ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΠΜΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΠΜΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Χρήστος Τύραλης, Πολιτικός Μηχανικός Δάφνη Χριστοφίδου Γεωπόνος Ζωγράφου, 24/04/2015 Πηγή: 1

2 Σκοποί ενός ταμιευτήρα Είναι γενικά αποδεκτό ότι κατάλληλοι σκοποί, εκ των οποίων ένας τουλάχιστον πρέπει να εξυπηρετείται από έναν ταμιευτήρα, είναι (Yeh 1985): Η παροχή νερού για άρδευση. Η παροχή νερού στην βιομηχανία. Η παροχή νερού για οικιακή χρήση. Η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας. Η βελτίωση της ποιότητας του νερού. Η αναψυχή. Η αναβάθμιση της πανίδας και της χλωρίδας. Ο έλεγχος πλημμυρών. Η ναυσιπλοΐα. 2

3 Σχεδιασμός και λειτουργία ταμιευτήρα πολλαπλού σκοπού Όπως αναφέρει ο Yeh (1985) σχετικά με θέματα σχεδιασμού και λειτουργίας ενός ταμιευτήρα πολλαπλού σκοπού: Η διαδικασία λειτουργίας του ταμιευτήρα, όπως αυτή υπολογίζεται κατά την φάση του σχεδιασμού, πρέπει να είναι συνεπής με την διαδικασία λειτουργίας του κατασκευασμένου ταμιευτήρα (Yeh 1985). Η διαδικασία της λειτουργίας συσχετίζεται με τον καθορισμό του όγκου του ταμιευτήρα. Πρόβλημα αποτελεί η λειτουργία του ταμιευτήρα σε πραγματικό χρόνο, με αποφάσεις εντός μιας αρκετά σύντομης χρονικής περιόδου (επιχειρησιακό πλαίσιο). Άλλο πρόβλημα αποτελεί η υδρολογική αβεβαιότητα (βροχόπτωση, εισροές κλπ) Η ικανοποίηση των σκοπών ενός ταμιευτήρα πολλαπλού σκοπού σε διάφορες φάσεις του σχεδιασμού και της λειτουργίας του αποτελεί ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης. 3

4 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 30 έτη Linear programming (LP) Περιλαμβάνει και: Chance-constrained LP Stochastic LP Stochastic programming with resource Μη γραμμικός προγραμματισμός Dynamic programming (DP) Περιλαμβάνει και: Incremental DP (IDP) Discrete Differential DP (DDDP) Incremental DP και Successive Approximations( IDPSA), Stochastic DP Reliability Constrained DP Differential DP (DDP) Progressive optimality algorithm Προσομοίωση Πηγή: Yeh (1985) 4

5 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 10 έτη Ο Labadie (2004) διακρίνει δύο κατηγορίες, ως προς τις μεθοδολογίες βελτιστοποίησης: Implicit Stochastic Optimization. o Αναφέρεται και ως βελτιστοποίηση Μόντε Κάρλο. o Βελτιστοποιεί επί μιας μεγάλης ιστορικής ή συνθετικής χρονοσειράς ή επί αρκετών μικρότερων. o Διατηρούνται χαρακτηριστικά όπως χωρικές και χρονικές συσχετίσεις και μέθοδοι ντετερμινιστικής βελτιστοποίησης εφαρμόζονται άμεσα. Explicit Stochastic Optimization. o Χρησιμοποιεί πιθανοτικές περιγραφές για τις διάφορες μεταβλητές. o Είναι υπολογιστικά περισσότερο απαιτητικός. 5

6 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 10 έτη Implicit Stochastic Optimization Explicit Stochastic Optimization Διαφορές Πηγή: Labadie (2004) 6

7 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 10 έτη Implicit Stochastic Optimization Explicit Stochastic Optimization Linear Programming Models Network Flow Optimization Models Nonlinear Programming Models Discrete Dynamic Programming Models Differential Dynamic Programming Models Discrete-Time Optimal Control Theory Chance-Constrained Programming Models Stochastic Linear Programming Models Stochastic Dynamic Programming Models Stochastic Optimal Control Models Multiobjective Optimization Models Real-Time Control with Forecasting Heuristic Programming Models Genetic algorithms Artificial neural networks Fuzzy rule-based Modelling Πηγή: Labadie (2004) 7

8 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 1 έτος Διαφοροποίηση σε σχέση με Yeh (1985) Εναλλακτικές μέθοδοι Πηγή: Ahmad et al. (2014) Artificial Bee Colony Gravitational Search Algorithm 8

9 Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων σήμερα Genetic Algorithm Genetic Programming Πρόσφατη τεχνική Πηγή: Choong and El-Shafie (2015) 9

10 Βασικά ζητήματα που αφορούν τη διαχείριση φραγμάτων Πηγή: IUCN/ UNEP /WCD,

11 Λίμνη Πλαστήρα Χρήσεις νερού Άρδευση Ύδρευση Παραγωγή ενέργειας Προστασία Τοπίου Τουριστική ανάπτυξη Προστασία οικοσυστήματος Πηγή: ΥΠΕΚΑ 2013 Hadjibiros et al. (2005) 11

12 Λίμνη Πλαστήρα Παράμετροι Διαχείρισης I1. Ετήσιες Εκροές = Άρδευση + Παραγωγή ενέργειας (+ Ύδρευση) I2. Ποιότητα νερού - πιέσεις από τουριστικά ανάπτυξη - χαμηλή στάθμη = συνθήκες ευτροφισμού - σταθερότυπα ποιότητας για πόσιμο νερό I3. Προστασία τοπίου Minimum Level allowed 790m 788m 786m 784m 782m 780m F = W1 I 1 + W2 I2 + W3 I3. Πηγή: Hadjibiros et al. (2005) 12

13 Ταμιευτήρας Σμοκόβου Χρήσεις νερού Άρδευση Ύδρευση (οικισμοί Ανατ. Καρδίτσας) Παραγωγή ενέργειας (ΥΗΣ Λεονταρίου) Οικολογική παροχή Καλή οικολογική κατάσταση ταμ/ρα Τουριστική ανάπτυξη Ύδρευση + Οικ. Παροχή > Οικολογική κατάσταση ταμιευτήρα > αρδευτικές ανάγκες Επίπεδο Αξιοπιστίας Άρδευσης = 90% επιθυμητό, 80% ανεκτό Επίπεδο Αξιοπιστίας Ύδρευσης = 90% Επίπεδο Αξιοπιστίας Οικ. Παροχής = 90% Ποια είναι η ελάχιστη επιθυμητή παροχή για την παραγωγή ηλ. ενέργειας κατά την υγρή περίοδο; Ποια είναι η ελάχιστη επιθυμητή παροχή για την παραγωγή ηλ. ενέργειας κατά τους θερινούς μήνες βάσει και των υδρευτικών/ αρδευτικών αναγκών; Πηγή: ΥΠΕΚΑ

14 Ταμιευτήρας Σμοκόβου Σενάριο Α Άρδευση Σ1 + Σ2, Άρδευση κατάντη Κέδρου Σενάριο Β Άρδευση Σ1 + Σ2, Άρδευση κατάντη Κέδρου Παραγωγή Ενέργειας (>άρδευση κατάντη Κέδρου) Σενάριο Γ + Άρδευση Σ3 (μελλοντική), χωρίς άρδευση κατάντη Κέδρου Σενάριο Δ + Άρδευση Σ4 (μελλοντική) Αποτελέσματα Συμπεράσματα Η πιθανότητα αστοχίας και τα αντίστοιχα Η πιθανότητα ελλείμματα αστοχίας θα μειωθεί σημαντικά (από Πολιτική 77-78% διαχείρισης ως και 100% για στο τα 22-25%), διάφορα αν περιοριστούν σενάρια ανάπτυξης οι αρδευόμενες (μερικής εκτάσεις, ανάπτυξης οι αρδευτικές αρδ. δικτύων, ανάγκες μερικής ανά ανάπτυξης στρέμμα δικτύων και ληφθούν και χειμερινής μέτρα διαχείρισης λειτουργίας της ΥΗΣ, ζήτησης πλήρους ανάπτυξης έργων, υφιστάμενη κατάσταση) 14

15 Συνδιαχείριση Ταμιευτήρα Σμοκόβου - Λίμνης Ξυνιάδας Διαχειριστικές παράμετροι Όριο οικολογικής παροχής Παροχή για κάλυψη υδρευτικών αναγκών Παροχή για κάλυψη βασικών αρδευτικών αναγκών Παροχή για κάλυψη επιπλέον αρδευτικών αναγκών Φωτό: Αρχείο ΕΚΒΥ/ Σωτηρία Κατσαβούνη Αποτελέσματα προσομοίωσης Ταμιευτήρας Σμοκόβου Προσφορά Vs Αποτελέσματα Ζήτηση προσομοίωσης Λίμνη Ξυνιάδας 15

16 Αναφορές Ahmad A, El-Shafie A, Razali SFM, Mohamad ZS (2014) Reservoir Optimization in Water Resources: a Review. Water Resources Management 28(11): doi: /s Choong SM, El-Shafie A (2015) State-of-the-Art for Modelling Reservoir Inflows and Management Optimization. Water Resources Management 29(4): doi: /s z Yeh WWG (1985) Reservoir Management and Operations Models: A State-of-the-Art Review. Water Resources Research 21(12): doi: /wr021i012p01797 Labadie JW (2004) Optimal Operation of Multireservoir Systems: State-of-the-Art Review. Journal of Water Resources Planning and Management 130(2): doi: /(asce) (2004)130:2(93) Makropoulos, C., E. Safiolea, A. Efstratiadis, E. Oikonomidou, and V. Kaffes, Multi-reservoir management with OpenMI, Proceedings of the 11th International Conference on Environmental Science and Technology, Chania, Crete, Greece, 3-5 September Κουτσογιάννης, Δ., Ν. Μαμάσης, Α. Κουκουβίνος, και Α. Ευστρατιάδης, Τελική έκθεση, Διερεύνηση σεναρίων διαχείρισης του ταμιευτήρα Σμοκόβου, Ανάδοχος: Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τεύχος 4, 66 σελίδες, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Ιούλιος Hadjibiros, K., A. Katsiri, A. Andreadakis, D. Koutsoyiannis, A. Stamou, A. Christofides, A. Efstratiadis, and G.-F. Sargentis, Multi-criteria reservoir water management, Global Network for Environmental Science and Technology, 7 (3), , ΥΠΕΚΑ, Σχέδιο Διαχείρισης (ΣΔ) των Λεκανών Απορροής των Ποταμών (ΛΑΠ) του Υδατικού Διαμερίσματος Δυτικής Στερεάς Ελλάδας (ΥΔ04) (ΚΥΑ οικ / ). ΥΠΕΚΑ, Σχέδιο Διαχείρισης (ΣΔ) των Λεκανών Απορροής των Ποταμών (ΛΑΠ) του Υδατικού Διαμερίσματος Θεσσαλίας (ΥΔ08) (ΚΥΑ οικ / ) 16