Μεταπτυχιακή Εργασία «ΜΟΝΤΕΛΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΕΚΑΝΩΝ ΤΗΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΧΕΙΜΑΡΡΟΥ ΜΑΪΣΤΡΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ GIS»

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΓΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΥΔΡΑΥΛΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Χ. ΕΥΑΓΓΕΛΙΔΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ: «ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ» ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: «ΥΔΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ» Μεταπτυχιακή Εργασία «ΜΟΝΤΕΛΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΕΚΑΝΩΝ ΤΗΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΧΕΙΜΑΡΡΟΥ ΜΑΪΣΤΡΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ GIS» Κουφουνάκη Νικολέτα A.M: 243 Επιβλέποντες: Ευαγγελίδης Χρήστος, Αν. καθηγητής Α.Π.Θ. Τζιμόπουλος Χρήστος, Ο. καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη Απρίλιος 2016

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Μοντέλα υπολογισμού απορροής των υπολεκανών της υδρολογικής λεκάνης του χειμάρρου Μαΐστρου Αλεξανδρούπολης με χρήση GIS» εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών της «Γεωπληροφορικής» του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (Α.Π.Θ), στην κατεύθυνση των «Υδατικών Πόρων». Εκτελέστηκε στο Εργαστήριο Υδραυλικών Έργων και Διαχείρισης Περιβάλλοντος υπό την επίβλεψη του κ. Χρήστου Ευαγγελίδη, Αναπληρωτή Καθηγητή του Α.Π.Θ. και του κ. Χρήστου Τζιμόπουλου, Ομότιμου Καθηγητή του Α.Π.Θ. Σκοπός της εργασίας ήταν η σύγκριση των αποτελεσμάτων της ορθολογικής μεθόδου, του τύπου του Füller και της μεθόδου της Soil Conservation Service (S.C.S) όπως και η βαθμονόμηση του απλοποιημένου μοντέλου διόδευσης της πλημμυρικής απορροής του Laurenson για τη συγκεκριμένη υδρολογική λεκάνη έτσι ώστε να υπολογισθεί η παροχή στο στόμιο αυτής. Στην εργασία αυτή εξετάζεται η υδρολογική λεκάνη απορροής του χειμάρρου Μαΐστρου Αλεξανδρούπολης μέσα από την επεξεργασία τόσο των φύλλων χάρτη της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ) κλίµακας 1: της Αλεξανδρούπολης, των Σαπών, της Αισύµης και της Μαρωνείας όσο και των ψηφιακών υψομετρικών μοντέλων (DEM) του επιστημονικού οργανισμού U.S. Geological Survey (U.S.G.S.) τα οποία αντιστοιχούν στην περιοχή μελέτης. Η επεξεργασία και η εξαγωγή των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε µε τη χρήση του λογισμικού ArcGIS 10.3 της εταιρείας Marathon Data Systems (M.D.S.). Αφού εξήχθησαν τα απαραίτητα αποτελέσματα έγινε υπολογισμός της παροχής των υπολεκανών της ευρύτερης λεκάνης του χειμάρρου για περίοδο επαναφοράς Τ ίση με 50 έτη με τον τύπο της ορθολογικής μεθόδου αλλά και με τον τύπο του Füller. Στη συνέχεια με τη μέθοδο της Soil Conservation Service (S.C.S.) έγιναν οι απαραίτητοι υπολογισμοί ώστε να δημιουργηθούν τα τριγωνικά υδρογραφήματα για κάθε ξεχωριστή υπολεκάνη. Με μία απλουστευμένη παραδοχή του μοντέλου της διόδευσης της πλημμυρικής απορροής του Laurenson θεωρήθηκε ότι μόνο ένα ποσοστό της τάξεως του 60% καταφθάνει στο στόμιο της κύριας λεκάνης, αριθμός που σχεδόν ταυτίζεται με την παροχή όπως υπολογίστηκε με την ορθολογική μέθοδο, τον τύπο του Füller και τη μέθοδο της Soil Conservation Service (S.C.S). Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ. Τζιμόπουλο Χρήστο, Ομότιμο καθηγητή του Α.Π.Θ. καθώς επίσης και τον κ. Ευαγγελίδη Χρήστο, Αναπληρωτή Καθηγητή του Α.Π.Θ. για την εμπιστοσύνη και την καθοδήγησή τους κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακόμη δε θα μπορούσα να παραλείψω να ευχαριστήσω τα μέλη της τριμελούς επιτροπής, κ. Οικονόμου Ε., Eπίκουρο Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών και κ. Μπάσμπα Σ., Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Για 2

3 την ολοκλήρωση της εργασίας βασική ήταν η βοήθεια του κ. Καλαθά Αλέξανδρου και του κ. Αλεξιάδη Θανάση της Marathon Data Systems στην εξαγωγή των αποτελεσμάτων με τη χρήση του λογισμικού ArcGIS και στην καλύτερη εκμάθησή του. Τέλος, ιδιαίτερες ευχαριστίες πρέπει να δοθούν και στην οικογένειά μου για τη συνεχή στήριξη και συμπαράστασή της όλα αυτά τα χρόνια. 3

4 ABSTRACT The present thesis, entitled Catchment models of water runoff for the subbasins of Maistros stream in Alexandroupolis using GIS, was prepared during the Master Program in Geoinformatics, specialized in Water Resources, of the Rural and Surveying Engineering Department of the Aristotle University of Thessaloniki (AUTH). The aim of the present thesis was the comparison of the results extracted by the rational method, the Füller formula and the Soil Conservation Service method (SCS) and the calibration of the simplified runoff routing model of Laurenson for the specific catchment in order to calculate the discharge at the outfall as well. The current thesis examines the hydrological basin of Maistros stream in Alexandroupoli through data processing from the map sheets of the Geographical Army Service in scale 1:50,000 of Alexandroupolis, Sapes, Aisimi and Maronia and the Digital Elevation Models (DEM) from the U.S.G.S science organization which refer to the study area as well. The processing and extraction of results was carried out using the ArcGIS software 10.3 of Marathon Data Systems Company (MDS). 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ...2 ABSTRACT 4 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ.7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ 7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ 9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΑΡΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Ο ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΘΕΣΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΙΣΤΟΡΙΑ ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ ΚΛΙΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑ - ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΖΩΝΕΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ-ΔΙΟΙΚΗΤΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΚΑΛΥΨΗ ΓΗΣ ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΕΔΑΦΟΥΣ ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΝΕΟΥ PROJECT ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ (Q) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ (t c ) ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ GIANDOTTI ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ (Q) ΓΙΑ ΠΕΡΙΟΔΟ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑΣ Τ=50 ΕΤΗ ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΗΣ SOIL CONSERVATION SERVICE (SCS) Ο ΤΥΠΟΣ ΤΟΥ FULLER

6 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΔΙΟΔΕΥΣΗΣ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ LAURENSON ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...85 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...86 ΕΛΛΗΝΙΚΗ. 86 ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ 88 ΠΗΓΕΣ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ 90 6

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ Γράφημα 4.1: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 1. Γράφημα 4.2: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 2. Γράφημα 4.3: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 3. Γράφημα 4.4: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 4. Γράφημα 4.5: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 5. Γράφημα 4.6: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 6. Γράφημα 4.7: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 7. Γράφημα 4.8: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 8. Γράφημα 4.9: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 9. Γράφημα 4.10: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 10. Γράφημα 4.11: Το τριγωνικό υδρογράφημα της SCS για την υπολεκάνη 11. Γράφημα 1.12: Η γραφική απεικόνιση της συμβολής κάθε υπολεκάνης στην τελική απορροή ( από τα τριγωνικά διαγράμματα της SCS). ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1: Ο υδρολογικός κύκλος. Εικόνα 1.2: Η κατανομή του νερού σε παγκόσμια κλίμακα. Εικόνα 1.3: Τυπικές μορφές λεκανών απορροής κατά Gavrilovic. Εικόνα 2.1: Ο Νομός Έβρου φαίνεται με ανοικτό πράσινο χρώμα. Με έντονο μαύρο περίγραμμα επισημαίνεται η υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου «Ειρήνη». Εικόνα 2.2: Οι περιοχές του δικτύου Natura 2000 της περιοχής μελέτης. Με πορτοκαλί διαγράμμιση φαίνονται οι Ζώνες Ειδικής Προστασίας της Ορνιθοπανίδας (SPA) ενώ με πορτοκαλί χρώμα επισημαίνονται οι Τόποι Κοινοτικής Σημασίας (SCI). Εικόνα 2.3: Οι δήμοι του Ν. Έβρου όπως διαμορφώθηκαν από το πρόγραμμα Καλλικράτης. Εικόνα 2.4: Οι περιοχές του δικτύου Natura 2000 της περιοχής μελέτης. Με πορτοκαλί διαγράμμιση φαίνονται οι Ζώνες Ειδικής Προστασίας της Ορνιθοπανίδας (SPA) και συγκεκριμένα το Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα του Έβρου ενώ με πορτοκαλί χρώμα επισημαίνονται οι Τόποι Κοινοτικής Σημασίας (SCI). Εικόνα 2.5: Χρυσαετός (Aquila chrysaetus). Εικόνα 2.6: Αετογερακίνα (Buteo rufinus). Εικόνα 2.7: Λευκοτσικνιάς (Egretta garzetta). Εικόνα 2.8: Χρυσό τσακάλι (Canis aureus). Εικόνα 2.9: Βίδρα (Lutra lutra). Εικόνα 2.10: Ζαρκάδι (Capreolus capreolus). Εικόνα 2.11: Οι δήμοι του Ν. Έβρου όπως διαμορφώθηκαν από το πρόγραμμα Καλλικράτης. Εικόνα 2.12: Η κάλυψη γης του Νομού Έβρου σύμφωνα με το Corine Εικόνα 3.1: Η αρίθμηση του υδρογραφικού δικτύου κατά Horton, Strahler, Sherve και Scheidegger. Εικόνα 3.2: Η χρήση του εργαλείου Μosaic to new raster. 7

8 Εικόνα 3.3: Ο ορισμός των ορίων της περιοχής από το μενού «Environment Settings». Εικόνα 3.4: Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής μελέτης σε μορφή raster. Εικόνα 3.5: Η διαδρομή Customize -> Extensions για την ενεργοποίηση των εργαλειοθηκών «Spatial Analyst» και «3D Analyst». Εικόνα 3.6: Η ενεργοποίηση των «Spatial Analyst» και «3D Analyst». Εικόνα 3.7: Απεικόνιση κοιλωμάτων και κορυφών ενός DEM πριν και μετά τη χρήση του εργαλείου «Fill». Εικόνα 3.8: Η επιλογή του εργαλείου «Fill». Εικόνα 3.9: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Fill». Εικόνα 3.10: Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής μελέτης όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Fill» με όνομα «Fill_DEM». Εικόνα 3.11: Ο αλγόριθμος της λειτουργίας «Flow direction». Εικόνα 3.12: Η επιλογή του εργαλείου «Flow direction». Εικόνα 3.13: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Flow direction». Εικόνα 3.14: Η νέα ψηφιδωτή εικόνα μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Flow direction». Εικόνα 3.15: Ο αλγόριθμος της λειτουργίας «Flow accumulation». Εικόνα 3.16: Η επιλογή του εργαλείου «Flow accumulation». Εικόνα 3.17: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Flow accumulation». Εικόνα 3.18: Η νέα ψηφιδωτή εικόνα μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Flow accumulation». Εικόνα 3.19: Η επιλογή του εργαλείου «Basin». Εικόνα 3.20: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Basin». Εικόνα 3.21: Η ψηφιδωτή εικόνα στην οποία φαίνεται ο διαχωρισμός της ευρύτερης περιοχής σε λεκάνες απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Basin». Εικόνα 3.22: Η επιλογή του εργαλείου «Raster to Polygon». Εικόνα 3.23 : Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Raster to Polygon». Εικόνα 3.24: Η διανυσματική εικόνα (vector) στην οποία φαίνεται ο διαχωρισμός της ευρύτερης περιοχής σε λεκάνες απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Raster to Polygon». Εικόνα 3.25: Η επιλογή της λεκάνης του χειμάρρου της Μαΐστρου με το εργαλείο «Select features». Εικόνα 3.26: Η επιλογή του εργαλείου «Clip». Εικόνα 3.27: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Clip». Εικόνα 3.28: Η λεκάνη απορροής όπως προέκυψε από την εκτέλεση του εργαλείου «Clip». 8

9 Εικόνα 3.29: Η επιλογή «Environments». Εικόνα 3.30: Η επιλογή του αρχείου «basinpol_clip» ως μάσκα. Εικόνα 3.31: Η επιλογή του εργαλείου «Contour». Εικόνα 3.32: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Contour». Εικόνα 3.32: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Contour». Εικόνα 3.33: Η κατεύθυνση των κλίσεων με χρωματική απεικόνιση και η ερμηνεία τους. Εικόνα 3.34: Η επιλογή του εργαλείου «Feature to point». Εικόνα 3.35: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Feature to point». Εικόνα 3.36: Η επιλογή του εργαλείου «Add Surface Information». Εικόνα 3.37: Ο πίνακας ιδιοτήτων της κύριας λεκάνης όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Add Surface Information». Εικόνα 3.38: O πίνακας ιδιοτήτων των υπολεκανών όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Add Surface Information». Εικόνα 3.39: Η επιλογή των κατάλληλων ρυθμίσεων από την καρτέλα «Base Heights». Εικόνα 4.1: Το τριγωνικό μοναδιαίο υδρογράφημα της μεθόδου Soil Conservation Service (SCS). ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1: Ο μόνιμος πληθυσμός του Ν. Έβρου κατά τα έτη των απογραφών Πίνακας 2.2: Η διοικητική διαίρεση του Ν. Έβρου όπως διαμορφώθηκε από το πρόγραμμα Καλλικράτης. Πίνακας 2.3: Επεξήγηση κωδικών Corine Πίνακας 3.1: Οι προδιαγραφές της δορυφορικής εικόνας Ν40Ε025. Πίνακας 3.2: Οι προδιαγραφές της δορυφορικής εικόνας Ν41Ε025. Πίνακας 4.1: Ο υπολογισμός του χρόνου συγκέντρωσης (t c ) της κύριας λεκάνης και των υπολεκανών. Πίνακας 4.2: Ο υπολογισμός του συντελεστή C των υπολεκανών και της κύριας λεκάνης απορροής του χειμάρρου Μαΐστρου. Πίνακας 4.3: Υπολογισμός της έντασης της βροχόπτωσης (i) και της παροχής (Q) των υπολεκανών και της κύριας λεκάνης απορροής του χειμάρρου Μαΐστρου. Πίνακας 4.4 : Ο υπολογισμός των μεγεθών για τη δημιουργία των τριγωνικών υδρογραφημάτων της S.C.S. Πίνακας 4.5: Η μέση παροχή αιχμής (Q 1 ) και η μέγιστη παροχή αιχμής (maxq Füller) της κύριας λεκάνης. Πίνακας 4.6: Η αποθήκευση του νερού και η τελική απορροή κάθε υπολεκάνης. 9

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΑΡΤΩΝ Χάρτης 2.1: Οι λεκάνες απορροής του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης Χάρτης 2.2: Οι ταμιευτήρες του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης Χάρτης 2.3: Τα υπόγεια υδατικά συστήματα του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης Χάρτης 2.4: Το υπόγειο υδατικό σύστημα της Αλεξανδρούπολης GR Χάρτης 2.5: Ο γεωλογικός χάρτης της Ανατολικής Ροδόπης. Με κύκλο επισημαίνεται η περιοχή της λεκάνης απορροής του χειμάρρου «Ειρήνη». Χάρτης 3.1: Περιοχή μελέτης όπως προέκυψε απο τη γεωαναφορά των εικόνων (Μαρώνεια, Αισύμη, Σάπες, Αλεξανδρούπολη). Χάρτης 3.2: Η απεικόνιση του υδρογραφικού δικτύου με τη μέθοδο του Strahler. Διακρίνονται κλάδοι του υδρογραφικού δικτύου έως και έκτης τάξης. Χάρτης 3.3: Απεικόνιση του υδρογραφικού δικτύου σύμφωνα με τη μονιμότητα της ροής. Χάρτης 3.4: Η κύρια λεκάνη απορροής χωρισμένη σε 11 υπολεκάνες. Χάρτης 1.5: Η κύρια λεκάνη και οι ισοϋψείς καμπύλες όπως προέκυψαν από την εκτέλεση του εργαλείου «Contour». Χάρτης 3.6: Οι κλίσεις της λεκάνης απορροής σε μοίρες ( ) όπως προέκυψαν μετά από την εκτέλεση του εργαλείου «Slope». Χάρτης 3.7: Οι κατευθύνσεις των κλίσεων της λεκάνης απορροής σε μοίρες ( ) όπως προέκυψαν μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Aspect». Χάρτης 3.8: Η σκίαση αναγλύφου της λεκάνης απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Hillshade». Χάρτης 3.9: Η κάλυψη γης της λεκάνης απορροής σύμφωνα με την Corine Χάρτης 3.10: Η απεικόνιση των κέντρων βάρους, των στομίων και του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής μελέτης. Χάρτης 3.11: Η απεικόνιση του αναγλύφου του εδάφους και των υδατορευμάτων της λεκάνης απορροής. Χάρτης 3.12: Το τρισδιάστατο μοντέλο της περιοχής μελέτης όπως προέκυψε από το λογισμικό ArcScene

11 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ Είναι δύσκολο να προσεγγιστεί ο όρος «Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών» (Geographic Information Systems-G.I.S) με έναν μοναδικό ολοκληρωμένο ορισμό. Σύμφωνα με τον Dueker (1979), πρόκειται για ένα είδος πληροφοριακών συστημάτων όπου η βάση δεδομένων αναφέρεται σε παρατηρήσεις από χωρικά χαρακτηριστικά, δραστηριότητες και γεγονότα. Κατά Cowen (1987) πρόκειται για ένα σύστημα υποστήριξης αποφάσεων που λαμβάνει υπόψη του δεδομένα με χωρική αναφορά ώστε να οδηγήσει στην επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με το περιβάλλον. [21] Τo Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών είναι ένα σύστημα σχεδιασμένο έτσι ώστε να λαμβάνει, να αποθηκεύει, να διαχειρίζεται, να αναλύει και να παρουσιάζει όλους τους τύπους των χωρικών ή γεωγραφικών δεδομένων. Μέσω του G.I.S δίνεται στο χρήστη η δυνατότητα να διατυπώσει διαδραστικές ερωτήσεις χωρικού ή περιγραφικού χαρακτήρα, να αναλύσει δεδομένα και να τα αποδώσει σε αναλογικά ή ψηφιακά μέσα. Η αποτύπωση των χωρικών πληροφοριών γίνεται σε ένα σύστημα συντεταγμένων που μπορεί να είναι γεωγραφικό, χαρτογραφικό ή καρτεσιανό. Η χαρακτηριστική δυνατότητα που παρέχουν τα G.I.S είναι αυτή της σύνδεσης της χωρικής με την περιγραφική πληροφορία. [40] 1.2 Ο ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Ο υδρολογικός κύκλος ή κύκλος του νερού αποτελείται από ένα σύνολο συνεχών διαδικασιών (Εικόνα 1.1) µε τις οποίες το νερό μπορεί να κυκλοφορεί ανάμεσα στην υδρόσφαιρα, την ατµόσφαιρα, την ξηρά και τη θάλασσα. Σε αυτή την αλυσίδα το νερό εµφανίζεται µε όλες τις µορφές: υγρό, αέριο (υδρατµοί), στερεό (χιόνι, χαλάζι). Η ενέργεια που κατευθύνει τον κύκλο αυτό προέρχεται κατά κύριο λόγο από τον ήλιο.[59] Το συνολικό φαινόµενο της κυκλοφορίας και κατανοµής του νερού στην ατµόσφαιρα και τη γη µπορεί να εκφρασθεί από τη σχέση: P=R+E+I Όπου: P = τα ατµοσφαιρικά κατακρηµνίσµατα (precipitation) E = η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή (evapotranspiration ) R = η επιφανειακή απορροή (runoff) I = η κατείσδυση (infiltration) Σύμφωνα με τη Γεωλογική Υπηρεσία των Η.Π.Α (U.S.G.S) o κύκλος του νερού αποτελείται από 16 μέρη: 11

12 Αποθήκευση νερού στη θάλασσα: Στους ωκεανούς αποθηκεύεται το 97% περίπου του νερού που βρίσκεται σε κίνηση στον υδρολογικό κύκλο. Εξάτµιση: Πρόκειται για τη διεργασία µέσω της οποίας το νερό γίνεται υδρατµός, και είναι ο κύριος τρόπος µέσω του οποίου το νερό από υγρό επανέρχεται στον υδρολογικό κύκλο της ατµόσφαιρας. Το 90% της υγρασίας της ατµόσφαιρας προέρχεται από τους ωκεανούς, τις θάλασσες, τις λίμνες και τα ποτάμια μέσω της εξάτμισης. Εξατµισοδιαπνοή: Είναι η διαδικασία με την οποία το νερό μεταφέρεται στην ατµόσφαιρα ως αποτέλεσµα της εξάτµισης από το έδαφος και της διαπνοής από τα φύλλα των φυτών. Στο φαινόµενο της εξατµισοδιαπνοής οφείλεται περίπου το 10% της υγρασίας της ατµόσφαιρας. Εξάχνωση: Η µετατροπή του χιονιού ή του πάγου σε υδρατµό χωρίς το ενδιάµεσο στάδιο της υγρής φάσης. Νερό στην ατµόσφαιρα: Σχετίζεται με τους υδρατµούς, τα σύννεφα και την υγρασία που παρατηρούνται στην ατµόσφαιρα. Συµπύκνωση: Η διεργασία μέσω της οποίας το νερό μετατρέπεται από την αέρια στην υγρή φάση. Ο ρόλος της συµπύκνωσης στον κύκλο του νερού είναι καταλυτικός καθώς συµβάλλει στη δηµιουργία συννέφων και επομένως και κατακρηµνισµάτων (βροχή, χιόνι, χαλάζι). Κατακρηµνίσµατα: Ορίζονται ως η πτώση του νερού από τα σύννεφα µε τη µορφή βροχής, χιονόνερου, χιονιού ή χαλαζιού. Αποτελεί τον κύριο τρόπο επιστροφής του ατµοσφαιρικού νερού στην επιφάνεια της Γης. Αποθήκευση νερού σε πάγους και χιόνια: Μέρος του υδρολογικού κύκλου αποτελεί και το νερό που βρίσκεται αποθηκευµένο για µεγάλες χρονικές περιόδους στον πάγο, το χιόνι και τους παγετώνες. Απορροή από λιώσιµο του χιονιού: Η απορροή από το λιώσιµο του χιονιού προς τα υδατορεύµατα αποτελεί σηµαντική συνιστώσα της κίνησης του νερού. Επιφανειακή απορροή: Επιφανειακή απορροή είναι η απορροή κατακρηµνισµάτων πάνω από το εδαφικό ανάγλυφο. Ροή σε υδατορεύµατα: Η κίνηση του νερού µέσα στα ποτάµια, ρεύµατα ή ρυάκια. Αποθήκευση γλυκού νερού: Το γλυκό νερό που βρίσκεται στην επιφάνεια του εδάφους και περιλαµβάνει υδατορεύµατα, λίµνες, ταµιευτήρες και υγρότοπους γλυκού νερού. ιήθηση: Η κίνηση του νερού από την επιφάνεια προς τα υπόγεια εδαφικά στρώµατα και πετρώµατα. Αποθήκευση υπόγειου νερού: Πρόκειται για το νερό που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της Γης για µεγάλα χρονικά διαστήµατα. Εκφόρτιση υπόγειου νερού: Από το νερό που εισχωρεί στο έδαφος, ένας µέρος κινείται κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και ξαναβγαίνει γρήγορα µε τη µορφή απορροής προς το υδατορεύµατα. Πηγές: Όταν ένας υδροφορέας γεµίζει τόσο ώστε το νερό να υπερχειλίσει προς την επιφάνεια του εδάφους και δηµιουργεί πηγές. [4] 12

13 Η µελέτη του υδρολογικού κύκλου γίνεται στην υδρολογική λεκάνη ενός ποταµού. Η λεκάνη αυτή καθορίζεται από τον υδροκρίτη και είναι η εδαφική έκταση από την οποία συγκεντρώνεται το σύνολο της απορροής, µέσω διαδοχικών ρευµάτων και ποταµοχειµάρρων και παροχετεύεται στη θάλασσα µε ενιαίο στόµιο ποταµού, εκβολές ή δέλτα. [59] Εικόνα 1.1: Ο υδρολογικός κύκλος, Πηγή: [61] Στην παρακάτω εικόνα (Εικόνα 1.2) φαίνεται σχηματικά η κατανομή του νερού που συμμετέχει στον υδρολογικό κύκλο. Εικόνα 1.3: Η κατανομή του νερού σε παγκόσμια κλίμακα, Πηγή: [61]. 13

14 1.3 ΟΡΟΛΟΓΙΑ Η τοπογραφική επιφάνεια την οποία αποστραγγίζει ένα υδατόρευμα καθώς επίσης και οι παραπόταμοί του ορίζεται ως υδρολογική λεκάνη ή λεκάνη απορροής του συγκεκριμένου υδατορεύματος. [57] Η ταχύτητα απορροής (u) επηρεάζεται από το σχήμα της υδρολογικής λεκάνης. Έτσι, στρογγυλόμορφες λεκάνες συγκεντρώνουν ταχύτατα το νερό, άρα προκύπτουν μεγαλύτερες παροχές (Q). Αντίθετα οι επιμήκεις λεκάνες απαιτούν μεγαλύτερο χρόνο συγκέντρωσης του νερού (t c ), για αυτό και εμφανίζουν μικρότερες παροχές. [3] Ο Gavrilovic (1972) διακρίνει 4 τυπικές μορφές λεκανών απορροής (Εικόνα 1.3). Εικόνα 1.4: Τυπικές μορφές λεκανών απορροής κατά Gavrilovic, Πηγή: [3]. Με τον ορισμό του «υδρογραφικού δικτύου» μίας περιοχής εννοείται το σύνολο των διάφορων φυσικών αγωγών οι οποίοι τη διαυλακώνουν και την αποστραγγίζουν. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφερθεί ότι το μεγαλύτερο μέρος των κατακρημνισμάτων απορρέει επιφανειακά μέσω ρυάκων, χειμάρρων, χειμαρροποτάμων και ποταμών και τελικά καταλήγει σε λίμνες ή θάλασσες (Στεφανίδης, 2009). Ως «υδρολογικό μοντέλο» ορίζεται ένα ευρύ φάσµα µαθηµατικών μετασχηματισμών οι οποίοι με τη χρήση δεδοµένων πεδίου και εύλογων υποθέσεων σχετικά µε τους φυσικούς µηχανισµούς, στοχεύουν στην ποσοτική εκτίµηση υδρολογικών µεταβλητών που είναι πρακτικά αδύνατο να µετρηθούν στο πεδίο. [58] 14

15 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Θέση Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει την υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου Μαΐστρου (Ειρήνη) που βρίσκεται στην περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, στο Νομό Έβρου και συγκεκριμένα στην Αλεξανδρούπολη (Εικόνα 2.1). Βρίσκεται εντός των δήμων Αλεξανδρούπολης, Μαρωνείας-Σαπών και Αρριανών και καταλαμβάνει έκταση 250,4 km 2. Εικόνα 2.1: Ο Νομός Έβρου φαίνεται με ανοικτό πράσινο χρώμα. Με έντονο μαύρο περίγραμμα επισημαίνεται η υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου «Ειρήνη». Επιπλέον η συγκεκριμένη λεκάνη απορροής κατατάσσεται στην ευρύτερη περιοχή της υδρολογικής λεκάνης Αβάντου Λουτρό Έβρου (Χάρτης 2.1). Συγκεκριμένα ο χείμαρρος «Ειρήνη» ανήκει στον υδάτινο ταμιευτήρα της Αισύμης (Χάρτης 2.2) και στο υπόγειο υδατικό σύστημα της Αλεξανδρούπολης (GR ) (Χάρτης 2.3). 15

16 Χάρτης 2.1: Οι λεκάνες απορροής του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης, Πηγή: [16]. Χάρτης 2.2: Οι ταμιευτήρες του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης, Πηγή: [16]. 16

17 Χάρτης 2.3: Τα υπόγεια υδατικά συστήματα του υδατικού διαμερίσματος της Θράκης, Πηγή: [16]. Το Σύστημα της Αλεξανδρούπολης GR (Χάρτης 2.4) Πρόκειται για μικτό υδροφόρο σύστημα. Ανήκει στην υδρολογική λεκάνη του Έβρου (ΛΑΠ GR10) με έκταση 184,27 km 2, μέγιστο μήκος 22 Km και μέγιστο πλάτος 14 Km. Με τα επιφανειακά ύδατα συσχετίζεται με τους χειμάρρους Ειρήνη και Αράπης. Με τα χερσαία οικοσυστήματα προστατευόμενες περιοχές συσχετίζεται με το Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα Έβρου (SPA- GR ) και το Δέλτα του Έβρου (SPA GR ). [7] Ο Νομός Έβρου αποτελεί το φυσικό σύνορο της Ελλάδας στα βόρεια με τη Βουλγαρία και ανατολικά με την Τουρκία, ενώ δυτικά συνορεύει με το Νομό Ροδόπης και νότια βρέχεται από το Θρακικό Πέλαγος. 17

18 Χάρτης 2.4. Το υπόγειο υδατικό σύστημα της Αλεξανδρούπολης GR , Οικονομία Πηγή: [17]. Ο Ν. Έβρου είναι κατά το πλείστον πεδινός καθώς το 62,4% της συνολικής του έκτασης καταλαμβάνεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από καλλιεργήσιμες πεδιάδες έναντι ενός ποσοστού ίσου με 10,3%, το οποίο αποτελείται από ορεινούς όγκους. Καταλυτική είναι η συμβολή του ποταμού Έβρου αλλά και των παραποτάμων του στην αξιοποίηση και εκμετάλλευση των πεδιάδων. Η κύρια απασχόληση των κατοίκων της περιοχής είναι αγροτική και κτηνοτροφική. Το βαμβάκι, το σιτάρι και τα τεύτλα είναι τα προϊόντα που καλλιεργούνται κατά κύριο λόγο. Παρόλ αυτά τα τελευταία χρόνια παρατηρείται σημαντικό προβάδισμα του τριτογενούς τομέα παραγωγής σε σχέση με τον πρωτογενή, γεγονός που οφείλεται στην ολοένα και πιο έντονη τουριστική ανάπτυξη. Ακόμη μεγάλο μέρος των επισκεπτών στρέφονται στον αγροτουρισμό ως εναλλακτική μορφή αναψυχής, στο οποίο συμβάλλουν οι σημαντικότερες προστατευόμενες περιοχές του νομού: το δάσος της Δαδιάς και ο υγροβιότοπος του ποταμού Έβρου. [40] Ιστορία Τα λίθινα εργαλεία που βρέθηκαν κοντά στον Έβρο και τον Άρδα ποταμό αποδεικνύουν πως η περιοχή κατοικήθηκε από την Παλαιολιθική ακόμη Εποχή ( π.χ.). Στη Νεολιθική εποχή ( π.χ.) είναι επίσης εμφανής η ανθρώπινη παρουσία στην περιοχή και κυρίως κατά την περίοδο της Εποχής του Χαλκού ( π.χ.). Οι Αιολείς δημιουργούν αποικία στη Σαμοθράκη κατά 18

19 τα Κλασικά χρόνια και χτίζουν το Ιερό των Μεγάλων Θεών. Χαρακτηριστικό της συγκεκριμένης περιόδου είναι η συγκρότηση οργανωμένων οικισμών στα νότια παράλια του νομού, όπου δημιουργείται η Πόλη-Κράτος της Σαμοθράκης για να ενισχύσει την εμπορική δραστηριότητα της με τη Θρακική ενδοχώρα. Δε θα μπορούσε να παραληφθεί ο καθοριστικός ρόλος των Ρωμαϊκών Χρόνων που διήρκεσαν ως τον 4ο αιώνα μ.χ. στην ανάδειξη του ελληνικού χαρακτήρα του τοπικού πολιτισμού. Αυτή την περίοδο τοποθετείται χρονολογικά η κατασκευή της Εγνατίας Οδού που διέσχιζε το Νομό Έβρου και με αυτόν τον τρόπο αποτελούσε σημαντικό συγκοινωνιακό άξονα που βοήθησε την άνθιση της οικονομίας, του εμπορίου και του πολιτισμού της περιοχής. Τέλος, η περιοχή του Έβρου κατέχει πρωτεύοντα ρόλο κατά την Βυζαντινή περίοδο, γεγονός που οφείλεται στη γειτνίασή της με την Κωνσταντινούπολη. Κατά τον εμφύλιο πόλεμο ( μ.χ.) ο Ιωάννης ΣΤ' Κατακουζηνός στέφεται αυτοκράτορας στο Διδυμότειχο. [45] 2.2 ΦΥΣΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Γεωγραφία Ο Νομός Έβρου με έκταση km 2 είναι, όπως προαναφέρθηκε, κατά κύριο λόγο πεδινός ιδιαίτερα στο ανατολικό του τμήμα. Τα βουνά που τον απαρτίζουν είναι ελάχιστα και μετρίου υψομέτρου. Προκύπτουν από τις νότιες καταλήξεις της οροσειράς της Ροδόπης. Μερικά από τα βουνά που υψώνονται ανάμεσα στο Νομό Ροδόπης και στο Νομό Έβρου από το βορρά προς το νότο είναι η Σάπκα (1044 μ.), η Καλλιθέα (944 μ.), ο Επτάδενδρος (874 μ.) και το Κάψαλο (618 μ.) ενώ το Σίλο (1065 μ.) βρίσκεται στο Νομό Έβρου. Αντίθετα η περιοχή είναι πλούσια σε ποτάμια, με κυριότερο τον ποταμό Έβρο (530 km) ο οποίος χαράζει τα σύνορα της Ελλάδας με την Τουρκία και σε ένα μικρό τμήμα με τη Βουλγαρία. Σχηματίζει Δέλτα και εκβάλλει στον κόλπο του Αίνου ενώ πηγάζει από το όρος Σκόμιο της Βουλγαρίας. Ακόμη ο ποταμός Άρδας πηγάζει από τη Βουλγαρία και στα Ελληνοτουρκικά σύνορα χύνεται στον Έβρο και ο Ερυθροπόταμος (με παραπόταμο το Διαβολόρρεμα) πηγάζει από το όρος Σιλό του Νομού. Στην έκταση του νομού δεν υπάρχουν λίμνες παρά μόνον λιμνοθάλασσες. Αυτές βρίσκονται στις εκβολές του ποταμού Εβρου και είναι : η λιμνοθάλασσα του Δράκοντος, των Νυμφών, των Παλουκιών, των Αβγανών κ.α. [44] Κλίμα Το κλίμα του Ν. Έβρου χαρακτηρίζεται ως ηπειρωτικό, με θερμό καλοκαίρι και δριμύ και ψυχρό χειμώνα. [44] Το ετήσιο θερμομετρικό εύρος είναι μεγαλύτερο των 20 C. Κατά τη χειμερινή περίοδο είναι συνηθισμένο το φαινόμενο του παγετού. Το ύψος της βροχής παίρνει τις μεγαλύτερες τιμές του κατά το μήνα Δεκέμβριο, σε αντίθεση με τους υπόλοιπους μήνες που είναι μικρό και μειώνεται από τις παράκτιες περιοχές προς το εσωτερικό του Νομού. Η περιοχή βρίσκεται υπό την επίδραση 19

20 αντικυκλωνικών συστημάτων, τα οποία μεταφέρουν κατά τη χειμερινή περίοδο ψυχρές και ξηρές πολικές-ηπειρωτικές και αρκτικές μάζες αέρα. Έτσι το χειμώνα οι θερμοκρασίες είναι πολύ χαμηλές με τις απόλυτες ελάχιστες θερμοκρασίες να φτάνουν τους 10 C περισσότερο υπό το μηδέν στην παράκτια ζώνη,ενώ στα εσωτερικά και βόρεια φτάνουν κάτω από τους C. Οι θερμοκρασίες υπερβαίνουν πολλές φορές τους 40 C κατά τη θερινή περίοδο, στο εσωτερικό του νομού, που κατακλύζεται από θερμές και ξηρές ηπειρωτικές μάζες. Σε ό,τι αφορά τα παράκτια τμήματα, επειδή είναι έντονη η επίδραση της θάλασσας, δεν παρουσιάζουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Οι βροχές είναι κατανεμημένες αρκετά ομοιόμορφα κατά τη διάρκεια του έτους χωρίς να σπανίζουν κατά τη θερμή εποχή. [36] Γεωλογία - Σεισμικότητα Σχετικά με την υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου «Ειρήνη» τα παλαιογενή ιζήματα εντοπίζονται και ταυτίζονται με τη λοφώδη ημιλοφώδη περιοχή, καταλαμβάνοντας τη μεγαλύτερη έκταση. Αποτελούνται στη βάση τους από λατυποπαγή και κροκαλοπαγή, τα οποία προς τα πάνω εξελίσσονται σε ψαμμίτες, αργιλικούς ψαμμίτες, αργιλικές μάργες, αργίλους και νουμμουλιτοφόρους ασβεστόλιθους. Το τεταρτογενές εμφανίζεται κυρίως στο νότιο τμήμα και στις παραχειμάρριες περιοχές (Χάρτης 2.5). [15] 20

21 Χάρτης 2.5: Ο γεωλογικός χάρτης της Ανατολικής Ροδόπης. Με κύκλο επισημαίνεται η περιοχή της λεκάνης απορροής του χειμάρρου «Ειρήνη», Πηγή: [15]. Όσον αφορά στη σεισμικότητα η περιοχή μελέτης ανήκει στην Περιροδοπική ζώνη με πλάτος χμ. και διεύθυνση από τα βορειοδυτικά προς τα νοτιοανατολικά. Με αφετηρία τα Ελληνογιουγκοσλαβικά σύνορα η ζώνη προεκτείνεται νοτιοανατολικά στη χερσόνησο της Σιθωνίας όπου κάμπτεται προς τα βορειοανατολικά και με ίδια διεύθυνση περνάει από την άκρη της χερσονήσου του Άθω. Έπειτα προεκτείνεται υποθαλάσσια προς τη Σαμοθράκη και την περιοχή Αλεξανδρούπολης Έβρου. [42] Τέλος η λεκάνη απορροής του χειμάρρου Μαΐστρου κατατάσσεται στη ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας Ι. [34] Βιοποικιλότητα Στο Νομό Έβρου υπάρχουν σημαντικά οικοσυστήματα στα οποία φιλοξενούνται πολλά είδη χλωρίδας και πανίδας και κατέχουν πολύ σημαντικό ρόλο στην οικολογική ισορροπία της περιοχής. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι το Δέλτα του ποταμού Έβρου (Εικόνα 2.2 ), διεθνούς οικολογικής σημασίας, το οποίο βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο του νομού και το Εθνικό πάρκο του δάσους Δαδιάς 21

22 Λευκίμης Σουφλίου (Εικόνα: 2.3) που βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο της οροσειράς της Ροδόπης. [46] Εικόνα 2.2: Αρμυρίκια στο Δέλτα του Έβρου, Πηγή: [49]. Εικόνα 2.3 : Εθνικό πάρκο του δάσους Δαδιάς Λευκίμης Σουφλίου, Πηγή: [54] Ζώνες προστασίας Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει το Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα του Έβρου (GR ) το οποίο εντάσσεται στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Natura 2000 (Εικόνα 2.4). 22

23 Πρόκειται για ένα δίκτυο περιοχών βασισμένο στην οικολογία, στις οποίες φιλοξενούνται φυσικοί τύποι οικοτόπων και οικότοποι ειδών σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. [65] Το δίκτυο αυτό απαρτίζεται από τις εξής κατηγορίες περιοχών: τις «Ζώνες Ειδικής Προστασίας (ΖΕΠ)» (Special Protection Areas - SPA) για την Ορνιθοπανίδα, όπως ορίζονται στην Οδηγία 79/409/EK «για τη διατήρηση των άγριων πτηνών» και τους «Τόπους Κοινοτικής Σημασίας (ΤΚΣ)» (Sites of Community Importance SCI) όπως ορίζονται στην Οδηγία 92/43/ΕΟΚ. Για τον προσδιορισμό των ΤΚΣ λαμβάνονται υπόψη οι τύποι οικοτόπων και τα είδη των Παραρτημάτων Ι και ΙΙ της Οδηγίας 92/43/ΕΟΚ καθώς και τα κριτήρια του Παραρτήματος ΙΙΙ αυτής. Εικόνα 2.4: Οι περιοχές του δικτύου Natura 2000 της περιοχής μελέτης. Με πορτοκαλί διαγράμμιση φαίνονται οι Ζώνες Ειδικής Προστασίας της Ορνιθοπανίδας (SPA) και συγκεκριμένα το Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα του Έβρου ενώ με πορτοκαλί χρώμα επισημαίνονται οι Τόποι Κοινοτικής Σημασίας (SCI), (επεξεργασία δεδομένων του geodata.gov.gr στο ArcGIS). Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα Έβρου (GR ) Το Νότιο Δασικό σύμπλεγμα του Έβρου (GR ) βρίσκεται στο νοτιοανατολικό άκρο του όρους Ροδόπη και Χαρακτηρίζεται από χαμηλούς λόφους καλυμμένους με δασικές εκτάσεις δρυός (Quercus), γαύρου (Carpinus), φράξινου 23

24 (Fraxinus), σφενδάμου (Acer) και θαμνώνες. Το δάσος οξιάς (Fagus) κυριαρχεί στο βόρειο τμήμα το οποίο ανήκει στην περιοχή μελέτης, ενώ το νότιο καλύπτεται από δάσος και φυτείες πεύκων (Pinus). Εντός της περιοχής εντοπίζονται και μικροί υγρότοποι. [32,53] Προστατευόμενα είδη εντός του Νότιου Δασικού Συμπλέγματος του Έβρου είναι ο μαυρόγυπας (Aegypius monachus), ο χρυσαετός (Aquila chrysaetos) (Εικόνα 2.5), ο στικταετός (Aquila clanga), ο κραυγαετός (Aquila pomarina), ο μπούφος (Bubo bubo), η αετογερακίνα (Buteo rufinus) (Εικόνα 2.6), ο φιδαετός (Circaetus gallicus), ο σταυραετός (Hieraaetus pennatus) και ο ασπροπάρης (Neophron percnopterus). Άλλα είδη που απαντώνται στην περιοχή είναι ο σφηκιάρης (Pernis apivorus), ο ψαλιδιάρης (Milvus milvus), ο λευκοπελαργός (Ciconia ciconia), η γερακίνα (Buteo buteo), ο λευκοτσικνιάς (Egretta garzetta) (Εικόνα 2.7) και η χαλκοκουρούνα (Coracias garrulous). [65] Στο Νότιο Δασικό Σύμπλεγμα του Έβρου δεν εντοπίζονται θηλαστικά είδη αξιόλογα αναφοράς σε αντίθεση με την ευρύτερη περιοχή και κυρίως το δέλτα του ποταμού Έβρου όπου διαβιούν απειλούμενα θηλαστικά είδη όπως είναι το χρυσό τσακάλι (Canis aureus) (Εικόνα 2.8), η βίδρα (Lutra lutra) (Εικόνα 2.9), και το ζαρκάδι (Capreolus capreolus) (Εικόνα 2.10). [5] 24

25 25

26 26

27 2.3 ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Πληθυσμός-Διοικητική διαίρεση Ο Ν. Έβρου συγκεντρώνει το μεγαλύτερο αριθμό κατοίκων της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Ο πληθυσμός του σύμφωνα με την απογραφή του έτους 2011 ανέρχεται στους μόνιμους κατοίκους. Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2.1) παρουσιάζονται οι μετρήσεις που προέκυψαν από τις απογραφές των ετών 1961 έως και Παρατηρείται μία διαδοχική αυξομείωση του πληθυσμού ανά δεκαετία. Πίνακας 2.1: Ο μόνιμος πληθυσμός του Ν. Έβρου κατά τα έτη των απογραφών , Πηγή: [56]. ΧΩΡΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ Νομός Έβρου ΜΟΝΙΜΟΣ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ Η τρέχουσα διοικητική διαίρεση της Ελλάδας διαμορφώθηκε από το πρόγραμμα Καλλικράτης (Ν.3582/2010) και ισχύει από την 1η Ιανουαρίου του Σύμφωνα με την διαίρεση αυτή, ο Ν. Έβρου περιλαμβάνει 5 δήμους (Εικόνα 2.11), όπως φαίνεται και στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2.2). Πίνακας 2.2: Η διοικητική διαίρεση του Ν. Έβρου όπως διαμορφώθηκε από το πρόγραμμα Καλλικράτης, Πηγή: [47, 55] Δήμος Έδρα Πληθυσμός Αλεξανδρούπολης Αλεξανδρούπολη Διδυμοτείχου Διδυμότειχο Ορεστιάδας Ορεστιάδα Σαμοθράκης Σαμοθράκη Σουφλίου Σουφλί

28 Εικόνα 2.11: Οι δήμοι του Ν. Έβρου όπως διαμορφώθηκαν από το πρόγραμμα Καλλικράτης Κάλυψη γης Σύμφωνα με το Corine Land Cover (CLC) Project η γήινη επιφάνεια καλύπτεται από έναν συγκεκριμένο αριθμό κατηγοριών εδαφοκάλυψης. Οι κατηγορίες αυτές διακρίνονται σε υποκατηγορίες, πιο «συγκεκριμένης» εδαφοκάλυψης και όλο το project έχει ιεραρχική δομή από τη γενικότερη στην ειδικότερη κατηγορία. Υπάρχουν 44 διαφορετικές κατηγορίες εδαφικής κάλυψης. [8, 9] Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται η κατανομή της εδαφικής κάλυψης για το Νομό Έβρου ο οποίος αποτελείται από 16 κατηγορίες σύμφωνα με το Corine Στο μεγαλύτερο μέρος του ο Νομός Έβρου αποτελείται από αγροτικές εκτάσεις, δάση πλατυφύλλων και σκληροφυλλική βλάστηση τα οποία καταλαμβάνουν συνολικά το 65,6% της επιφάνειας του ( Εικόνα 2.12). Στον πίνακα που ακολουθεί (Πίνακας 2.3) δίνεται η ερμηνεία του κάθε κωδικού κάλυψης γης σύμφωνα με το Corine 2000, όπως αυτός αναγράφεται στην επόμενη εικόνα (Εικόνα 2.12). 28

29 Εικόνα 2.12: Η κάλυψη γης του Νομού Έβρου σύμφωνα με το Corine 2000 Πηγή: [65]. Πίνακας 2.3 Επεξήγηση κωδικών Corine 2000, Πηγή: [65]. Κωδικός Κάλυψη γης 112 Ασυνεχής αστικός ιστός 211 Μη αρδευόμενη αρόσιμη γη 212 Μόνιμα αρδευόμενη γη 223 Ελαιώνες 231 Λιβάδια 242 Σύνθετες καλλιέργειες Γη που χρησιμοποιείται κυρίως για γεωργία 243 μαζί με σημαντικά τμήματα φυσικής βλάστησης 311 Δάσος πλατύφυλλων 312 Δάσος κωνοφόρων 313 Μικτό δάσος 321 Φυσικοί βοσκότοποι 323 Σκληροφυλλική βλάστηση 324 Μεταβατικές δασώδεις και θαμνώδεις εκτάσεις 411 Βάλτοι στην ενδοχώρα 421 Παραθαλάσσιοι βάλτοι 511 Υδατορρεύματα 29

30 3.ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ 3.1 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα Ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (Digital Elevation Model) μπορεί να οριστεί ως οποιαδήποτε αριθμητική ή ψηφιακή αναπαράσταση των όψεων του συνόλου ή τμήματος της επιφάνειας της γης, ως συνάρτηση της γεωγραφικής θέσης. [27] Για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της μορφής DEM (Digital Elevation Model), δηλαδή μία συνεχής επιφάνεια (ψηφιδωτή μορφή-raster) στην οποία τα διαφορετικά υψόμετρα αποδίδονται με διαφορετικές διαβαθμίσεις του γκρι. Μία άλλη μορφή Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (ΨΜΕ) είναι το TIN (Triangulated Irregular Network), σύμφωνα με το οποίο η επιφάνεια του εδάφους αναπαριστάται ως ένα σύνολο αλληλοσυνδεόμενων τριγωνικών πλευρών. Η αναπαράσταση των υψομέτρων γίνεται σε διανυσματική μορφή (vector) μέσω ισοϋψών καμπυλών. [13] Η διαφορά ενός DEM (Digital Elevation Model) με άλλους τύπους ψηφιακών υψομετρικών μοντέλων όπως για παράδειγμα ένα DSM (Digital Surface Model) έγκειται στο γεγονός ότι το πρώτο αφορά μόνο τα υψόμετρα της επιφάνειας του εδάφους ενώ το δεύτερο συμπεριλαμβάνει και τα υψόμετρα όλων των αντικειμένων που βρίσκονται πάνω στη γήινη επιφάνεια. [19] Συλλογή δεδομένων Για την εξαγωγή του υδρογραφικού δικτύου και των υπολεκανών της περιοχής μελέτης δόθηκαν από τον Τομέα Γεωδαισίας και Τοπογραφίας του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης τέσσερα αρχεία της μορφής JPEG. Τα αρχεία αυτά αντιστοιχούν στα φύλλα χάρτη της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ) κλίμακας 1 : με προβολικό σύστημα ΕΓΣΑ 87 των περιοχών: Αισύμη, Αλεξανδρούπολη, Σάπες και Μαρώνεια. Ακόμη από τον επιστημονικό οργανισμό USGS (U.S. Geological Survey) συλλέχθηκαν τα Ψηφιακά Υψομετρικά Μοντέλα (DEM) που αντιστοιχούν στην περιοχή μελέτης. Ο USGS παρέχει δωρεάν αξιόπιστες επιστημονικές πληροφορίες που αφορούν την κατανόηση και την περιγραφή της Γης και εξυπηρετούν τη μελέτη, τη διαχείριση και την πρόβλεψη διάφορων φυσικών φαινομένων που συμβαίνουν στη Γη. Τα Ψηφιακά Υψομετρικά Μοντέλα (DEM) που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από τον αισθητήρα ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) του δορυφόρου TERRA-1 της NASA (Πίνακες 3.1 και 3.2). Ο αισθητήρας ASTER είναι χρήσιμος για την παραγωγή Ψηφιακών Υψομετρικών Μοντέλων (DEM) μεγάλης ανάλυσης (30m) και καλύπτει το 99% της γήινης επιφάνειας. Οι δορυφόροι TERRA είναι μία σειρά δορυφόρων της NASA των ΗΠΑ. 30

31 Ο δορυφόρος TERRA-1, ο οποίος τοποθετήθηκε σε ηλιοσύγχρονη τροχιά στις , φέρει 5 όργανα: ASTER, CERES, MISR, MODIS και MORITT. [14] 31

32 Για την εκπόνηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δύο ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα (DEM) ώστε να καλύπτεται επαρκώς όλη η περιοχή μελέτης. Συγκεκριμένα, οι ψηφιδωτές εικόνες είναι της μορφής TIFF και έχουν ως γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς το WGS84 (World Geodetic System 1984) το οποίο μετατράπηκε στη συνέχεια στο ελληνικό προβολικό σύστημα ΕΓΣΑ 87 (Greek Grid). 3.2 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Προεπεξεργασία δεδομένων Αρχικά έγινε γεωαναφορά (Georeferencing) των τεσσάρων εικόνων σε προβολικό σύστημα ΕΓΣΑ 87 (Greek Grid) με υπόβαθρο τη διανομή ΓΥΣ του χάρτη της Ελλάδος (1:50.000) [41] με χρήση της εργαλειοθήκης «Georeferencing» από τη διαδρομή: «Customize» -> «Toolbars» -> «Georeferencing» και προέκυψε ο τελικός χάρτης (Χάρτης 3.1). Χάρτης 3.1: Περιοχή μελέτης όπως προέκυψε απο τη γεωαναφορά των εικόνων (Μαρώνεια, Αισύμη, Σάπες, Αλεξανδρούπολη). Στη συνέχεια έγινε ψηφιοποίηση (editing) του υδρογραφικού δικτύου της λεκάνης απορροής χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη «Editor» από το μενού: «Customize» -> «Toolbars» -> «Editor» και αρίθμηση των υδατορευμάτων του με τη μέθοδο του Strahler (Χάρτης 3.2) καθώς επίσης και διάκριση σε υδατορεύματα μόνιμης και μη 32

33 μόνιμης ροής (Χάρτης 3.3). Χάρτης 3.2: Η απεικόνιση του υδρογραφικού δικτύου με τη μέθοδο του Strahler. Διακρίνονται κλάδοι του υδρογραφικού δικτύου έως και έκτης τάξης. 33

34 Χάρτης 3.3: Απεικόνιση του υδρογραφικού δικτύου σύμφωνα με τη μονιμότητα της ροής. Για την αρίθμηση των κλάδων των υδρογραφικών δικτύων εκτός από τη μέθοδο του Strahler (1964) έχουν αναπτυχθεί και άλλες μέθοδοι όπως του Horton (1945), του Sherve (1966) και του Scheidegger (1965). [12] Στην παρακάτω εικόνα (Εικόνα 3.1) φαίνεται η αρίθμηση με όλες τις μεθόδους. 34

35 Εικόνα 3.1: Η αρίθμηση του υδρογραφικού δικτύου κατά Horton, Strahler, Sherve και Scheidegger, Πηγή: [43]. Η μέθοδος του Strahler είναι αυτή που χρησιμοποιείται περισσότερο σε όλο τον κόσμο (αλλά και στην παρούσα εργασία), διότι παρέχει χρήσιμη ορολογία για την αντιμετώπιση των μικρού μήκους ρευμάτων. [22] Προκειμένου να γίνει καλύτερη προσέγγιση της περιοχής μελέτης πραγματοποιήθηκε επεξεργασία των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν. Αυτό είναι το στάδιο που προηγείται της διαδικασίας παραγωγής του υδρολογικού μοντέλου. Η επεξεργασία ολοκληρώθηκε με χρήση εργαλείων του Arc Toolbox στο λογισμικό ArcMap Στην περίπτωση της υδρολογικής λεκάνης του χειμάρρου Μαΐστρου χρειάστηκε να ενωθούν δύο εικόνες DEM. Για την ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας ακολουθήθηκαν τα εξής βήματα: «Data Management Tools» -> «Raster» -> «Raster Dataset» -> «Mosaic to new raster». 35

36 Ως δεδομένα εισόδου εισήχθησαν οι δύο εικόνες και στη συνέχεια επιλέχθηκε ο αριθμός των διαύλων ίσος με 1. Οι ιδιότητες της νέας εικόνας είναι ίδιες με τις αρχικές (Εικόνα 3.2). Εικόνα 3.2: Η χρήση του εργαλείου Μosaic to new raster. Από την επιλογή «Environments» περιορίστηκαν τα όρια της περιοχής εισάγοντας ως «Processing extent» το layer με όνομα «Περιοχή μελέτης» το οποίο είναι ένα πολύγωνο που περικλείει την περιοχή μελέτης (Εικόνα 3.3) Εικόνα 3.3: Ο ορισμός των ορίων της περιοχής από το μενού «Environment Settings». 36

37 Έτσι η νέα ψηφιδωτή εικόνα (Εικόνα 3.4) που προέκυψε καλύπτει μόνο την περιοχή μελέτης ώστε να αποφευχθούν οι περιττοί υπολογισμοί. Η νέα αυτή ψηφιδωτή εικόνα όπως προαναφέρθηκε έχει ως γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς το WGS84, και οι συντεταγμένες φ,λ δίνονται σε μοίρες. Συνεπώς, θεωρήθηκε απαραίτητο να προβληθεί η εικόνα σε κάποιο προβολικό σύστημα αναφοράς. Από τα διαθέσιμα προβολικά συστήματα επιλέχθηκε το ελληνικό σύστημα ΕΓΣΑ 87 (Greek Grid). [18] Η διαδικασία έγινε με τη χρήση του εργαλείου «Project Raster» από το «Projections and Transformations» της εργαλειοθήκης «Data Management Tools». Εικόνα 3.4: Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής μελέτης σε μορφή raster Προεπεξεργασία αναγλύφου Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας που αναφέρθηκε το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) είναι έτοιμο για την περαιτέρω επεξεργασία που θα χρειαστεί για να παραχθεί το υδρολογικό μοντέλο. Για το στάδιο αυτό χρησιμοποιήθηκαν επεκτάσεις του εργαλείου «Hydrology» της εργαλειοθήκης «Spatial analyst» από τον ArcToolbox. Το πρώτο βήμα είναι η ενεργοποίηση των εργαλειοθηκών «Spatial analyst» και «3D Analyst» (Eικόνα 3.6) από την επιλογή Customize-> Extensions του ΑrcMap (Εικόνα 3.5 ). 37

38 Εικόνα 3.5: Η διαδρομή Customize -> Extensions για την ενεργοποίηση των εργαλειοθηκών «Spatial Analyst» και «3D Analyst». Εικόνα 3.6: Η ενεργοποίηση των «Spatial Analyst» και «3D Analyst». Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η συμπλήρωση των κενών του DEM τα οποία οφείλονται σε πιθανό λάθος (Εικόνα 3.7). Για κάθε μεμονωμένο κελί (cell) το νερό μπορεί να εισέρχεται από πολλά γειτονικά κελιά αλλά μπορεί να εξέρχεται προς ένα μόνο. Σύμφωνα με αυτή την παραδοχή, αν ένα κελί έχει πολύ χαμηλότερο υψόμετρο από τα γύρω του τότε το νερό παγιδεύεται σε αυτό και έτσι σταματάει η ροή. Τα κελιά αυτά ονομάζονται κοιλώματα (sinks). Στην αντίθετη περίπτωση, όπου ένα κελί έχει πολύ υψηλότερο υψόμετρο από τα γύρω του, ονομάζεται κορυφή (peak). [26] 38

39 Η διαδικασία αυτή έγινε από την εργαλειοθήκη «Spatial Analyst Tools» ακολουθώντας τη διαδρομή: Hydrology -> Fill (Eικόνα 3.8). Εικόνα 3.7: Απεικόνιση κοιλωμάτων και κορυφών ενός DEM πριν και μετά τη χρήση του εργαλείου «Fill», Πηγή: [19]. Με τη λειτουργία «Fill» μεταβάλλεται το υψόμετρο των κελιών έτσι ώστε να εξαλειφθεί το πρόβλημα των κοιλωμάτων λόγω σφάλματος του ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου (DEM). Η διαδικασία αυτή είναι επαναληπτική και μπορεί να είναι αρκετά χρονοβόρα, ανάλογα με την ανάλυση του DEM, καθώς όταν συμπληρώνεται κάποιο κενό μπορεί να δημιουργηθούν άλλα τα οποία θα καλυφθούν στην επόμενη επανάληψη. Το αποτέλεσμα, στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι αξιόπιστο, όμως μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να περιέχει λάθη, γι αυτό πρέπει να ελέγχεται. Εικόνα 3.8: Η επιλογή του εργαλείου «Fill». Ως δεδομένο εισόδου εισήχθη το DEM της περιοχής μελέτης όπως προέκυψε παραπάνω και στη συνέχεια επιλέχθηκε το όνομα της εξαγόμενης raster εικόνας ως 39

40 «Fill_DEM» (Eικόνα 3.9). Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους που εξήχθη μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Fill» φαίνεται παρακάτω (Εικόνα 3.10). Εικόνα 3.9: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Fill». Εικόνα 3.10: Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής μελέτης όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Fill» με όνομα «Fill_DEM». 40

41 Το επόμενο βήμα περιλαμβάνει τον υπολογισμό της κατεύθυνσης της ροής (flow direction). Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε η πορεία που θα ακολουθήσει το νερό που θα πέσει σε κάθε μεμονωμένο κελί με τη παραδοχή ότι το νερό θα πέφτει πάντα προς το χαμηλότερο κελί. Υποθέτοντας λοιπόν ότι θα πέσει μία σταγόνα νερού σε ένα μεμονωμένο κελί, αυτή θα κατευθυνθεί προς το γειτονικό κελί με το χαμηλότερο υψόμετρο. Εικόνα 3.11: Ο αλγόριθμος της λειτουργίας «Flow direction» (Πηγή: ArcGIS 10.3 Help). Όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.11 υπάρχουν οκτώ έγκυρες πιθανές κατευθύνσεις ροής οι οποίες αντιστοιχούν στα οκτώ γειτονικά κελιά. Σύμφωνα με τους Jenson και Domingue (1988) το μοντέλο αυτό είναι γνωστό ως «μοντέλο ροής οκτώ κατευθύνσεων». [24] Η κωδικοποίησή των κατευθύνσεων αυτών είναι 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, ή αλλιώς 2 0, 2 1, 2 2, 2 3, 2 4, 2 5, 2 6, 2 7. Επομένως το επάνω αριστερά κελί (με υψόμετρο 78) θα κατευθυνθεί διαγώνια κάτω δεξιά, στο κελί με το χαμηλότερο υψόμετρο (67) και γι αυτό θα πάρει την τιμή 2 σύμφωνα με την παραπάνω κωδικοποίηση. Με αυτό τον τρόπο, δημιουργείται μία νέα ψηφιδωτή εικόνα (raster) η οποία παρουσιάζει το «εν δυνάμει» υδρογραφικό δίκτυο. Για την απόδοση της εικόνας αυτής χρησιμοποιήθηκε η εργαλειοθήκη «Spatial Analyst Tools» και συγκεκριμένα το εργαλείο «Hydrology» -> «Flow direction» του ArcToolbox όπως φαίνεται στην επόμενη εικόνα (Εικόνα 3.12). Εικόνα 3.12: Η επιλογή του εργαλείου «Flow direction». 41

42 Ως δεδομένο εισόδου εισήχθη το «Fill_DEM» και στην εξαγόμενη εικόνα δόθηκε το όνομα «Flowdir_DEM» (Εικόνα 3.13). Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας ήταν η νέα ψηφιδωτή εικόνα «Flowdir_DEM» (Εικόνα 3.14). Εικόνα 3.13: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Flow direction». Εικόνα 3.14: Η νέα ψηφιδωτή εικόνα μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Flow direction». Έπειτα, πρέπει να γίνει ο υπολογισμός της συγκέντρωσης της ροής (flow accumulation). Με την λειτουργία αυτή, υπολογίζεται η συσσωρευμένη ροή σε κάθε 42

43 μεμονωμένο κελί, από όλα τα ανάντη κελιά που εισρέουν σε αυτό. Δηλαδή, υπολογίζεται ο αριθμός των κελιών που εισρέουν στο εκάστοτε κελί. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.15, σύμφωνα με την προηγούμενη κωδικοποίηση που υπολογίστηκε η κατεύθυνση της ροής (Εικόνα 3.11), υπολογίζεται τώρα η συγκέντρωσή της. Η Εικόνα 3.15 ( επάνω αριστερά) δείχνει την κατεύθυνση της ροής ενώ επάνω δεξιά δείχνει τον αριθμό των κελιών που εισρέουν σε κάθε κελί. Τα κελιά με τις μεγαλύτερες τιμές είναι αυτά τα οποία συγκεντρώνουν την περισσότερη ροή. Τα κελιά με αριθμό 0 είναι τοπικά τοπογραφικά μέγιστα σημεία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εντοπιστούν οι κορυφογραμμές. [20] Εικόνα 3.15: Ο αλγόριθμος της λειτουργίας «Flow accumulation», Πηγή: [20]. Από τη διαδρομή «Hydrology» -> «Flow accumulation» (Εικόνα 3.16) χρησιμοποιώντας ως δεδομένο εισόδου το «Flowdir_DEM» και δίνοντας το όνομα «Flowacc_DEM» στην εξαγόμενη εικόνα (Εικόνα 3.17) προέκυψε τελικά η νέα εικόνα στην οποία φαίνεται η συγκέντρωση της ροής (Εικόνα 3.18). Εικόνα 3.16: Η επιλογή του εργαλείου «Flow accumulation». 43

44 Εικόνα 3.17: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Flow accumulation». Εικόνα 3.18: Η νέα ψηφιδωτή εικόνα μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Flow accumulation». Στη συνέχεια, προκειμένου να εξαχθεί ο υδροκρίτης της υπό μελέτη λεκάνης του χειμάρρου της Μαΐστρου έγινε χρήση του εργαλείου «Basin» από τη διαδρομή: «ArcToolbox» -> «Spatial Analyst Tools» -> «Hydrology» -> «Basin» (Eικόνα 3.19). Οι λεκάνες απορροής οριοθετούνται μέσα στο παράθυρο ανάλυσης, εντοπίζοντας τις κορυφογραμμές ανάμεσα στις λεκάνες. Η ψηφιδωτή εικόνα της κατεύθυνσης της ροής εισάγεται ως δεδομένο και αναλύεται ώστε να βρεθούν όλα τα σύνολα των συνδεόμενων κυττάρων που ανήκουν στην ίδια λεκάνη απορροής. 44

45 Εδώ ως δεδομένο εισόδου επιλέχθηκε το «Flowdir_DEM» στο οποίο αποδίδεται η κατεύθυνση της ροής και στην εξαγόμενη ψηφιδωτή εικόνα (raster) δόθηκε το όνομα «Basin» όπως φαίνεται στην Eικόνα Εικόνα 3.19: Η επιλογή του εργαλείου «Basin». Εικόνα 3.20: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Basin». 45

46 Εικόνα 3.21: Η ψηφιδωτή εικόνα στην οποία φαίνεται ο διαχωρισμός της ευρύτερης περιοχής σε λεκάνες απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Basin». Στη συνέχεια από την εργαλειοθήκη «Convertion Tools» του «ArcToolbox», από τη διαδρομή: «From Raster» -> «Raster to Polygon» (Εικόνα 3.22) η ψηφιδωτή εικόνα (raster), όπως προέκυψε από την εκτέλεση του εργαλείου «Basin» ( Εικόνα 3.21) μετατράπηκε σε διανυσματική (vector) η οποία αποτελείται από πολύγωνα όπως φαίνεται παρακάτω (Εικόνα 3.24). Εικόνα 3.22: Η επιλογή του εργαλείου «Raster to Polygon». 46

47 Προκειμένου να γίνει αυτό εισήχθησαν ως δεδομένα εισόδου η ψηφιδωτή εικόνα που αναφέρθηκε και προηγουμένως και στο κελί «Field» επιλέχθηκε το «Value» καθώς επίσης και η εντολή «Simplify polygons (optional)» ενώ η νέα εξαγόμενη εικόνα ονομάστηκε «basinpol» (Εικόνα 3.23). Εικόνα 3.23 : Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Raster to Polygon». Εικόνα 3.24: Η διανυσματική εικόνα (vector) στην οποία φαίνεται ο διαχωρισμός της ευρύτερης περιοχής σε λεκάνες απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Raster to Polygon». 47

48 Εικόνα 3.25: Η επιλογή της λεκάνης του χειμάρρου της Μαΐστρου με το εργαλείο «Select features». Αφού επιλέχθηκε η λεκάνη απορροής που αφορά στην παρούσα διπλωματική εργασία με το εργαλείο «Select features» (Εικόνα 3.25) από τη διαδρομή: «Geoprocessing» -> «Clip» (Εικόνα 3.26) έγινε η περικοπή του πολυγώνου ενδιαφέροντος. Εικόνα 3.26: Η επιλογή του εργαλείου «Clip». Για το συγκεκριμένο εργαλείο ως δεδομένου εισόδου αλλά και ως αντικείμενο περικοπής επιλέχθηκε το «basinpol» (Εικόνα 3.27) ενώ στην εξαγόμενη εικόνα (Εικόνα 3.28) δόθηκε το όνομα «basinpol_clip». 48

49 Εικόνα 3.27: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Clip». Εικόνα 3.28: Η λεκάνη απορροής όπως προέκυψε από την εκτέλεση του εργαλείου «Clip». Εφόσον ορίστηκε η περιοχή ενδιαφέροντος, χρησιμοποιήθηκε ως μάσκα ώστε όλα τα εργαλεία από εδώ και στο εξής να εφαρμόζονται μόνο σε αυτήν και όχι στην ευρύτερη περιοχή έτσι ώστε να αποφευχθούν περιττοί υπολογισμοί. 49

50 Από τη διαδρομή «Geoprocessing» -> «Environments» -> «Raster analysis» (Eικόνα 3.29) ορίστηκε το περιβάλλον στο οποίο θα εφαρμόστηκαν όλα τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια. Έπειτα ορίστηκε ως μάσκα το αρχείο με όνομα «basinpol_clip» και ως μέγεθος κελιού ορίστηκε το μέγιστο (Eικόνα 3.30). Εικόνα 3.29: Η επιλογή «Environments». Εικόνα 3.30: Η επιλογή του αρχείου «basinpol_clip» ως μάσκα. Αφού δημιουργήθηκε η κύρια λεκάνη (και σύμφωνα με το υδρογραφικό δίκτυο που προέκυψε στο αρχικό στάδιο) με τη διαδικασία της ψηφιοποίησης (editing) χωρίστηκε σε 11 επιμέρους υπολεκάνες όπως φαίνεται στον παρακάτω χάρτη (Χάρτης 3.4). 50

51 Χάρτης 3.4:Η κύρια λεκάνη απορροής χωρισμένη σε 11 υπολεκάνες. 51

52 3.2.3 Δημιουργία νέου project Με την ολοκλήρωση της προεπεξεργασίας του αναγλύφου, είναι πλέον διαθέσιμα όλα τα απαραίτητα στοιχεία που θα χρειαστούν για την συνέχεια του έργου. Aκολουθώντας τη διαδρομή: «Spatial Analyst Tools» -> «Surface» -> «Contour» (Eικόνα 3.31) έγινε η σχεδίαση των ισοϋψών καμπυλών όπως φαίνεται στον παρακάτω χάρτη (Χάρτης 3.5). Ως δεδομένο εισόδου εισήχθη η μάσκα του DEM, οι ισοϋψείς σχεδιάστηκαν με ισοδιάσταση 30 μέτρων, η ισοϋψής καμπύλη της βάσης καθώς και ο παράγοντας «Z» αφέθηκαν ως έχουν και το εξαγόμενο αρχείο ονομάστηκε «Contour» (Εικόνα 3.32). Εικόνα 3.31: Η επιλογή του εργαλείου «Contour». Εικόνα 3.32: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Contour». 52

53 Χάρτης 2.5: Η κύρια λεκάνη και οι ισοϋψείς καμπύλες όπως προέκυψαν από την εκτέλεση του εργαλείου «Contour». 53

54 Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία ορίζοντας ως δεδομένο εισόδου τη μάσκα του DEM με όνομα «DEM_MASK1» δημιουργήθηκαν χάρτες από την εκτέλεση διαφόρων εργαλείων της εργαλειοθήκης «Surface». Για κάθε κελί, το εργαλείο «Slope» (κλίση) υπολογίζει το μέγιστο ρυθμό μεταβολής της τιμής του κελιού αυτού με τα γειτονικά του. Βασικά, η μέγιστη υψομετρική αλλαγή όσον αφορά την απόσταση μεταξύ του κελιού και των οκτώ γειτονικών του προσδιορίζει την πιο απότομη κάθοδο από το κελί. Ακόμη, το εργαλείο αυτό προσαρμόζει το επίπεδο στις «z - τιμές» των εννέα κυττάρων της κάθε περιοχής. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της κλίσης τόσο πιο απότομο είναι το έδαφος ενώ για μικρές τιμές το έδαφος είναι πιο ομαλό. [20] Έτσι, εκτελώντας το εργαλείο «Slope» δόθηκε η περιοχή μελέτης με χρωματικές αποχρώσεις που αντιστοιχούν σε διαφορετικές κλάσεις κλίσεων σε μοίρες (º), (Χάρτης 3.6). Το εργαλείο «Aspect» προσδιορίζει την κατερχόμενη κατεύθυνση του μέγιστου ρυθμού μεταβολής της τιμής κάθε κελιού με τα γειτονικά του. Μπορεί να θεωρηθεί ως η κατεύθυνση της κλίσης. Οι τιμές του κάθε κελιού στην ψηφιδωτή εικόνα (raster) που εξάγεται δείχνουν την κατεύθυνση της πυξίδας που η επιφάνεια αντιμετωπίζει σε αυτή τη θέση. Η μέτρηση των δεικτών του ρολογιού σε μοίρες από 0 (βόρεια) έως 360 (και πάλι βόρεια), καταλήγει σε έναν πλήρη κύκλο. Οι επίπεδες περιοχές που δεν έχουν κατερχόμενη κατεύθυνση παίρνουν την τιμή -1. [20] Η απεικόνιση της κατεύθυνσης των κλίσεων της περιοχή μελέτης σε μοίρες (º), γίνεται με διαφορετικές χρωματικές αποχρώσεις (Εικόνα 3.33) όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου αυτού δίνεται στον Χάρτη 3.7. Εικόνα 3.33: Η κατεύθυνση των κλίσεων με χρωματική απεικόνιση και η ερμηνεία τους. 54

55 Χάρτης 3.6: Οι κλίσεις της λεκάνης απορροής σε μοίρες (º) όπως προέκυψαν μετά από την εκτέλεση του εργαλείου «Slope». 55

56 Χάρτης 3.7: Οι κατευθύνσεις των κλίσεων της λεκάνης απορροής σε μοίρες (º) όπως προέκυψαν μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Aspect». 56

57 Το εργαλείο «Hillshade» (σκίαση αναγλύφου) χρησιμοποιεί τον υποθετικο φωτισμό μιας επιφάνειας προσδιορίζοντας τις τιμές φωτισμού για κάθε κελί σε μία ψηφιδωτή εικόνα. Αυτό επιτυγχάνεται με τον καθορισμό μιας θέση για μια υποθετική πηγή φωτός και τον υπολογισμό των τιμών φωτισμού του κάθε κελιού σε σχέση με τα γειτονικά του. Μπορεί να ενισχύσει σε μεγάλο βαθμό την οπτικοποίηση μιας επιφάνειας για ανάλυση ή γραφική απεικόνιση. Από προεπιλογή, η σκιά και το φως είναι αποχρώσεις του γκρι. [20] Από την εκτέλεση του εργαλείου «Hillshade» προέκυψε ο Χάρτης 3.8 στον οποίο γίνεται η απεικόνιση της σκίασης του αναγλύφου της υδρολογικής λεκάνης με χρωματικές διαβαθμίσεις του γκρι. Χάρτης 3.8: Η σκίαση αναγλύφου της λεκάνης απορροής όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Hillshade». 57

58 Για να γίνει απεικόνιση της κάλυψης γης της λεκάνης απορροής σύμφωνα με την Corine Land Cover 2000 (CLC 2000) χρησιμοποιήθηκε ο χάρτης της Ευρωπαϊκής Αντιπροσωπείας Περιβάλλοντος [39] και με τη χρήση του εργαλείου της μάσκας όπως είχε οριστεί παραπάνω προέκυψε ο Χάρτης 3.9. Χάρτης 3.9: Η κάλυψη γης της λεκάνης απορροής σύμφωνα με την Corine

59 Έπειτα έγινε η εύρεση και ο σχεδιασμός των γεωμετρικών κέντρων (κέντρων βάρους) της κάθε υπολεκάνης αλλά και της κύριας λεκάνης από την εργαλειοθήκη «Features» του «Data Management Tools» (Εικόνα 3.34) χρησιμοποιώντας το εργαλείο «Feature to point». Ως δεδομένου εισόδου χρησιμοποιήθηκαν οι υπολεκάνες «sub_basins_ggrs» και εξήχθησαν τα κέντρα βάρους με όνομα «centroids» (Εικόνα 3.35). Με τον ίδιο τρόπο σχεδιάστηκε και το κέντρο βάρους της κύριας υδρολογικής λεκάνης. Ακόμη στον πίνακα ιδιοτήτων («Attribute table») των κέντρων βάρους δημιουργήθηκαν δύο νέες στήλες για την τετμημένη και την τεταγμένη αντίστοιχα, κάθε σημείου και με την εντολή «Calculate Geometry» βρέθηκαν οι συντεταγμένες των κέντρων βαρών. Εικόνα 3.34: Η επιλογή του εργαλείου «Feature to point». Εικόνα 3.35: Η εισαγωγή των απαραίτητων δεδομένων για την εκτέλεση του εργαλείου «Feature to point». Έπειτα έγινε ψηφιοποίηση των μέγιστων μηκών ροής κάθε υπολεκάνης και της κύριας λεκάνης καθώς επίσης και των στομίων εκροής τους. Στον παρακάτω χάρτη φαίνονται τα κέντρα βάρους και τα στόμια της λεκάνης και των υπολεκανών καθώς επίσης και το υδρογραφικό δίκτυο (Χάρτης 3.10). 59

60 Χάρτης 3.10: Η απεικόνιση των κέντρων βάρους, των στομίων και του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής μελέτης. Στον επόμενο χάρτη (Χάρτης 3.11) γίνεται απεικόνιση μόνο των κύριων στοιχείων της περιοχής, δηλαδή του αναγλύφου που αποδίδεται με χρωματικές αποχρώσεις από γαλάζιο έως και λευκό και των υδατορευμάτων της υδρολογικής λεκάνης του χειμάρρου της Μαΐστρου. 60

61 Χάρτης 3.11: Η απεικόνιση του αναγλύφου του εδάφους και των υδατορευμάτων της λεκάνης απορροής. Για την εξέλιξη της παρούσας εργασίας και την πραγματοποίηση των υδρολογικών υπολογισμών κρίθηκε απαραίτητη η επιλογή του εργαλείου «Add Surface Information» από την εργαλειοθήκη «Functional Surface» του «3D Analyst Tools» (Εικόνα 3.36). 61

62 Εικόνα 3.36: Η επιλογή του εργαλείου «Add Surface Information». Με το εργαλείο αυτό έγινε ο υπολογισμός του ελάχιστου υψομέτρου («Z_Min»), του μέσου υψομέτρου («Z_Mean»), του μεγίστου υψομέτρου («Z_Max») και της μέσης κλίσης («Avg_Slope») της κύριας λεκάνης αλλά και κάθε υπολεκάνης όπως φαίνεται στους πίνακες ιδιοτήτων που παρουσιάζονται στις παρακάτω εικόνες (Εικόνες 3.37, 3.38). Εικόνα 3.37: Ο πίνακας ιδιοτήτων της κύριας λεκάνης όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Add Surface Information». 62

63 Εικόνα 3.38: O πίνακας ιδιοτήτων των υπολεκανών όπως προέκυψε μετά την εκτέλεση του εργαλείου «Add Surface Information». Για να γίνει πιο ρεαλιστική απεικόνιση της περιοχής μελέτης παράχθηκε το τρισδιάστατο μοντέλο (Χάρτης 3.12) με χρήση του λογισμικού ArcScene 10.3, αφού πρώτα εισήχθησαν τα θεματικά επίπεδα («layers») των υπολεκανών, της κύριας λεκάνης, της μάσκας του ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου (DEM) και του υδρογραφικού δικτύου. Έπειτα από την καρτέλα «Layer properties» και συγκεκριμένα «Base Heights» ορίστηκε για κάθε θεματικό επίπεδο ξεχωριστά η θέση του ως προς το υψόμετρο χρησιμοποιώντας πάντα ως βάση τη μάσκα του ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου (Εικόνα 3.39). Εικόνα 3.39: Η επιλογή των κατάλληλων ρυθμίσεων από την καρτέλα «Base Heights». 63

64 ΜΟΝΤΕΛΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΧΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΕΚΑΝΩΝ ΤΗΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ Χάρτης 3.12: Το τρισδιάστατο μοντέλο της περιοχής μελέτης όπως προέκυψε από το λογισμικό ArcScene 10.3.