαλικού κάμπου. Στο νοτιοανατολικό τμήμα της Π.Ε. βρίσκεται η, επίσης τεχνητή, λίμνη Σμοκόβου η κατασκευή της οποίας άρχισε το Το φράγμα της λίμνης αυτής έχει μήκος 460 m και ύψος 104 m. Η Π.Ε. βρίσκεται ανάμεσα στις Π.Ε. Τρικάλων, Λάρισας, Φθιώτιδας, Αιτωλοακαρνανίας, Ευρυτανίας και Άρτας. ΣτοΣχήμα 1 παρουσιάζεται η Π.Ε. Καρδίτσας μαζί με τις τεχνητές λίμνες Πλαστήρα και Σμοκόβου, ενώ στο Σχήμα 2 φαίνονται τα αρδευτικά δίκτυα της Π.Ε..( Στην περιοχή της Π.Ε. Καρδίτσας αναπτύσσονται διάφορες δραστηριότητες ανταγωνιστικές μεταξύ τους όσον αφορά στη χρήση του νερού. Πιο συγκεκριμένα, οι υδατικές ανάγκες της περιοχής επηρεάζονται από τη γεωργία, την κτηνοτροφία, την ύδρευση

19 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): του μόνιμου πληθυσμού αλλά και του πληθυσμού που προκύπτει κατά τις τουριστικές περιόδους, την παραγωγή της υδροηλεκτρικής ενέργειας ενώ σημαντική παράμετροςστις υδατικές καταναλώσεις είναι και η οικολογική παροχή. Παρά τις σημαντικές διαφοροποιήσεις ανάμεσα στις ορεινές και πεδινές εκτάσεις, ο πρωτογενής τομέας, μέσω της ανεπτυγμένης γεωργίας εξαιτίας των εύφορων πεδινών εκτάσεων, χαρακτηρίζει ουσιαστικά το Νομό. Επομένως, η αγροτική οικονομία αποτελεί την οικονομική βάση όλης της περιοχής. Από τη δεκαετία του 1990 και μετά άρχισε να δίνεται έμφαση και στην τουριστική ανάπτυξη της περιοχής γύρω από τη λίμνη Πλαστήρα. Η παρούσα εργασία εστιάζει στις υδατικές καταναλώσεις και την επίδραση της ρύπανσης στα υδατικά συστήματα της περιοχής που επηρεάζονται από την πλέον υδροβόρα δραστηριότητα της περιοχής που είναι η γεωργία. Παρόλα αυτά, αποσκοπώντας στην εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων με στόχο τη χάραξη υδατικής πολιτικής για την Π.Ε. Καρδίτσας μέσα στα πλαίσια των ερευνητικών επιδιώξεων των συγγραφέων είναι η εκτίμηση του υ.α. για κάθε τομέα δραστηριότητας που επηρεάζει τους υδατικούς της πόρους. Τεχνητή λίμνη Πλαστήρα Τεχνητή λίμνη Σμοκόβου Σχήμα 1.Π.Ε. Καρδίτσας - Τεχνητές λίμνες Πλαστήρα &Σμοκόβου. ( Σχήμα 2. Αρδευτικά δίκτυα της Π.Ε. Καρδίτσας (Χύτα, 2009).

20 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΑΓΡΟΤΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η περιοχή μελέτης, και πιο συγκεκριμένα η ευρύτερη περιοχή γύρω από τη λίμνη Πλαστήρα, είναι γνωστή για πληθώρα δραστηριοτήτων οι οποίες είναι ανταγωνιστικές μεταξύ τους ως προς τη χρήση του νερού, με κυριότερη την ανάπτυξη της γεωργίας. Σύμφωνα με τα στοιχεία του Ο.ΠΕ.ΚΕ.ΠΕ., τα οποία παρουσιάζονται στον Πίνακα 1, περί τα στρέμματα του Νομού αποτελούν τη γεωργική γη από την οποία αρδεύονται τα στρέμματα. Πίνακας 1.Καλλιέργειες του Νομού Καρδίτσας (Στοιχεία Ο.ΠΕ.ΚΕ.ΠΕ., 2014) Καλλιεργούμενες Καλλιέργειες εκτάσεις Πλήθος παραγωγών Ποσοστό επί του συνόλου (στρέμματα) Βαμβάκι % Σιτάρι σκληρό % Λοιπά σιτηρά % Ζωοτροφές (μηδική) % Αραβόσιτος ποτιστικός % Γη σε καλή γεωργική κατάσταση % Αγρανάπαυση % Καπνός % Κηπευτικά % Ζαχαρότευτλα % Λοιπές καλλιέργειες % Δενδρώδεις καλλιέργειες &αμπέλια % Άθροισμα % 4. ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΠΡΑΣΙΝΟΥ ΚΑΙ ΜΠΛΕ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, το μπλε υ.α. αφορά στην κατανάλωση των επιφανειακών και υπόγειων υδατικών πόρων για την ανάπτυξη μιας καλλιέργειας ενώ το πράσινο υ.α. αναφέρεται στο νερό της βροχής που αποθηκεύεται ως εδαφική υγρασία και αξιοποιείται από τα φυτά. Η συνιστώσα του γκρι υ.α. αποτελεί δείκτη μέτρησης της ρύπανσης και μπορεί να προσδιοριστεί ως ο όγκος των υδατικών πόρων που απαιτούνται για την αφομοίωση του ρυπαντικού φορτίου από το υδατικό σύστημα. Επομένως, το υδατικό αποτύπωμα μιας καλλιέργειας ισούται με: Υ.Α. = Υ.Α. πράσινο + Υ.Α. μπλε + Υ.Α. γκρι (4.1) Η μέθοδος αυτή είναι εφαρμόσιμη τόσο σε μονοετείς όσο και σε πολυετείς καλλιέργειες. Το υδατικό αποτύπωμα της γεωργίας εκφράζεται σε m 3 /tn, που είναι ισοδύναμο με L/kg. Η πράσινη συνιστώσα του υδατικού αποτυπώματος μιας καλλιέργειας (WF πράσινο, m 3 /tn) υπολογίζεται ως ο όγκος του πράσινου νερού (CWU πράσινο, m 3 /ha) δια την απόδοση της καλλιέργειας αυτής (Y, tn/ha). Το μπλε υδατικό αποτύπωμα υπολογίζεται με αντίστοιχο τρόπο: Υ.Α. πράσινο = CWU πράσινο /Y (4.2)

21 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Υ.Α. μπλε = CWU μπλε /Y (4.3) Για τον υπολογισμό των δύο όγκων της πράσινης και μπλε υδατικής χρήσης (CWU, m 3 /ha) γίνεται εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής (ET, mm/ημέρα) για όλη τη διάρκεια ανάπτυξης των καλλιεργειών, με βάση τα μετεωρολογικά και γεωγραφικά στοιχεία της περιοχής: CWU ά lg p 10* ET ά d 1 (4.4) CWU lg p 10* ET d 1 (4.5) Ο συντελεστής 10 χρησιμοποιείται για να μετατραπεί το ύψος του νερού (mm) σε υδάτινο όγκο ανά μονάδα επιφάνειας (m 3 /ha). Ως περίοδος αναφοράς λαμβάνεται η περίοδος μεταξύ της ημέρας φύτευσης ως την ημέρα της συγκομιδής. Εφόσον κάθε καλλιέργεια έχει διαφορετική περίοδο φύτευσης, ανάπτυξης και συγκομιδής, ο παράγοντας αυτός μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις υδατικές ανάγκες της καθώς για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής λαμβάνεται υπόψη και ο φυτικός συντελεστής (Χαρχούση, 2012, Hoekstra et al., 2009). Το πράσινο νερό αναφέρεται στο ποσοστό των κατακρημνισμάτων που δεν απορρέουν ή δεν τροφοδοτούν τους υπόγειους υδροφορείς αλλά αποθηκεύονται στο έδαφος ως εδαφική υγρασία ή παραμένουν πάνω στα φυτά και τα δέντρα. Το μέρος αυτό των κατακρημνισμάτων τελικά χάνεται μέσω της εξάτμισης και της διαπνοής από τα φυτά (Hoekstra et al., 2011). Οι αρδευτικές ανάγκες (IR) υπολογίζονται ως η διαφορά μεταξύ των αναγκών κάθε καλλιέργειας σε νερό και της ωφέλιμης βροχόπτωσης. Όταν η ωφέλιμη βροχόπτωση είναι μεγαλύτερη των αναγκών της καλλιέργειας σε νερό τότε οι αρδευτικές ανάγκες μηδενίζονται. Επομένως, ισχύει η σχέση: IR = max(0, CWR P eff ) (4.6) Στα πλαίσια του παρόντος άρθρου, θεωρείται ότι οι αρδευτικές ανάγκες των διαφόρων καλλιεργειών της Π.Ε. Καρδίτσας καλύπτονται πλήρως. Η εξατμισοδιαπνοή που αφορά στο πράσινο νερό (ET πράσινο ), δηλαδή η εξατμισοδιαπνοή της βροχόπτωσης, μπορεί να εξισωθεί με το ελάχιστο μεταξύ της συνολικής εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας (ET c ) και της ωφέλιμης βροχόπτωσης (P eff ). Από την άλλη, η εξατμισοδιαπνοή που αφορά στο μπλε νερό, δηλαδή η εξάτμιση που αφορά στο αρδευτικό νερό από το πεδίο εφαρμογής του, ισούται με τη συνολική εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας μείον την ωφέλιμη βροχόπτωση. Σε περίπτωση που η δεύτερη είναι μεγαλύτερη από την πρώτη τότε η εξατμισοδιαπνοή του μπλε νερού είναι ίση με 0 (Chapagain and Orr, 2009). ET πράσινο = min(et c,p eff ) (4.7) ET μπλε = max(0, ET c - P eff ) (4.8) 5. ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ ΚΑΙ ΩΦΕΛΙΜΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ 5.1 ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ Στην προσπάθεια συλλογής των απαραίτητων μετεωρολογικών δεδομένων για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς διαπιστώθηκαν ελλείψεις στοιχείων από τις

22 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): αρμόδιες υπηρεσίες. Για το λόγο αυτό, ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής έγινε με τη μέθοδο Hargreaves. Η μέθοδος Hargreaves (1973) είναι μια απλή μέθοδος και ενδείκνυται για περιοχές όπου δεν υπάρχουν πλήρη δεδομένα όπως για παράδειγμα στις δασικές περιοχές (Μιμίκου και Μπαλτάς, 2003). Ένας από τους λόγους που επιλέχθηκε τελικά η μέθοδος αυτή είναι και η παρατήρηση των Charchousi et. al., (2014) σύμφωνα με τους οποίους το πράσινο υ.α. δεν επηρεάζεται σημαντικά από τη μέθοδο που θα επιλεγεί για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής. Συνεπώς, η εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται μέσω της σχέσης: ET ο =0.0023*So/λ*(Τ α +17.8)*δ Τ (1/2) (5.1.1) όπου EΤ ο είναι η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς (mm/ημέρα).η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς αντιπροσωπεύει τις απαιτήσεις σε νερό μιας υποθετικής καλλιέργειας γρασιδιού με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Οι υπόλοιποι παράγοντες της σχέσης (5.1.1) είναι οι εξής: T α είναι η μέση μηνιαία θερμοκρασία ( o C), δ Τ είναι η μέση μηνιαία διαφορά θερμοκρασίας ( o C), S o είναι η εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία (MJ/m 2 /ημ.) και λ είναι η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης(mj/kg) (Hargreaves et. al., 1985). Η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης υπολογίζεται από τη σχέση: λ= t (5.1.2) όπου Τ είναι η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια του νερού. Για τους υπολογισμούς έγινε η παραδοχή ότι η θερμοκρασία αυτή είναι ίση με τη θερμοκρασία του αέρα (Harrison, 1963). Η εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία ελήφθη βάσει του γεωγραφικού πλάτους της Καρδίτσας το οποίο είναι 39 o 22' με τη βοήθεια του πίνακα 2. Πίνακας 2.Εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία βάσει του γεωγραφικού για το Βόρειο Ημισφαίριο. Μήνας / φ ( ) Ιανουάριος Φεβρουάριος Μάρτιος Απρίλιος Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Οκτώβριος Νοέμβριος Δεκέμβριος Έχοντας υπολογίσει την εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς υπολογίστηκε στη συνέχεια η εξατμισοδιαπνοή για κάθε καλλιέργεια λαμβάνοντας τον αντίστοιχο φυτικό συντελεστή για κάθε μήνα της περιόδου ανάπτυξής τους: ET c =K c *ET ο (5.1.3) όπου K c είναι ο φυτικός συντελεστής (Allen et al.,1998). Ο προσδιορισμός του φυτικού συντελεστή είναι μια διαδικασία κατά την οποίαπρέπει να ληφθεί υπόψη πλήθος δεδομένων.

23 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Στην εργασία αυτή αξιοποιήθηκαν δεδομένα από βιβλιογραφικές πηγές (Λουκάς και Μυλόπουλος, 2011, Σακελλαρίου Μακραντωντάκη, 1996, Παπαζαφειρίου, 1999). Πίνακας 3.Φυτικός συντελεστής ανά καλλιέργεια για την περιοχή της Θεσσαλίας. Φυτικός συντελεστής Kc Καλλιέργεια Ν Δ Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Βαμβάκι Σιτάρι Μηδική Αραβόσιτος Καπνός Κηπευτικά Ζαχαρότευτλα Δενδρώδεις καλ. & αμπέλια Λοιπές καλλιέργειες ΩΦΕΛΙΜΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως για τον υπολογισμό του πράσινου και μπλε υδατικού αποτυπώματος μιας καλλιέργειας απαιτείται και ο προσδιορισμός της ωφέλιμης βροχόπτωσης. Η ωφέλιμη βροχόπτωση μπορεί να υπολογιστεί με βάση τη μέθοδο USDA(USDA-SCS, 1980): P eff P t * ET 2.93 * 10 c f ( D)* 1.25* (5.2.1) όπου P eff : η ωφέλιμη βροχόπτωση (mm), P t : η μέση μηνιαία βροχόπτωση (mm), ET c : η μέση μηνιαία εξατμισοδιαπνοή (mm) και f(d): ένας διορθωτικός συντελεστής ο οποίος υπολογίζεται από την εξίσωση (5.2.2) όπου D: σύνηθες όριο υποβιβασμού της υγρασίας στη ζώνη ριζοστρώματος. Για τους υπολογισμούς θεωρήσαμε D=75mm που συνεπάγεται ότι f(d)=1. f ( D) * D 8.94*10 * D 2.32*10 * D (5.2.2) Απόδοση καλλιέργειας Η απόδοση της καλλιέργειας (tn/στρ.) εξαρτάται από τον τύπο της καλλιέργειας, κλιματολογικές και εδαφολογικές παραμέτρους, την αρδευτική μέθοδο και πληθώρα άλλων παραγόντων. Για τον υπολογισμό του υδατικού αποτυπώματος λήφθηκαν στοιχεία που αφορούσαν στην απόδοση κάθε καλλιέργειαςαπό βιβλιογραφικές πηγές (Ταβουλάρης, 2012). 6. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΦΥΤΟΦΑΡΜΑΚΩΝ ΚΑΙ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ Η ενταντικοποίηση της γεωργίας στην Π.Ε. Καρδίτσας είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της χρήσης των λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων με σκοπό την αύξηση της παραγωγικότητας των αγροτεμαχίων της περιοχής. Τα διάφορα είδη καλλιεργειών παρουσιάζουν συνήθως ελλείψεις σε άζωτο (N), κάλιο (Κ) και φώσφορο (P). Οι προτεινόμενες ποσότητες λίπανσης ανά καλλιέργεια παρουσιάζονται στον πίνακα 5.

24 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Πίνακας 4.Απόδοση καλλιεργειών. Απόδοση Καλλιέργεια καλλιέργειας (tn/στρ.) Βαμβάκι 0.35 Σιτάρι 0.30 Μηδική 2.50 Αραβόσιτος 1.40 Καπνός 0.35 Κηπευτικά 3.50 Ζαχαρότευτλα 8.00 Δενδρώδεις καλλιέργειες & αμπέλια 1.50 Λοιπές καλλιέργειες 1.00 Πίνακας 5.Προτεινόμενη ποσότητα λίπανσης καλλιεργειών. ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ (kg/στρ.) Βαμβάκι Σιτάρι Μηδική Καλαμπόκι Καπνός Κηπευτικά Ζαχαρότευτλο Δενδρώδεις καλλιέργειες &αμπέλια Λοιπές καλλιέργειες N P K (11) 4-8 (6) 6-12 (9) (10) (23) 0-6 (3) (23) 6-8 (7) (14) (10) (8) (15) ΜΕΘΟΔΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΓΚΡΙ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ Η εφαρμογή των θρεπτικών συστατικών μέσω των λιπασμάτων μπορεί να ευθύνεται πολλές φορές για ποικίλα προβλήματα υγείας στους ανθρώπους και στα ζώα που βρίσκονται στην εγγύς περιοχή. Η λίπανση γενικότερα, αποτελεί σημαντική πηγή ρύπανσης για τους επιφανειακούς και υπόγειους υδατικούς πόρους καθώς μέσω της επιφανειακής απορροής, η ποσότητα των λιπασμάτων που δεν έχει απορροφηθεί από τις καλλιέργειες καταλήγει στα υδάτινα οικοσυστήματα προκαλώντας τοξική άλγη κλπ. Για να ποσοτικοποιηθούν οι δυσμενείς επιδράσεις της εφαρμογής αγροχημικών στην περιοχή χρησιμοποιήθηκε η έννοια του γκρι υδατικού αποτυπώματος.το γκρι υδατικό αποτύπωμα μπορεί να περιγραφεί ως ο όγκος του νερού που απαιτείται για να διαλυθούν οι ρύποι σε τέτοιο βαθμό ώστε η ποιότητα των υδατικών πόρων της περιοχής, όπως εκφράζεται από τη συγκέντρωση ρύπων, να διατηρείται στα επιτρεπόμενα επίπεδα. Ο τύπος του γκρι υ.α. είναι: W. F. AR c ( * ) /( Y max c nat ) (7.1)

25 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): όπου AR: η ποσότητα των εφαρμοζόμενων λιπασμάτων ανά στρέμμα, α: το ποσοστό των λιπασμάτων που δεν απορροφάται από τις καλλιέργειες και καταλήγει στα υδάτινα σώματα, c max : η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση του ρύπου (kg/m 3 ), c nat : η φυσική συγκέντρωση του ρύπου στον υδροφορέα (kg/m 3 ) (λαμβάνεται ίσος με 0) και Υ: η απόδοση της καλλιέργειας (tn/στρ.) Για την Π.Ε. Καρδίτσας θεωρήθηκε πως το ποσοστό απορρόφησης των αζωτούχων λιπασμάτων είναι της τάξης του 70-80% ενώ για το φώσφορο και το κάλιο το αντίστοιχο ποσοστό λήφθηκε ίσο με 50% της εφαρμοζόμενης ποσότητας. Στο σημείο αυτό είναι σημαντικό να ειπωθεί πως, για την εύρεση του γκρι υ.α. λήφθησαν υπόψη ως μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις οι προβλεπόμενες από την Υ.Α. ΔΥΓ2/Γ.Π. οικ 38295/2007 που αφορά στην «Ποιότητα του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης». Επιπλέον, καθώς είναι αδύνατο να εκτιμηθεί ο καταμερισμός του ρυπαντικού φορτίου στους επιφανειακούς και τους υπόγειους υδάτινους αποδέκτες έγινε η παραδοχή της όμοιας αντιμετώπισής τους όσον αφορά στον τρόπο υπολογισμού του υ.α. Άλλωστε, η λήψη των δυσμενέστερων ορίων για τον υπολογισμό αυτής της συνιστώσας οδηγεί σε ασφαλή αποτελέσματα καθώς το γκρι υ.α. δεν προκύπτει ως άθροισμα των γκρι υ.α. για κάθε ρύπο αλλά ισούται με το δυσμενέστερο γκρι υ.α. καθώς ο όγκος του νερού που απαιτείται για τη μείωση της συγκέντρωσης του κρίσιμου ρύπου σε επιτρεπτά επίπεδα ικανοποιεί και τις απαιτήσεις για τους υπόλοιπους ρύπους. 8. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΥΔΑΤΙΚΟ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑ Βάσει της μεθοδολογίας που περιγράφηκε προηγουμένως, προέκυψαν οι συνιστώσες του υ.α. για τις διάφορες καλλιέργειες. Στον Πίνακα 6 παρουσιάζεται η αλληλουχία υπολογισμών ενδεικτικά για το βαμβάκι που αποτελεί και την πιο συχνά εφαρμοζόμενη καλλιέργεια της Π.Ε. Καρδίτσας. Όπως παρατηρείται από τον πίνακα αυτό, λαμβάνονται υπόψη η περίοδος άρδευσης του βαμβακιού, κλιματολογικά και γεωγραφικά δεδομένα και ο φυτικός συντελεστής ανά περίοδο ανάπτυξης της καλλιέργειας. Με τον τρόπο αυτό προκύπτουν οι συνολικές ανάγκες του βαμβακιού σε νερό και στη συνέχεια, βάσει της απόδοσης του βαμβακιού προκύπτει η πράσινη και η μπλε συνιστώσα του υ.α. αυτού. Το γκρι υ.α. για κάθε καλλιέργεια απεικονίζεται στον Πίνακα 7 ενώ στον Πίνακα 8 παρουσιάζεται πλέον το συνολικό υ.α της κάθε καλλιέργειας της περιοχής έρευνας. 9. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι αρδευόμενες εκτάσεις της Π.Ε. Καρδίτσας καταλαμβάνουν περίπου το ¼ της συνολικής έκτασης της Π.Ε. που σημαίνει ότι ο αγροτικός τομέας ασκεί σημαντική επίδραση στους υδατικούς πόρους της περιοχής. Οι υδατικές ανάγκες των καλλιεργειών προσδιορίζονται από το μπλε και το πράσινο υ.α.. Από τον Πίνακα 8 διαπιστώνεται ότι, για όλες τις καλλιέργειες εκτός από το σιτάρι, το μπλε υ.α. είναι μεγαλύτερο από το πράσινο που συνεπάγεται ότι το βρόχινο νερό και η εδαφική υγρασία δεν επαρκούν για την κάλυψη των αναγκών τους σε νερό. Οι ανάγκες αυτές των καλλιεργειών καλύπτονται κυρίως από την άρδευση συμβάλλοντας στην εξάντληση των υπόγειων και επιφανειακών υδατικών πόρων της περιοχής. Επιπλέον, διαπιστώνεται ότι ο καπνός έχει το μεγαλύτερο συνολικό υ.α.. Όσον αφορά στην περίπτωση του σιταριού, διαπιστώνουμε ότι το πράσινο υ.α. είναι πολύ μεγαλύτερο από το μπλε. Ο λόγος για τον οποίο προκύπτει αυτή η ιδιαιτερότητα συγκρινόμενη με τις λοιπές καλλιέργειες της περιοχής είναι η διαφορετική εποχή κατά την οποία καλλιεργείται. Συγκεκριμένα, η σπορά του σιταριού ξεκινάει κατά το μήνα Νοέμβριο και η συγκομιδή πραγματοποιείται συνήθως κατά τον Ιούνιο με αρχές Ιουλίου. Στο διάστημα του χειμώνα οι βροχοπτώσεις είναι εντονότερες και ταυτοχρόνως η χαμηλή θερμοκρασία που

26 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): επικρατεί συμβάλλει σε μικρότερες τιμές εξατμισοδιαπνοής με αποτέλεσμα η εδαφική υγρασία που μπορεί να αξιοποιηθεί από τα φυτά να είναι πολύ μεγαλύτερη κατά τους μήνες αυτούς. Όπως είναι γενικότερα γνωστό, ο αραβόσιτος και η μηδική είναι υδροβόρες καλλιέργειες. Από τον Πίνακα 8 διαπιστώνεται πως οι δύο αυτές καλλιέργειες έχουν σημαντικά μικρότερο μπλε και πράσινο υ.α. από τον καπνό που δεν είναι το ίδιο υδροβόρος. Ο λόγος για τον οποίο συμβαίνει αυτό είναι ότι στο υ.α. λαμβάνεται υπόψη και ο παράγοντας της απόδοσης κάθε καλλιέργειας και επειδή ο αραβόσιτος και η μηδική χαρακτηρίζονται ως αποδοτικές καλλιέργειες (1,4 tn/στρ. και 2,5 tn/στρ. αντίστοιχα) προκύπτει μικρότερο υ.α. σε αυτές. Διαπιστώνεται λοιπόν, πως το υ.α. παρέχει καλύτερη εικόνα της σχέσης μεταξύ της χρήσης των υδατικών πόρων και του αποτελέσματος που προκύπτει. Αυτή είναι και η βασική διαφορά μεταξύ της παραδοσιακής θεώρησης των υδατικών απολήψεων και της έννοιας του υ.α.. Όσον αφορά τώρα στο γκρι υ.α. διαπιστώνουμε ότι για όλες τις καλλιέργειες είναι μεγαλύτερο από τις άλλες δύο συνιστώσες του. Ο βασικότερος λόγος είναι ότι, για τον υπολογισμό αυτού λαμβάνονται υπόψη τα επιτρεπόμενα επίπεδα που αφορούν στο πόσιμο νερό που όπως γίνεται αντιληπτό είναι τα αυστηρότερα ως προς τη συγκέντρωση του ρύπου στους υδατικούς πόρους. Από τον Πίνακα 7 διαπιστώνεται επίσης ότι το μεγαλύτερο γκρι υ.α. προκύπτει για τον φώσφορο γεγονός το οποίο δικαιολογείται από το ότι η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωσή του είναι 5mg/l ενώ για το άζωτο και το κάλιο είναι 50mg/l και 20mg/l αντίστοιχα. Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται εποπτικά τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας όπου γίνεται αντιληπτό και πάλι ότι το πράσινο υ.α. έχει μικρή συμβολή στην κάλυψη των αναγκών των καλλιεργειών της Π.Ε. Καρδίτσας σε νερό με εξαίρεση την καλλιέργεια των σιτηρών. Για έλεγχο της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη έγινε συγκριτική αξιολόγηση με παρόμοιες εργασίες που έχουν εφαρμόσει το υ.α. σε αγροτικές περιοχές του ελλαδικού χώρου. Από τις μελέτες αυτές (Παπαστάμκου κ.α., 2016, Charchousi et al., 2014) παρατηρήθηκε ότι πρόεκυψαν τιμές υ.α. της ίδιας τάξης μεγέθους παρά το γεγονός ότι υπεισέρχεται πλήθος παραμέτρων που διαφοροποιούνται στις περιοχές αυτές (βροχοπτώσεις, θερμοκρασία, απόδοση καλλιεργειών, εφαρμοζόμενη λίπανση). Συγκεκριμένα, η μελέτη των Παπαστάμκου κ.α, (2016) που αποτελεί εφαρμογή στην πεδιάδα της Θεσσαλονίκης παρουσιάζει αποτελέσματα που αφορούν καλλιέργειες αντίστοιχες με αυτές της Π.Ε. Καρδίτσας όπως βαμβάκι, αραβόσιτο, τεύτλα και μηδική. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών προκύπτει ότι για τις αντίστοιχες καλλιέργειες το άθροισμα του πράσινου και μπλε υ.α. και στις δύο περιπτώσεις κυμαίνεται σε όμοια επίπεδα με τη διαφορά ότι εμφανίζονται λίγο μεγαλύτερες τιμές αξιοποίησης του πράσινου νερού στην Π.Ε. Καρδίτσας. Το αποτέλεσμα αυτό είναι λογικό καθώς το βροχομετρικό ύψος (και επομένως η διαθέσιμη εδαφική υγρασία) είναι σημαντικά μεγαλύτερη στην περιοχή της Θεσσαλίας από ότι στον κάμπο της Θεσσαλονίκης. Όσον αφορά τώρα στην περίπτωση της μελέτης των Charchousi et al., (2014), η σύγκριση έγινε κυρίως σε επίπεδο εφαρμοζόμενης μεθοδολογίας καθώς η περιοχή της Κρήτης όχι μόνο χαρακτηρίζεται από διαφορετικές κλιματικές συνθήκες αλλά και οι εφαρμοζόμενες καλλιέργειες είναι τελείως διαφορετικές από την περίπτωση της Θεσσαλίας. Από τη συσχέτιση αυτή, και λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα των δύο μελετών όσον αφορά τη μέθοδο Hargreaves, διαπιστώνεται ότι τα εξαγόμενα αποτελέσματα δεν παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές. Επιπλέον, και οι 3 αυτές εφαρμογές σε αγροτικές περιοχές της Ελλάδας καταλήγουν ότι σε κάθε περίπτωση το μπλε υ.α. είναι αισθητά μεγαλύτερο γεγονός και το οποίο καταδεικνύει την αναγκαιότητα ορθολογικότερης διαχείρισης των υδατικών πόρων. Άλλωστε η προσέγγιση του υ.α. έχει το πλεονέκτημα ότι με τη χρήση της

27 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): μεθόδου αυτής δεν είναι δυνατή μόνη η εκτίμηση των υδατικών απολήψεων αλλά ταυτοχρόνως παρέχεται και η γνώση της προέλευσης αυτών (εδαφική υγρασία ή διαθέσιμοι υδατικοί πόροι). Συμπερασματικά, παρατηρείται ότι το υ.α. είναι ένας πολυπαραμετρικός δείκτης που μπορεί να βοηθήσει να εκτιμηθεί καλύτερα η σχέση μεταξύ των υδατικών αναγκών μιας καλλιέργειας, της αποδοτικότητας αυτής και του αποτελέσματος που μπορεί να έχει η εφαρμογή της στην ποσότητα και την ποιότητα των υδατικών πόρων μιας περιοχής. Το υ.α. αποδεικνύεται χρήσιμο εργαλείο καθώς κατά τον υπολογισμό του δείκτη για κάθε καλλιέργεια εκτός από την ποσότητα του νερού που καταναλώνεται για την ανάπτυξη της καθορίζονται και η χρονική κατανάλωση του, η προέλευση του (βρόχινο ή γλυκό νερό από τους επιφανειακούς ή υδατικούς πόρους) και το επίπεδο ρύπανσης που προκαλείται (γκρι συνιστώσα υ.α). Επομένως, με τη βοήθεια του υ.α μπορούν να καθοριστούν οι απαιτητικές σε νερό καλλιέργειες (με το μεγαλύτερο συνολικό υ.α), αυτές που είναι πιο ρυπογόνες (με το μεγαλύτερο γκρι ΥΑ) και αυτές που ασκούν πίεση στους υδατικούς πόρους της περιοχής (με το μεγαλύτερο μπλε υ.α). Κατ επέκταση, το υ.α. μπορεί να αποτελέσει σημαντικό εργαλείο και στην ορθολογικότερη διαχείριση των υδατικών πόρων. Πιο συγκεκριμένα, λαμβάνοντας υπόψη τις τρεις συνιστώσες του υ.α. για κάθε καλλιέργεια θα μπορούσαν να προταθούν βέλτιστα σενάρια αναδιάρθρωσης των καλλιεργειών, εφαρμογής ορθών γεωργικών πρακτικών (σε επίπεδο άρδευσης και λίπανσης) καθώς και επιλογής των υδατικών πόρων που αξιοποιούνται με ταυτόχρονη εξασφάλιση της ποσότητας και ποιότητάς τους. Με στόχο τη χάραξη ορθολογικών πολιτικών στη διαχείριση των υδατικών πόρων και επιδιώκοντας τη βέλτιστη εκτίμηση των υδατικών απολήψεων, η εφαρμογή της προσέγγισης του υ.α. θα μπορούσε να φανεί ιδιαίτερα χρήσιμη. Εφαρμοζόμενη δε σε επίπεδο λεκάνης απορροής όπως άλλωστε επιτάσσει και η Οδηγία 2000/60, μπορεί να προσφέρει άμεσα συγκρίσιμα αποτελέσματα. Στην παρούσα εφαρμογή, έχει εκτιμηθεί το υ.α. βασιζόμενο στα κλιματικά δεδομένα, στις καλλιέργειες που εφαρμόζονται συνδυασμένες με τις συνήθεις αποδόσεις τους καθώς και στην εφαρμογή της απαραίτητης λίπανσης, στο επίπεδο της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλίας. Η επιλογή αυτή έγινε για την καλύτερη αξιοποίηση και προσαρμογή των δεδομένων τα οποία αναφέρονται σε διοικητικό επίπεδο και όχι, όπως θα έπρεπε, σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Έτσι, πολλαπλασιάζοντας το υ.α. που έχει προκύψει για κάθε καλλιέργεια με τον αντίστοιχο αριθμό στρεμμάτων που αφορά στην περιοχή όπου επιθυμείται βιώσιμη διαχείριση, είναι δυνατόν πλέον να εκτιμηθούν οι υδατικές απολήψεις (μπλε και πράσινο νερό) καθώς και η ρύπανση που προκύπτει (γκρι νερό) από την κάθε καλλιέργεια. Τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής έχουν προκύψει βασιζόμενα στις γενικότερες συνθήκες της Θεσσαλίας.

28 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Πίνακας 6. Πράσινο και μπλε υδατικό αποτύπωμα της καλλιέργειας του βαμβακιού στο Νομό Καρδίτσας. ΒΑΜΒΑΚΙ Μέση μηνιαία θερμοκρασία Μέση μηνιαία διαφορά θερμοκρασίας Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης Εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία Δυνητική εξατμισοδιαπν οή καλλιέργειας αναφοράς Δυνητική εξατμισοδιαπν οή καλλιέργειας αναφοράς Φυτικός συντελεστής Δυνητική εξατμισοδιαπν οή καλλιέργειας Μέση μηνιαία βροχόπτωση Ωφέλιμη βροχόπτωση Όγκος πράσινου νερού Όγκος μπλε νερού Τa ( o C) δτ( o C) λ(mj/kg) So (ΚJ/m 2 /ημ.) ET (mm/ημ.) ET (mm/μήνα) Kc ETc (mm/μήνα) Pt (mm) Peff (mm/μήνα) Ug (mm/μήνα) Ub (mm/μήνα) Μάϊος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Σύνολο (mm): Υδατικές ανάγκες (m 3 /στρ.): Απόδοση καλλιέργειας (tn/στρ.): 0.35 Πράσινο υδατικό αποτύπωμα (m 3 /tn): Μπλε υδατικό αποτύπωμα (m 3 /tn): Πίνακας 7. Γκρι υδατικό αποτύπωμα των καλλιεργειών του Νομού Καρδίτσας. α AR (kg/στρ.) c max -c nat (mg/l) ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ (tn/στρ.) ΓΚΡΙ Υ.Α. ΑΝΑ ΡΥΠO (m 3 /tn) ΓΚΡΙ Υ.Α. ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ (m 3 /tn) ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ N P K N P K N P K N P K Βαμβάκι Σιτάρι Ζωοτροφές (μηδική) Αραβόσιτος ποτιστικός Καπνός Κηπευτικά Ζαχαρότευτλα Δενδρώδεις καλλιέργειες & αμπέλια Λοιπές καλλιέργειες

29 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Πίνακας 8. Συνολικό υδατικό αποτύπωμα των καλλιεργειών του Νομού Καρδίτσας. Καλλιέργειες Πράσινο υ.α. (m 3 /tn) Μπλε υ.α. (m 3 /tn) Γκρι υ.α (m 3 /tn) Συνολικό υ.α. Καλλιέργειας (m 3 /tn) Βαμβάκι Σιτάρι Ζωοτροφές (μηδική) Αραβόσιτος Καπνός Κηπευτικά Ζαχαρότευτλα Δενδρώδεις καλλιέργειες & αμπέλια Λοιπές καλλιέργειες Γκρι υ.α (m3/tn) Μπλε υ.α. (m3/tn) Πράσινο υ.α. (m3/tn) Σχήμα 3. Γραφική απεικόνιση των συνιστωσών του υ.α. για τις καλλιέργειες της Π.Ε. Καρδίτσας. 10. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Λουκάς, Α. και Μυλόπουλος, Ν Διαχείριση Υδατικών Πόρων σε Επίπεδο Θεσσαλίας. Προσυνεδριακή Heleco 2011, ΤΕΕ Ν. Μαγνησίας, Βόλος, Μιμίκου, Μ. και Μπαλτάς, Ε Τεχνική Υδρολογία. γ έκδοση, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 297 σελ. Παπαζαφειρίου, Ζ.Γ Οι ανάγκες σε νερό των καλλιεργειών. Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 352 σελ.

30 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): Παπαστάμκου, Ν., Παπαμιχαήλ, Δ. και Γεωργίου, Π Διερεύνηση Μεθόδων και Εκτίμηση του Υδατικού Αποτυπώματος Καλλιεργειών της Πεδιάδας Θεσσαλονίκης, Υδροτεχνικά, 24: Σακελλαρίου - Μακραντωνάκη, Μ Συνολικές ανάγκες σε νερό των καλλιεργειών του θεσσαλικού κάμπου.υδροτεχνικά, 6: Στοιχεία Ο.ΠΕ.ΚΕ.ΠΕ Ταβουλάρης, Κ Μέσες Αποδόσεις Φυτικών Καλλιεργειών στην Ελλάδα, Υπουργείο Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων, Αθήνα Χαρχούση, Δ Συγκριτική αξιολόγηση μεθοδολογιών υδατικού αποτυπώματος. Εφαρμογή στον Κάμπο Χανίων. Διπλωματική Διατριβή, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, Τμήμα Πολιτικών μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, 379 σελ. Χύτα, Β Διαχείριση υδατικών πόρων Νομού Καρδίτσας. Διπλωματική Διατριβή, Τομέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ., 100 σελ. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D.and Smith, M Crop Evapotranspiration - Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy. Chapagain, A.K., and Orr, S An improved water footprint methodology linking global consumption to local water resources: A case of Spanish tomatoes. Environmental Management, 2: Charchousi, D., Tsoukala, V.K. and Papadopoulou, M.P How evapotranspiration process may affect the estimation of water footprint indicator in agriculture? Desalination and Water Treatment, 53: Dota, A. and Theodossiou, N Water footprint A new approach in water resources management. Application in the Prefecture of Karditsa. Proc. of the 11 th Intern. Conf. on Protection and Restoration of the Environment, Thessaloniki, Dota, A. and Theodossiou, N Estimation of green and blue water footprint. Application in the agricultural sector of Karditsa Prefecture. Proc. of the 12 th Intern. Conf. on Protection and Restoration of the Environment, Skiathos Island, Hargreaves, G.H Estimation of Potential and Crop Evapotranspiration, American Society of Agricultural Engineers Hargreaves G.H. and Samani Z.A Reference crop evapotranspiration from temperature.applied Engineeringin Agriculture, 1: Harrison, L. P Fundamental concepts and definitions relating to humidity, Humidity and Moisture, vol. 3, Wexler, A. (ed.), Reinhold, New York. Hoekstra,A.Y Virtual water trade. Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade, Delft, The Netherlands, December 2002, Value of Water Research Report Series No.12, UNESCO-IHE,Delft, The Netherlands. Hoekstra, A. Y., Chapagain, A. K Globalization of water: Sharing the planet s freshwater resources. Blackwell Publishing, Oxford, UK. Hoekstra, A.Y., Chapagain, A.K., Aldaya, M.M. and Mekonnen, M.M Water Footprint Manual: State of the Art Water Footprint Network, Enschede, Τhe Netherlands. Hoekstra, A.Y., Chapagain, A.K., Aldaya, M.M.and Mekonnen, M.M The Water Footprint Assessment Manual-Setting the Global Standard, Water Footprint Network, Earthscan, London. U.S. Dept. of Agriculture (USDA-SCS) 1980.Design and Operation of Farm Systems. U.S.A ) (2 Δεκεμβρίου 2015)

31 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΠΑΡΟΧΗΣ-ΣΤΕΡΕΟΠΑΡΟΧΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΕΡΕΟΑΠΟΡΡΟΗΣ Ευθυμίου Νικόλαος Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Αξιοποίησης Φυσικών Πόρων & Γεωργικής Μηχανικής, Τομέας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων, Ιερά Οδός 75, 11855, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασίααξιολογείταιη επίδοση πέντε διαφορετικών μεθοδολογιών κατασκευής καμπυλών παροχής-στερεοπαροχής {ενιαία έκφραση εξίσωσης δύναμης, ενιαία έκφραση εξίσωσης δύναμης διορθωμένη κατά Ferguson, διάταξη των μετρήσεων κατά την υγρή/ ξηρή περίοδο του υδρολογικού έτους, διάταξη των μετρήσεων κατά την άνοδο/ κάθοδο του πλημμυρογραφημάτος, τεθλασμένη παλινδρόμηση} στην έξοδο της λεκάνης απορροής του π. Καλαρίτικου (γέφυρα Γκόγκου). Σκοπός είναι η επιλογή της καταλληλότερης εξ αυτών, για την εκτίμηση της στερεοπαροχής στην εν λόγω.οι απαραίτητες μετρήσεις πεδίου πραγματοποιήθηκαν από την ΔΕΗ. Η απόδοση κάθε μεθόδου αξιολογήθηκε μέσω στατιστικής ανάλυσης, έχοντας ως μέτρο σύγκρισης τις παρατηρημένες τιμές στερεοπαροχής. Ως επικρατούσα κρίνεται η διορθωμένη κατά Ferguson ενιαία έκφραση εξίσωσης δύναμης. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Στερεοπαροχή, Στερεοαπορροή, Καμπύλες παροχής-στερεοπαροχής, π. Καλαρίτικος EVALUATING SEDIMENT DISCHARGE RATING CURVE CONSTRUCTION METHODSFOR ASSESSING SEDIMENT YIELD Efthimiou Nikolaos Agricultural University of Athens, Department of Natural Resources Management and Engineering, Faculty of Water Resources Management, Iera Odos 75, Athens 11855, Greece ABSTRACT The study aims to evaluate the performance of five alternative suspended sediment discharge rating curve construction methods, namely linear regression of the log-transformed variables, linear regression of the log-transformed variables (Ferguson correction), different ratings for the dry-wet season of the year, ratings for the rising-falling limb of the runoff hydrograph, broken line interpolation, at the outlet of the Kalaritikos River catchment (Gogo bridge).the main goal is to provide guidance on the selection of the most appropriate method as long as to assess sediment discharge. The necessary measurementswere conducted by the Greek PPC(Public Power Corporation). The performance of each method was evaluated by executing a statistical analysis, having as benchmark the observed sediment discharge values, with the linear regression of the log-transformed variables (Ferguson correction)being prevalent. KEY WORDS:sediment discharge, sediment yield, rating curves,kalaritikos River

32 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εδαφική διάβρωση μπορεί να οριστεί ως το φυσικό γεωλογικό φαινόμενο κατά το οποίο προκαλείται η απομάκρυνση της επιφάνειας του εδάφους, εξαιτίας φυσικών (πχ βροχόπτωση, επιφανειακή απορροή) ή/ και ανθρωπογενών (πχ άροση) παραγόντων. Η συνδυαστική δράση παραμέτρων όπως η τοπογραφία (πχ έντονα κεκλιμένες πλαγιές), η γεωμορφολογία, το κλίμα (πχ μακρές περίοδοι ξηρασίας ακολουθούμενες από ισχυρές βροχοπτώσεις), η φυτική κάλυψη (πχ αραιή βλάστηση), οι ιδιότητες της επιφανειακής εδαφικής στρώσης (πχ χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία), οι φυσικές καταστροφές (πχ πυρκαγιές), τα χαρακτηριστικά του υδρογραφικού δικτύου κλπ, συμβάλλει στην γέννηση και εξέλιξη του φαινομένου (Grimm et al., 2002; Morgan, 2005; Toth et al., 2008). Οι ίδιοι παράγοντες καθορίζουν και την στερεοαπορροή μιας υδρολογικής λεκάνης. Η διάβρωση αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα σύγχρονα περιβαλλοντικά προβλήματα παγκοσμίως, επηρεάζοντας άμεσα τόσο το φυσικό (πχ υποβάθμιση των γεωργικών εδαφών, αλλοίωση του φυσικού τοπίου κλπ) όσο και το ανθρωπογενές {πχ μείωση της αγροτικής παραγωγής, καταστροφή των έργων υποδομής (πχ οδικό δίκτυο, γέφυρες, λιμάνια, ταμιευτήρες), πρόσχωση υδατορευμάτων και αύξηση του κινδύνου πλημμυρών} περιβάλλον. Οι σημαντικές οικονομικές, περιβαλλοντικές και κοινωνικέςσυνέπειες του φαινομένου, γεννούν την ανάγκη της ακριβέστερης δυνατής πρόβλεψης και ποσοτικοποίησης του, τον εντοπισμό των επιρρεπών περιοχών και τη λήψη κατάλληλων μέτρων προστασίας. Εν τούτοις, βασικό πρόβλημα στο πεδίο της εδαφικής διάβρωσης αποτελεί η επικύρωση των εκτιμήσεων, διότι δεν υπάρχουν πάντα αξιόπιστα, ή ακόμα διαθέσιμα δεδομένα για τη σύγκριση των υπολογισμών με την πραγματική απώλεια εδάφους. Στην Ελλάδα, μόνο η ΔΕΗ έχει πραγματοποιήσει μετρήσεις στερεοπαροχής σε θέσεις που προορίζονταν για την κατασκευή ταμιευτήρων. Οι μετρήσεις αυτές (μη συστηματικές και συχνά ανεπαρκείς), διεξήχθησαν κυρίως στο στάδιο σχεδιασμού του ταμιευτήρα, ενώ αφορούσαν μόνο το φορτίο αιώρησης και συχνά σταματούσαν μετά το πέρας της κατασκευής. Επιπλέον, η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε δεν δίνει ολοκληρωμένη εικόνα ως προς τη διάβρωση των υδατορευμάτων, διότι δε συλλέγονται βασικά στοιχεία, όπως η κατανομή της συγκέντρωσης του υλικού ως προς το βάθος, το υλικό του πυθμένα, η κοκκομετρική διαβάθμιση του φορτίου αιώρησης, η θερμοκρασία του νερού, η κατά μήκος κλίση της ελεύθερης επιφάνειας του νερού κα. Επίσης η μέθοδος δεν υπολογίζει ένα στρώμα cm κοντά στον πυθμένα, από όπου διέρχονται αιωρούμενες φερτές ύλες (Λυκούδη, 2000). Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, η παρούσα μελέτη αξιολογεί την επίδοση πέντε διαφορετικών μεθοδολογιών κατασκευής καμπυλών παροχής-στερεοπαροχής {ενιαία έκφραση εξίσωσης δύναμης, ενιαία έκφραση εξίσωσης δύναμης διορθωμένη κατά Ferguson (Ferguson, 1986), διάταξη των μετρήσεων κατά την υγρή/ξηρή περίοδο του υδρολογικού έτους, διάταξη των μετρήσεων κατά την άνοδο/ κάθοδο του πλημμυρογραφημάτος, τεθλασμένη παλινδρόμηση (Koutsoyiannis, 2000)}. Σκοπός είναι η επιλογή της καταλληλότερης εξ αυτών, για την εκτίμηση της στερεοπαροχής στηνέξοδο της λεκάνης απορροής του π. Καλαρίτικου στη γέφυρα Γκόγκου και κατ επέκταση της στερεοαπορροής της ανάντη λεκάνης. Η απόδοση κάθε μεθόδου αξιολογήθηκε μέσω στατιστικής ανάλυσης, συγκρίνοντας τις προσομοιωμένες μέσες μηνιαίες τιμές στερεοπαροχής με τις αντίστοιχες παρατηρημένες (ΔΕΗ), για τη χρονική περίοδο έως (10 έτη), με τη χρήση διαφορετικών στατιστικών δεικτών. Ο π. Καλαρίτικος επιλέγη για τη διεξαγωγή της παρούσας έρευνας γιατί παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η στερεομεταφορική του δράση και επιπλέον γιατί είναι διαθέσιμα και χρονικά επαρκή τα αναγκαία δεδομένα παροχής και στερεοπαροχής.

33 ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ (2016) 25(2): ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 2.1. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Ο π. Καλαρίτικος αποτελεί τον κυριότερο παραπόταμο του π. Αράχθου, ενός εκ των σημαντικότερων συστημάτων υδατικών πόρων της χώρας, με υψηλή υδρολογική, ενεργειακή και περιβαλλοντική σημασία. Τροφοδοτείται κύρια από τις καρστικές πηγές υπερχείλισης της ζώνης της Πίνδου του ορεινού συγκροτήματος των Τζουμέρκων (ΥΒΕΤ, 1993), εμπλουτίζοντας τον π. Άραχθο από τη δυτική του πλευρά. Η υδρολογική του λεκάνη εδράζει σχεδόναποκλειστικά επί του Ν. Ιωαννίνων (ένα μικρό τμήμα στα νότια εδράζει επί του Ν. Άρτας), εβρισκόμενη στο ΝΑ τμήμα του υδατικού διαμερίσματος της Ηπείρου (Σχήμα 1). Χαρακτηρίζεται μορφολογικά ως ορεινή, έχοντας έντονη γεωμορφολογία, επίμηκες σχήμαμε κατεύθυνση από Β προς Ν, καλύπτοντας έκταση 204,75 km 2. Το μεγαλύτερο ποσοστό της καλύπτεται από φλύσχη (Ν-ΝΔ τμήμα και προς την έξοδο αυτής), ενώ παρατηρείται και αξιοσημείωτη ανάπτυξη ασβεστολίθων (Β-ΒΑ τμήμα). Τουψόμετροκυμαίνεταιμεταξύ 416, ,02m, με το μέσο υψόμετρο να ισούται με 1.293,82 m. Το μήκος του κυρίου υδατορεύματος είναι 18,6 km. Για τη χρονική περίοδο έως η μέση ετήσια βροχόπτωση υπολογίστηκε ίση με 1.723,8mm και η μέση ετήσια παροχή ίση με 10,57 m 3 s -1 (Ευθυμίου, 2016). Η λεκάνη απορροής του π. Καλαρίτικου ελέγχεται υδρολογικά στη θέση γέφυρα Γκόγκου (Γ.Π.: 39 o 32'23.36"Ν, Γ.Μ.: 21 o 30'23.23"E, Υψόμετρο: 277 m). Σχήμα 1:Περιοχήμελέτης 2.2. ΔΕΔΟΜΕΝΑ Οι μετρήσεις παροχής, στερεοπαροχής, ζευγών παροχής-στερεοπαροχής πραγματοποιήθηκαν από τη ΔΕΗ στην έξοδο της υδρολογικής λεκάνη του π. Καλαρίτικου. Για τον υπολογισμό της παροχής στη γέφυρα Γκόγκου υπάρχει εγκατεστημένος σταθμηγράφος, ο οποίος καταγράφει καθημερινά τη στάθμη του ποταμού, ενώ στην ίδια θέση γίνονται μετρήσεις ταχυτήτων ροής μια φορά το μήνα. Από αυτές σχεδιάζεται η σημειακή καμπύλη στάθμης-παροχής. Ακολούθως υπολογίζονται οι μέσες ημερήσιες παροχές, μέσω της εφαρμογής των ημερήσιων στοιχείων του σταθμηγράφου στην εξίσωση της καμπύλης.