ιαχείριση Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων

Transcript

1 ιαχείριση Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων Κεφάλαιο 4 Χρόνος Παραμονής Νερού Το μαθηματικό ομοίωμα LOICZ ρ. Γιώργος Συλαίος Ωκεανογράφος Επ. Καθηγητής ΤΜΠ- ΠΘ

2

3

4 . Ποιότητα Νερού Nitrates (μm) Y = 79 exp(-x/3.) Y = *X R = 0.; n = 1 Ammonium (μm) Y = *X R = 0.40; n = 1 5 R = 0.44; n = 30 (a) Salinity 4 (b) Salinity 0 Phosphates (μm) (c) Salinity Silicate (μm) Y = exp(-x/.7) R = 0.; n = 30 (d) Y = *X R = 0.7; n = Salinity

5 . Ποιότητα Νερού N-NO3 (μm) y = S r = 0.55; SD = 0. N-NO (μm) y = S r = 0.4; SD = Salinity (psu) Salinity (psu) N-NH4 (μm) y = S r = 0.3; SD = P-PO4 (μm) y = S r = 0.3; SD = Salinity (psu) Salinity (psu)

6 ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΠΕ ΙΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΙΑΤΥΠΩΣΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΤΙΚΩΝ ΠΡΟΤΑΣΕΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟ ΩΝ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΣΗΜΕΡΙΝΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

7 Έλεγχος Εισροών Νερού Ποσότητα Νερού Ποιότητα Νερού Χρόνος Ανανέωσης Συστήματος ιαχείριση Παράκτιων Υδατικών Συστημάτων Έλεγχος Ανταλλαγών Νερού Βαθμίδα Αλατότητας Νερού Οξυγόνωση Συστήματος υναμική Στομίου Εσωτερικές Φυσικές & Βιογεωχημικές ιεργασίες Μεταφορά, ιάχυση, ιασπορά Ανταλλαγές Νερού-Ιζήματος Πρωτογενής Παραγωγή Ανάπτυξη Μακροφυκών & άλλων βενθικών οργανισμών

8 1. Ποσότητα Νερού Έλεγχος Εισροών Νερού Άμεση παρακολούθηση με συστηματικές δειγματοληψίες Άμεση παρακολούθηση με σταθμούς συνεχούς καταγραφής Έμμεσος προσδιορισμός με χρήση μετρήσεων αλατότητας V R S R V ( R V P ) S L V R S R ( V P V R ) S O 0 Έμμεσος προσδιορισμός με χρήση μετρήσεων βροχόπτωσης V R A X f r ) (.59 ( r ) e o 3 f ( ) 4. r ( ) 9 r e T e o e Έμμεσος προσδιορισμός με τη χρήση σύνθετων υδρολογικών ομοιωμάτων

9 Monitoring and modeling efforts for nutrient cycling and flushing determination in a coastal lagoon P. Leontarakis 1,,D. Markou,3, N. Kamidis,3, G. Sylaios,3, V. Tsihrintzis 3, D. Koutsoubas 1 1 Dep. of Marine Science, Faculty of Environment, University of the Aegean, Greece National Agricultural Research Foundation, Fisheries Research Institute, Greece 3 Laboratory of Ecological Engineering and Technology, Dep. of Environmental Engineering, School of Engineering, Democritus University of Thrace, Greece 3 ème Congrès de la CIESM (Commission Internationale pour l Exploration Scientifique de la Mer Méditerranée), Istanbul, Turquie, 9-13 Avril 07

10 Study Site Eratino is a shallow (mean depth: 0.5 m) coastal lagoon located in northern Greece has a surface area of about 3.5 km and is part of a coastal lagoon system, with a total area of 1,700 ha, located at the western part of Nestos River Delta supplied with freshwater by a small stream ( km long), draining agricultural land communicates with the nearby Kavala Gulf by a tidal channel tidal elevation at the lagoon s mouth ranges between 0.14 and 0.39 m.

11 Materials and methods Monthly samplings were conducted between August 05 and August 0 at stations. water temperature, salinity, ph and dissolved oxygen content) were measured in situ using portable instrumentation nutrients (N-NO, N-NO 3, N-NH 4, P-PO 4, Si-SiO ), chlorophyll-a (Chl-a) and total suspended solids (TSS) were measured using standard methods Seasonal samplings for sediment samples were carried out at 5 stations sediment nitrates, total Kjeldahl nitrogen (TKN) and total phosphorus content (TP) were measured

12 Temperature Seasonal Variability ( o C) 1. October January April 0 July

13 Salinity Seasonal Variability October 05 January April 0 July

14 Dissolved Oxygen Seasonal Variability (mg/l) October 05 1 January April

15 Surface ph Seasonal Variability (mg/l) October 05 January April 0 July

16 Surface N-NO 3 Seasonal Variability (μmol/l) October 05 January April 0 July

17 Surface N-NH 4 Seasonal Variability (μmol/l) October 05 January April 0 July

18 Surface P-PO 4 Seasonal Variability (μmol/l) October 05 January April 0 July

19 Surface Si-SiO Seasonal Variability (μmol/l) October January April 0 July

20 Surface Chl-a Seasonal Variability (μg/l) October 05 January April 0 July

21 Surface TSS Seasonal Variability (mg/l) October 05 January April 0 July

22 Tidal Prism Model (Sylaios, 04) ( VLagoon VPrism) SHW (1 f )( VLagoon VPrism ) S f 1 OC S S HW OC V R f V Pr ism Q V / T R R Freshwater Discharge (m 3 /s) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Months

23 1. Ποσότητα Νερού Έλεγχος Εισροών Νερού Άμεση παρακολούθηση με συστηματικές δειγματοληψίες Άμεση παρακολούθηση με σταθμούς συνεχούς καταγραφής Έμμεσος προσδιορισμός με χρήση μετρήσεων αλατότητας V R S R V ( R V P ) S L V R S R ( V P V R ) S O 0 Έμμεσος προσδιορισμός με χρήση μετρήσεων βροχόπτωσης V R A X f r ) (.59 ( r ) e o 3 f ( ) 4. r ( ) 9 r e T e o e Έμμεσος προσδιορισμός με τη χρήση σύνθετων υδρολογικών ομοιωμάτων

24

25

26

27 Links για Μετεωρολογικά εδομένα

28 . Ποιότητα Νερού Έλεγχος Εισροών Νερού Άμεση παρακολούθηση με συστηματικές δειγματοληψίες Άμεση παρακολούθηση με σταθμούς συνεχούς καταγραφής Έμμεσος προσδιορισμός με χρήση συντελεστών έκπλυσης Πηγές Θρεπτικών Αλάτων Συντελεστές Μεταφοράς Συνολικά Φορτία (kg/yr) ραστηριότητα Οικιακή Επίπεδο ραστηριότητας Ν Ρ Ν Ρ Στερεά Απόβλητα 14.7 κάτοικοι 0,355 0, ,0 517,5 Λύματα kg/person/yr kg/person/yr 14.7 κάτοικοι 0,75 0, , 1.330,7 Απορρυπαντικά kg/person/yr kg/person/yr 14.7 κάτοικοι , ,7 kg/person/yr Συνολική Οικιακή ραστηριότητα 1.50, 3.17,9

29 . Ποιότητα Νερού Nitrates (μm) Y = 79 exp(-x/3.) Y = *X R = 0.; n = 1 Ammonium (μm) Y = *X R = 0.40; n = 1 5 R = 0.44; n = 30 (a) Salinity 4 (b) Salinity 0 Phosphates (μm) (c) Salinity Silicate (μm) Y = exp(-x/.7) R = 0.; n = 30 (d) Y = *X R = 0.7; n = Salinity

30 . Ποιότητα Νερού N-NO3 (μm) y = S r = 0.55; SD = 0. N-NO (μm) y = S r = 0.4; SD = Salinity (psu) Salinity (psu) N-NH4 (μm) y = S r = 0.3; SD = P-PO4 (μm) y = S r = 0.3; SD = Salinity (psu) Salinity (psu)

31

32

33

34

35

36 V t Έλεγχος Εισροών Νερού 3. Ισοζύγιο Νερού - Χρόνος Ανανέωσης Νερού Q P Q E Q G Q R Q O [ QR QP QG QO QT ] T50% 0.9/ k k Table 3. Water fluxes estimates for the eight lagoons of Northern Greece. Lagoon Q P (m 3 /s) Q E (m 3 /s) Q R (m 3 /s) Q O (m 3 /s) Q T (m 3 /s) T 50% (days) Vassova Eratino Loutsa - Papadia Kalaga Vatatsa Richo Alykes Vontas where Q P =precipitation rate; Q E =evaporation rate; Q R =fresh water runoff discharge; Q O =tidal net water discharge; Q T =tidal flushing rate; T 50% =calculated flushing half-life. V

37

38

39 Ορισμός του Χρόνου Παραμονής Ηλικία Νερού Χρόνος Παραμονής Χρόνος ιέλευσης

40 Έλεγχος Ανταλλαγών Νερού 1. Συλλογή εδομένων Πεδίου

41 Έλεγχος Ανταλλαγών Νερού

42 Αποτελέσματα Λ/Θ Βάσσοβας (3//0 παλίρροια μεγάλου εύρους)

43 Αποτελέσματα Λ/Θ Βάσσοβας (1/3/0 παλίρροια μικρού εύρους)

44 Εξισώσεις υπολογισμού των υπολειπόμενων ρευμάτων και ροών στο στόμιο παράκτιων υδατικών συστημάτων V 1 U Υπολειπόμενο ρεύμα Euler: Υπολειπόμενο Stokes drift: V HU ~ ~ / H Παροχή νερού ανά μονάδα πλάτους Q( y, t) u( y, t) H ( y, t) Όγκοι νερού πλήμμης και άμπωτης: t V flood Q( y, t) dt V ebb t o t T t Q( y, t) dt

45 Εκτίμηση Χρόνου Παραμονής Λιμνοθάλασσας Υπολογισμός κλάσματος γλυκού νερού, f ( VLagoon VPr ism ) S HW (1 f ) ( VLagoon VPr ism V R f ) S f 1 Υπολογισμός όγκου γλυκού νερού V Pr ism OC S S HW OC Υπολογισμός παροχής QR VR / T Υπολογισμός κλάσματος επιστροφής, b S HW V V Pr sim QRT QRT 1 b ( ) 1 b Pr ism S OC Υπολογισμός χρόνου παραμονής, t Res VLagoon V t RES VPr ism (1 b) T Pr ism (1 b) Q R

46 Relations of a) calculated flood water volumes (VF, solid squares) and ebb water volumes (VE, open circles) to the recorded tidal range (A), b) freshwater inflow discharge (QR) to the estimated return flow factor (b), c) normalized flood (tf/t) and ebb (te/t) duration to the normalized freshwater input (QFT/πVPrism), and d) lagoon s residence time (tf) to the tidal range (A).

47 Μ.Ο. Μηδενικής ιάστασης Η αριθμητική επίλυση επιτρέπει περισσότερες δυνατότητες περιγραφής των διεργασιών (π.χ., ευτροφισμός, τοξικοί ρύποι) Επιτρέπει μεγαλύτερες δυνατότητες χωρικής διακριτοποίησης Οι ροές μάζας και οι συντελεστές μείξης παραμετροποιούνται από: - δεδομένα πεδίου και εμπειρικές σχέσεις - παράγονται από άλλα Μ.Ο. (π.χ., υδροδυναμικά)

48 Το Μαθηματικό Ομοίωμα LOICZ για τη Προσομοίωση των Ροών Ν, Ρ, C στη Παράκτια Ζώνη Το μοντέλο LOICZ συμβάλει στον Υπολογισμό των Ροών C, N, P στη Παγκόσμια Παράκτια Ζώνη. Το μοντέλο LOICZ προσομοιώνει τις ανόργανες διεργασίες που σχετίζονται με τις εισροές Ν, Ρ, C και τις συνδέει με τη παρουσία και την ανάπτυξη αυτότροφων ή ετερότροφων οργανισμών Το μοντέλο LOICZ περιγράφει τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούν σε μία περιοχή ως συνάρτηση: Των χερσαίων εισροών ενώσεων C, N, P Των ωκεάνιων ανταλλαγών των ενώσεων C, N, P Των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στις χερσαίες λεκάνες απορροής που επικοινωνούν με τη θάλασσα Η προσομοίωση των τοπικών διεργασιών συμβάλλει στη κατανόηση των παγκόσμιων διεργασιών.

49 Ανάπτυξη μίας Παγκόσμια Εφαρμόσιμης Τεχνικής Υπολογισμού των Ροών C, N, P στη Παράκτια Ζώνη υνατότητα να εργαζόμαστε με δευτερογενή δεδομένα; Χαμηλές απαιτήσεις σε δεδομένα; Ευρέως εφαρμόσιμη μέθοδος; Ευκολία κατανόησης διεργασιών Συγκρίσιμα συμπεράσματα συγκρίσιμες διαδικασίες λήψης απόφασης; Παροχή πληροφοριών σχετικά με τις διεργασίες και τις ροές CNP.

50 LOICZ Μεθοδολογία Ανάπτυξης Ισοζυγίων ιατήρηση Μάζας: ηπλέον βασικήαρχήτηςοικολογίας και της Γεωχημίας. (outputs) system storage (internal sources, sinks) (inputs) MATERIAL BUDGET Ο όρος "dm/dt" : Μεταβολή μάζας κάθε υλικού του συστήματος σε σχέση με το χρόνο. Συνήθως dm/dt = 0 η μάζα του συστήματος διατηρείται σταθερή σύστημα σε κατάσταση ισορροπίας (steady state).

51 Σύμφωνα με το LOICZ η μοντελοποίηση μίας παράκτιας ζώνης έχει τρία μέρη: Πόσο γρήγορα κινείται το νερό μέσα και έξω από το σύστημα? (Ισοζύγιο Νερού Ισοζύγιο Άλατος) Πόσο γρήγορα κινούνται τα στοιχεία άνθρακας, άζωτο και φώσφορος μαζί με το νερό του συστήματος? (Ισοζύγιο μη-συντηρητικών στοιχείων) Ποιες οι διαφορές που προκύπτουν μεταξύ της κίνησης του νερού και της κίνησης των θρεπτικών αλάτων του συστήματος?

52 Ισοζύγιο Νερού ocean S ocean V R = V E - (V P +V Q +V G +V O ) V E V P V system Q, V G, V O V system, S system WATER BUDGET Ισοζύγιο Νερού Γνωστές εισροές γλυκού νερού. Υπολογισμός υπολειπόμενης ροής (V R ) για τη διατήρηση του όγκου. V R = -V Q V P V o V G + V E

53 Ισοζύγιο Άλατος S R = (S ocean + S system )/ ocean S ocean V R S R V X = V R S R /(S ocean -S system ) V E S E = 0 system V system, S system V P S E = 0 SALT BUDGET V Q S Q, V G S G, V O S O = 0 Ισοζύγιο Άλατος Οι καθαρές ροές είναι γνωστές. Οόροςμείξης(V X ) προκύπτει από την αρχή διατήρησης άλατος

54 Υπολογισμός Χρόνου Ανανεωσιμότητας Συστήματος

55 Ισοζύγια CNP d(vy)/dt = V Q Y Q + V P Y P + V G Y G + V O Y O + V E Y E + V R Y R + V X (Y ocean Y gulf ) + Y

56 Ισοζύγια Φωσφόρου d(vy)/dt = V Q Y Q + V P Y P + V G Y G + V O Y O + V E Y E + V R Y R + V X (Y ocean Y gulf ) + Y DIP > 0 DIP κινείται από το ίζημα προς το σύστημα το σύστημα παράγει οργανικό υλικό μέσω της αναπνοής (p-r) < 0 DIP < 0 DIP κινείται από το σύστημα προς το ίζημα το σύστημα καταναλώνει οργανικό υλικό μέσω της φωτοσύνθεσης (p-r) > 0 [p-r] = -ΔDIP (C:P) part (C:P) Part = :1 (πλαγκτόν) (C:P) Part = 550:1 (μακροφύκη)

57 Ισοζύγια Αζώτου d(vy)/dt = V Q Y Q + V P Y P + V G Y G + V O Y O + V E Y E + V R Y R + V X (Y ocean Y gulf ) + Y [nfix denitr] = ΔΝ obs ΔΝ exp = ΔΝ obs ΔDIP (N:P) part (nfix denitr) > 0 nitrification prevails Converts N to organic nitrogen (nfix denitr) < 0 denitrification prevails Converts nitrate to Nitrogen gas (never measured)

58 Περιοχές με Εφαρμογή Ισοζυγίων LOICZ # # # # # # # # # # # # # # ## ## # # # # # # ## # # ## # ### # # # ## # # ## # # # ### # # ## # # # # # # # # # # ## # # # # ## # # # # ## ## # # # # >0 sites so far; > 0 sites desired.

59 Περιγραφικές Συσχετίσεις Log (DIP mol km - yr -1 ) = X log (persons km - ) X log (runoff in m 3 yr -1 ) DIP load, number of persons, and runoff scaled to catchment basin area N= 1; r = 0.5 (Smith et al, in prep.) Από πού προέρχεται αυτό το φορτίο? αστικές δραστηριότητες βιομηχανικές δραστηριότητες γεωργικές δραστηριότητες

60 ESTIMATION OF WASTE LOAD (This spreadsheet calculates DIN and DIP load in waste generated by various activities. Knowledge of the activities relevant to your coastal water body is necessary and the only input needed in the spreadsheet would be the activity level of the waste generating activity in column F. Sum of the DIN and DIP load are given at the bottom of the table (column L and M). There are two other spreadsheets at the bottom to calculate DIN and DIP concentration from BOD and COD concentration.) Activity Discharge coef Reference Activity level Total N Total P % enter i ng DIN DIP (unit) (no) (unit) (kg/yr) (kg/yr) the bay (mol/yr) (mol/yr) Household a. solid waste 0.71 kgn/prn/yr a person kgp/prn/yr b b. domestic sewage 1.53 kgn/prn/yr c person kgp/prn/yr c c. detergent 0.1 kgp/prn/yr c person Urban runoff 1.9 mgn/liter d avg rain(m/yr) (unsewered areas) 0.4 mgp/liter d x urban area(m) Livestock a. cattle.74 kgn/cow/y e 4755 cow kgp/cow/y e b. horses 3.1 kgn/hor/yr e 7 horse kgp/hor/yr e c. sheep 0.5 kgn/shp/yre 5711 sheep kgp/shp/yre a. piggery 0.57 kgn/pig/yr e 19 pig kgp/pig/yr e b. poultry kgn/bird/yrf bird kgp/bird/yrf

61 Aquaculture a. prawn 5. kgn/ton/yr g ton prawn kgp/ton/yr g b. milkfish.9 kgn/ton/yr b ton fish kgp/ton/yr b Non-point agricultural runoff a. cropland erosion 1. kgn/ton b ton soil eroded/yr kgp/ton b Manufacturing a. slaugtering - cattle 0.3 kgn/cattle e cattle/yr kgp/cattle e - pig 0.0 kgn/pig e pig/yr kgp/pig e - lamb 0.04 kgn/lamb e lamb/yr kgp/lamb e b. packing - cattle 0.5 kgn/cattle e cattle/yr kgp/cattle e - pig 0.1 kgn/pig e pig/yr kgp/pig e - lamb 0.07 kgn/lamb e lamb/yr kgp/lamb e c. dairy products - butter 1.95 kgn/ton e ton butter/yr kgp/ton e - cheese 1.5 kgn/ton e ton cheese/yr kgp/ton e - condensed milk 0.39 kgn/ton e ton milk/yr kgp/ton e - powdered milk 1.5 kgn/ton e ton milk/yr kgp/ton e

62 d. canning - catfish 0.5 kgn/ton e ton catfish/yr blue crab 1 kgn/ton e ton crab/yr shrimp kgn/ton e ton shrimp/yr tuna.1 kgn/ton e ton tuna/yr e. bakery products kgn/ton e ton baked products/yr f. specialty foods - prepared dinners 0.44 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - frozen bakery pdts 0.3 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - dressing, sauces 0.04 kgn/ton e ton/yr and spreads 0.03 kgp/ton e - meat specialty 0.57 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - canned soups and 0.47 kgn/ton e ton/yr baby foods 0.1 kgp/ton e - sauced vegetable 1.1 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - sweet syrups, 0.04 kgn/ton e ton/yr jams, jellies 0.05 kgp/ton e - Chinese and 0. kgn/ton e ton/yr Mexican food 0.14 kgp/ton e - breaded frozen pd. kgn/ton e ton/yr kgp/ton e g. wheat, starch glute 3.7 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e h. yeast manufacture 17 kgn/ton e ton/yr i. Tanneries - cattlehide.3 kgn/ton e ton/yr sheepskin 4 kgn/ton e ton/yr pigskin 5.7 kgn/ton e ton/yr j. Plywood 0.4 kgn/00m3 e m3/yr 0 5 0

63 k. Fertilizer - ammonia nitrate.9 kgn/ton e ton/yr ammonia sulfate kgn/ton e ton/yr urea kgn/ton e ton/yr phosphoric acid 5 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - normal sugar 0.5 kgp/ton e ton/yr phosphate - triple sugar 0.3 kgp/ton e ton/yr phosphate - NPP fertilizer 0.4 kgn/ton e ton/yr l. Drugs and medicines - fermentation pdts 79 kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - vaccine pdn kgn/ton e ton/yr kgp/ton e - chem synthesis 54.4 kgn/ton e ton/yr products 7.4 kgp/ton e - mixing, compound 0. kgn/ton e ton/yr and formulation 0.14 kgp/ton e m. Petroleum refinery - topping refinery 1. kgn/00m3 e m3 crude oil/yr cracking refinery.3 kgn/00m3 e m3 crude oil/yr petrochemical ref 34.3 kgn/00m3 e m3 crude oil/yr lub oil refinery 4.1 kgn/00m3 e m3 crude oil/yr integrated ref.5 kgn/00m3 e m3 crude oil/yr coke plant 3.5 kgn/ton e ton coke/yr n. Iron and steel 0.7 kgn/ton e ton/yr SUM (mole/yr) 3,401,3.5 44, SUM (mole/day) 9,31.4 1,3.70

64 Table 5. Nutrient sources, activity levels, modified effluent discharge coefficients and total amounts of nitrogen (N) and phosphorus (P) loads entering Nestos river lagoons. Nutrient Sources Effluent Discharge Coefficients Total amounts of nourishing loads (kg/yr) Activity Level of Ν Ρ Ν Ρ Activity Household Solid Wastes 14, , inhabitants kg/person/yr kg/person/yr Domestic 14, ,311. 1,330.7 Sewage inhabitants kg/person/yr kg/person/yr Detergent 14,7 inhabitants kg/person/yr ,330.7 Total Household Impact 1,50. 3,17.9 Livestock Cattle 4, , cows kg/cow/yr kg/cow/yr Sheep 5, , sheep kg/sheep/yr kg/sheep/yr Pigs 1, pigs kg/pig/yr kg/pig/yr Horses horses kg/horse/yr kg/horse/yr Poultry 95, ,75.1 birds kg/bird/yr kg/bird/yr Total Livestock Impact 13,73.3,40.5 Non-point Agricultural Runoff Cultivated Areas, ha.00 0.,1.0 1,0. kg/ha/yr kg/ha/yr Non-cultivated Areas 4.3 ha 1 kg/ha/yr 0. kg/ha/yr 1, Total Agricultural Impact 1,3. 1,07.4 Total Nutrient Loads 51,5.1,.

65

66 Περιοχή Μελέτης ASPROVALTA NEA BRASNA Α NEA KERDILIA RIVER OFRINION STRYMON ORFANI KARIANI 7 1 RIVER STAVROS RICHIOS STRYMONIKOS ' 00'' 4 01' 00'' 1 GULF OLYMPIAS 3 Α 4 5 N 0 5 km STRATONI 3 GULF OF IERISSOS N 40 N 3 E 40 1' 00'' 3 3' 00'' STRYMONIKOS GULF 4 E 5 E E 7 E KAVALA GULF THRACIAN SEA NORTH AEGEAN SEA SAROS GULF 9 IERISSOS NEA RODA 7

67 εδομένα Εισόδου για τα Ισοζύγια Strymonikos Gulf Ierissos Gulf System Area (m ) System Volume (m 3 ) River Discharge (m 3 sec -1 ) Precipitation (mm d -1 ) Evaporation (mm d -1 ) System Salinity (psu) Ocean Salinity (psu) System DIP (mmol/m 3 ) Ocean DIP (mmol/m 3 ) River DIP (mmol/m 3 ) System DIN (mmol/m 3 ) Ocean DIN (mmol/m 3 ) River DIN (mmol/m 3 ).4.00

68 Ετήσιο Ισοζύγιο Νερού & Άλατος Στρυμονικού Κόλπου και Κόλπου Ιερισσού VP = 0 VE = 1,5 VR = 3,43 VR SR = 13,73 Socean = 3.40 psu SR = 3.00 psu Vx (Socean - Ssystem) = + 13,73 Vx = 4,704 Asystem = 4.5 x m Vsystem = 1.70 x m Ssystem = 35.0 psu τ = 7 days 3 VQ = 4,01 Water fluxes in 3 m 3 d -1 and salt fluxes in 3 psu m 3 d -1

69 Ετήσιο Ισοζύγιο Φωσφόρου Στρυμονικού Κόλπου DIPR = 0.30 VR DIPR = 1,014 DIPQ = 1.1 VQ DIPQ = 4,711 DIPocean = 0.3 DIPsystem = 0.7 Vx (DIPocean - DIPsystem) = + 7,735 ΔDIP = -11,43 DIP concentrations in mmol m -3 and DIP fluxes in mol d -1.

70 Ετήσιο Ισοζύγιο Αζώτου Στρυμονικού Κόλπου DINR = 1.9 VR DINR =,790 DINocean = 1.30 ΔDINobs = +,49 (nfix - denitr) = 9.55 mol N/day DINQ =.4 VQ DINQ =,99 DINsystem =.5 Vx (DINocean - DINsystem) = -,51 DIN concentrations in mmol m -3 and DIN fluxes in mol d -1

71 Ισοζύγια Νερού και Άλατος Κόλπου Ιερισσού VP = VE = 35.4 VR = VR SR = 4, Socean = 3.40 psu SR = 3.35 psu Vx (Socean - Ssystem) = + 4, Vx = 45, Asystem = 1. x m 9 Vsystem =.40 x m Ssystem = 3.30 psu τ = days 3 VQ = Water fluxes in 3 m 3 d -1 and salt fluxes in 3 psu m 3 d -1

72 Ετήσιο Ισοζύγιο Φωσφόρου Κόλπου Ιερισσού DIPR = 0.39 VR DIPR = 47.0 DIPQ = 0.0 VQ DIPQ = 4. DIPocean = 0.3 DIPsystem = 0.45 Vx (DIPocean - DIPsystem) = - 5,.5 ΔDIP = +5,793.4 DIP concentrations in mmol m -3 and DIP fluxes in mol d -1.

73 Ετήσιο Ισοζύγιο Αζώτου Κόλπου Ιερισσού DINR = 1.4 VR DINR = 10.3 DINocean = 1.30 ΔDINobs = +13,75.1 (nfix - denitr) = DINsystem = 1.1 DINQ =.00 VQ DINQ =.94 Vx (DINocean - DINsystem) = - 13,99.3 DIN concentrations in mmol m -3 and DIN fluxes in mol d -1

74 Summary for annual phosphorus and nitrogen stoichiometric calculations for net ecosystem metabolism Strymonikos Gulf Ierissos Gulf Residence Time (d) 7 ΔDIP (mol d -1 ) -11, ΔDIP (mmol m - d -1 ) ΔDIN (mol d -1 ) +,49 +13,7 ΔDIN (mmol m - d -1 ) [p r] (mmol C m - d -1 ) [nfix denitr] (mmol N m - d -1 )

75

76 Εφαρμογή LOICZ σε στρωματοποιημένα παράκτια συστήματα Για παράκτια συστήματα με έντονη κατακόρυφη στρωματοποίηση, η οποία συνήθως οφείλεται στη προσφορά γλυκού νερού από ποταμούς, έχουμε παρόμοια μεθοδολογία με αυτή που εφαρμόζουμε στο απλό ομοίωμα. Ωστόσο υπάρχουν 4 παραδοχές: 1. ΟόροςV R που εκφράζει τον όγκο ποτάμιου νερού, εισέρχεται μόνο στο ανώτερο επιφανειακό στρώμα, προκαλώντας επιφανειακή ροή άλατος από το σύστημα προς την ανοικτή θάλασσα,. ΟόροςV Deep εκφράζει την είσοδο υψηλής αλατότητας ωκεάνιου νερού που εισέρχεται στο στρώμα πυθμένα και κατόπιν κινείται ανοδικά στο επιφανειακό στρώμα, 3. εν υπάρχει όρος διάχυσης V X. 4. Η ισορροπία άλατος διατηρείται μέσω της κατακόρυφης ροής διάχυσης V Z μεταξύ του επιφανειακού και του πυθμιαίου στρώματος.

77 ΜΟΝΤΕΛΟ LOICZ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ V P V E V o, V Q, V G S OCEAN-S V R S SYST-S v SYST-S ΞΗΡΑ v DEEP v SYST-B S OCEAN-B S SYST-B v DEEP V R = -(V P +V E +V Q +V G +V O ) V SURF = V R -V DEEP ΥΠΟΛΕΙΠΟΜΕΝΗ ΡΟΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΡΟΗ

78 ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΝΕΡΟΥ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ V P V E V o, V Q, V G S OCEAN-S V R S SYST-S v SYST-S ΞΗΡΑ v DEEP v SYST-B S OCEAN-B S SYST-B v DEEP ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΣΤΡΩΜΑ ΠΥΘΜΕΝΑ V DEEP -V DEEP =0 V SURF +V P +V E +V Q +V G +V O +V DEEP =0 V SURF, V E < 0

79 ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΛΑΤΟΣ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ V P S P =0 V E S E =0 V o S O =0 V Q S Q =0 V G S G =0 S OCEAN-S V SURF S SYST-S S SYST-S v SYST-S V Z S SYST-D ΞΗΡΑ V Z S SYST-S V DEEP S SYST-D v SYST-D S OCEAN-D V DEEP S OCEAN-D S SYST-D Άρα, η εκροή άλατος προς την ανοικτή θάλασσα εξισορροπείται από τη κατακόρυφη ανοδική ροή και τη κατακόρυφη διάχυση ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ V SURF S SYST-S +V DEEP S SYST-D +V Z (S SYST-D -S SYST-S )=0

80 ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΛΑΤΟΣ ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ V P S P =0 V E S E =0 V o S O =0 V Q S Q =0 V G S G =0 S OCEAN-S V SURF S SYST-S S SYST-S v SYST-S V Z S SYST-D ΞΗΡΑ V Z S SYST-S V DEEP S SYST-D v SYST-D S OCEAN-D V DEEP S OCEAN-D S SYST-D Άρα, η εισροή άλατος προς την ανοικτή θάλασσα εξισορροπείται από τη κατακόρυφη ανοδική ροή και τη κατακόρυφη διάχυση ΣΤΡΩΜΑ ΠΥΘΜΕΝΑ V DEEP S OCEAN-D -V DEEP S SYST-D -V Z (S SYST-D -S SYST-S )=0

81 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ V SURF +V P +V E +V Q +V G +V O +V DEEP =0 V R = -(V P +V E +V Q +V G +V O ) V SURF = V R -V DEEP V SURF S SYST-S +V DEEP S SYST-D +V Z (S SYST-D -S SYST-S )=0 V DEEP S OCEAN-D -V DEEP S SYST-D -V Z (S SYST-D -S SYST-S )=0 V Z V V DEEP DEEP S S S S S OCEAN D SYST D SYST D SYST S V S S R SYST S SYST S OCEAN D

82 RIVER STRYMON 40 4' 00'' Ν 4 01' 00'' Ε 4 ASPROVALTA Α m 50 m 14 9 RIVER RICHIOS 1 STAVROS STRYMONIKOS GULF Inner Gulf Outer Gulf Open Sea 1 17 OLYMPIAS Α N 0 5 km STRATONI 3 GULF OF IERISSOS N 40 N 3 E 40 1' 00'' Ν 3 3' 00'' Ε 4 E 5 E E 7 E KAVALA GULF Thassos Isl. STRYMONIKOS THRACIAN SEA GULF SAROS GULF Athos Pen. NORTH AEGEAN SEA 9 IERISSOS NEA RODA 7 Figure 1

83 VP V E V P V E Vo V G V Q V Layer1 S Layer1 V Z S Layer V R1 V R V Deep VS Z Layer1 V Out S Ocean V Layer S Layer V Deep S Out V X (S Ocean- S Out) S Out-Bottom Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea V P V E VG V Q V R VIerissos S Ierissos Open Sea V X (S - S ) Ocean Out Ierissos Gulf Figure 3

84 P = 0. Q P = 0.0 Q P = 0. Q P = 0.0 Q P = 0.9 tn layer1 P = 0.7 Surf P R= 0. P layer1 = 3.1 tn P = 0.4 Surf P R= 0. ΔP = 0. layer1 P = 1.0 Deep P Z = 0.1 P = 54.3 tn Outer ΔP layer1 = 0. P Deep = 0.4 P Z = 0.0 P Outer= 99. tn ΔP = 0. layer P =.9 tn layer P Deep= 0. P = 0.7 X ΔP = 0.3 layer P = 50. tn layer P = 0.1 Deep P = 11.4 X ΔP = 0.4 Outer ΔP = 11.3 Outer Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea P = 3. Q P = 0.0 Q P = 5. Q P Q = 0.1 P layer1 = 3. tn P =.0 Surf P R= 0. P = 4. tn layer1 P Surf = 1.0 P R= 1.7 ΔP layer1 = 30.9 P Deep =. P Z =.9 P Outer= 90.5 tn ΔP = 13. layer1 P = 7. Deep P = 5. Z P =.0 tn Outer ΔP =.4 layer P =.5 tn layer P = 7.7 Deep P = 11. X ΔP =.5 layer P =.1 tn layer P = 1.1 Deep P = 34. X ΔP = 0.3 Outer ΔP = 3.9 Outer Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea

85 N = 0.7 Q ΔΝ = 0. layer1 ΔΝ = 0.1 layer N = 1.7 tn la ye r1 N = 1. Deep N Z = 0.0 N =.5 tn la ye r N = 1.3 Surf N = 0.0 Q N = 94.0 tn Outer N Deep= 1.3 ΔΝ = 0.3 Outer N R = 0.7 N = 1.0 X N = 3.1 Q ΔΝ la ye r1 = 1.5 N Q = 0.0 ΔΝ Ou ter = 4.3 ΔΝ = 0.3 la ye r N layer1 = 1.5 tn N Deep = 0.4 N Z = 0.4 N = 44. tn layer N = 1. Surf N R = 0.1 N Outer= 3. tn N Deep= 0.3 N X = 5.7 Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea N = 1.7 Q ΔΝ layer1= +9.0 ΔΝ = -5.0 layer N layer1 = 13.9 tn N Deep = 3 N Z = 0.4 N = 0.4 tn layer N = 77.0 Surf N = 0.3 Q N Outer = 353. tn N = 31. Deep ΔΝ = 51. N Q = 57. ΔΝ layer1 = +3 Outer ΔΝ = -3 N R =.3 N = 11. X layer N = 9.5 tn la ye r1 N = 51.1 Deep N = 71. tn layer N = 347 Surf N = 13 Z N Q = 1. N = 95 R N Outer= 901 tn N = 557 N = 0.3 Deep ΔΝ = 05 Outer X Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Open Sea

86

87 RIVER STRYMON 40 4' 00'' N 4 01' 00'' E 4 5 ASPROVALTA A RIVER RICHIOS N 1 STAVROS STRYMONIKOS GULF 1 19 Inner Gulf Outer Gulf Open Sea m 50 m km GREECE AEGEAN SEA OLYMPIAS TURKEY A 4 3 STRATONI 3 GULF OF IERISSOS 30 9 IERISSOS 7 NEA RODA 40 1' 00'' N 3 3' 00'' E Figure 1

88 St. 4 St. St. St. 17 St. 4 St. St. St St. 4 St. St. St. 17 St. 4 St. St. St

89

90

91 P = 0. Q P = 0.0 Q P = 0. Q P = 0.0 Q P Water = 7. tn P layer1= +0. P =.0 P Water = 19 tn P = 0. Surf P layer1= -1.1 Surf P = 4. tn Water P = +0.1 layer1 P = 0.9 Surf P =.7 tn Water P = -1.0 layer1 P Surf = 0. (a) P = 0.05 Z P = 1.5 Deep P = 0.03 Z P = 1.7 Deep (b) P = 0.03 Z P = 0. Deep P = 0.0 Z P = 0.5 Deep P Water = 5.5 tn P layer= +0.3 P Deep' = 1. P Water = 31. tn P = +0.1 layer P = 0. Deep'' P Water = 11.4 tn P = +0.0 layer P = 0. Deep' P Water = 54 tn P = +0. layer P = 0.5 Deep'' P = +0. System P = -1.0 System P = +0.1 System P = -0. System P Q = 3. Inner Strymonikos Gulf P Q = 0.0 Outer Strymonikos Gulf P = 5. Q Inner Strymonikos Gulf P = 0.0 Q Outer Strymonikos Gulf P = 19.1 tn Water P = +1. layer1 P Surf = 3.7 P = 45 tn Water P = -4. layer1 P =.4 Surf P = 17. tn Water P layer1= -1.4 P =.0 Surf P = 41 tn Water P layer1= -5. P = 19.9 Surf (c) P = 7.3 Z P = 5.7 Deep P Z =.3 P = 1. Deep (d) P = 0.3 Z P Deep = 1.0 P = 0.7 Z P = 4.9 Deep P Water =. tn P = -1.3 layer P Deep' =. P Water = 41 tn P = -1.1 layer P = 7. Deep'' P Water =.4 tn P = -1.1 layer P = 1.7 Deep' P Water = 47 tn P = +7.9 layer P = 14.4 Deep'' P = +9.3 System P = -5.3 System P System = -.5 P = +.3 System

92 N Q = nfix-denit N = 0.0 Q N Water =.5 tn N Surf=.9 layer1= nfix-denit N = 3 tn Water = -0.4 layer1 N = 1. Surf N = 3.1 Q -4.3 nfix-denit N = 43 tn Water = -3. layer1 N = 0.0 Q N = 1. Surf +.1 nfix-denit N = 70 tn Water = -1.5 layer1 N = 1. Surf (a) N = 1. N = 3.0 Deep N = 7. N = 3. Deep (b) N = 1.0 N Deep= 1.7 N = 7. N =.0 Deep N = 11.0 tn Water = +0.4 layer N =.7 Deep' N Water = 73 tn layer= 0.0 N = 1.1 Deep'' N Water = 9 tn = +1.1 layer N = 0. Deep' N Water = 7 tn layer= -0. N = 1.1 Deep'' -. nfix-denit 4.1 release -1.0 nfix-denit.9 burial +0.9 nfix-denit 1. release -1.7 nfix-denit.1 burial Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf N = 1.7 Q -.9 nfix-denit N = 0.1 Q -4.0 nfix-denit N = 57. Q nfix-denit N Q = nfix-denit N Water = 11 tn = +145 layer1 N = 0 Surf N = tn Water = -54. layer1 N = 73 Surf N = 511 tn Water = +55 layer1 N Surf= 591 N Water = 5 tn = -7. layer1 N = 3.4 Surf (c) N = 45.4 Z N = N Z = 17. N = 37.4 Deep N Deep= 5.3 N = 30. (d) N Z = 0.7 N = 9.9 N = 9. Deep N Z = 34.5 N Deep= 31 N = 40.4 N Water = 14.3 tn = -3 layer N = 30 Deep' N Water = 114 tn layer= N =.3 Deep'' N Water =.4 tn = -97. layer N Deep' = N Water = 300 tn layer= -14 N = 111. Deep'' +50. nfix-denit 7.3 release +41. nfix-denit 3. burial -9. nfix-denit 17. burial +7 nfix-denit 1. release

93 Net Metabolism (mmol C or N m - d -1 ) (p-r) Outer Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Inner Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Outer Strymonikos Gulf (p-r) Inner Strymonikos Gulf Strymon River Discharge (m 3 s -1 )

94 Net Metabolism (mmol C or N m - d -1 ) (p-r) Outer Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Inner Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Outer Strymonikos Gulf (p-r) Inner Strymonikos Gulf DIP River Concentration (mmol m -3 )

95 Net Metabolism (mmol C or N m - d -1 ) (p-r) Outer Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Outer Strymonikos Gulf (p-r) Inner Strymonikos Gulf (nfix-denitr) Inner Strymonikos Gulf DIP River Concentration (mmol m -3 )

96 System Renewal Time (d) Inner Strymonikos Gulf Outer Strymonikos Gulf Ierissos Gulf Surface Runoff (m 3 d -1 )

97 Προσδιορισμός Εξάτμισης σε Παράκτια Συστήματα 1. Μέθοδος PENMAN Η εξάτμιση ενός υδάτινου σώματος είναι συνάρτηση της σχετικής υγρασίας, της έντασης του ανέμου, της ηλιακής ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας. EP ( Rn Ah).43(1 0.53U Όπου R n είναι ο ρυθμός ανταλλαγής ενέργειας στην επιφάνεια του υδατικού σώματος (mm/d), Α h ο ρυθμός μεταφοράς ενέργειας από την ατμόσφαιρα στο υδατικό σώμα (mm/d), D είναι το υγρομετρικό έλειμμα (e S -e) D es( Tmax ) es( Tmin ) RH 1 0 Όπου T max, T min η μέγιστη και η ελάχιστη θερμοκρασία κατά το διάστημα μελέτης ( ο C), RH η μέσησχετικήυγρασίακατάτηπερίοδομελέτης(%).

98 Η παράμετρος λ είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας λ = Τ S E είναι η πίεση υδρατμών της υπερκείμενης μάζας αέρα (kpa) η οποία υπολογίζεται από τη σχετική υγρασία και τη κορεσμένη πίεση υδρατμών, ως e = e S RH/0 Όπου το e S είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας αέρα Και το είναι συνάρτηση των e S και Τ ( ) ( ) 0.exp 17.7T es T 37.3 T 17.7T 503.0exp( ) 409eS 37.3 T (37.3 T) (37.3 T) Και γ είναι η ψυχομετρική σταθερά (kpa o C -1 ) P P ( T )

99 . Μέθοδος Hargraves Υπολογίζει τη δυναμική εξατμισοδιαπνοή (mm/d) σε επίπεδο μήνα E S T ( 17.) T Όπου Τα η θερμοκρασία αέρα ( o C), δ Τ η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της μέγιστης μηνιαίας και της ελάχιστης μηνιαίας και S 0 είναι η ισοδύναμη σε νερό ηλιακή ακτινοβολία (mm/d) για τη περιοχή μελέτης S0.39 dr( Ssin sin cos cos sin S) Όπου φ είναι το γεωγραφικό πλάτος, ω S η γωνία κλίσης του Ηλίου κατά τη δύση του (rads), δ είναι η μέση κλίση του Ηλίου κατά την ημέρα J (rads), και d r είναι η σχετική απόσταση Γης - Ηλίου dr sin J cos J 35 arccos( tan tan ) S

100 3. Μέθοδος Hamon Υπολογίζει τη δυναμική εξατμισοδιαπνοή (mm/d) σε εποχιακό ή ετήσιο επίπεδο E.1HteS ( T 73.) t Όπου Ε η εξάτμιση την ημέρα t (mm/d), H t ο αριθμός ωρών ημέρας την ημέρα t, e S η τάση υδρατμών σε κορεσμό στη θερμοκρασία T (kpa), T t ηθερμοκρασία αέρα την ημέρα t ( o C).