ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΝΗΣΟΥ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ G.I.S ΓΑΡΜΠΗ ΣΟΦΙΑ ίβλεψη:.α Μιµίκου, Καθηγήτρια Ε.Μ.Π Αθήνα, Οκτώβριος 2004
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός είναι υδρολογική διερεύνηση της Κεφαλονιάς µε χρήση G.I.S.. έτσι ώστε να αποτελέσει ένα χρήσιµο εργαλείο στη προσπάθεια µιας επιτυχηµένης διαχείρισης των υδατικών πόρων του νησιού. Με βάση τα συµπεράσµατα που θα προκύψουν από τη µελέτη αυτή θα γίνουν οι κατάλληλες προτάσεις ς για την επίλυση του υδρολογικού προβλήµατος της νήσου Κεφαλονιάς. Ύπαρξη υδρολογικού προβλήµατος Ανεξέλεγκτη διόρυξη γεωτρήσεων Υφαλµύρινση των υπογείων υδάτων Περιορισµένη εκµετάλλευση των επιφανειακών υδάτων Πρωτογενής τοµέας όχι ιδιαίτερα ανεπτυγµένος λόγω των µικρών διαθέσιµων υδατικών πόρων για άρδευση.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΝΗΣΟΥ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ Ανήκει στο νησιωτικό συγκρότηµα των Ιονίων Νήσων της υτικής Ελλάδας. Είναι το µεγαλύτερο από τα Επτάνησα Βρίσκεται νότια από τη Λευκάδα και την Ιθάκη, βόρεια από τη Ζάκυνθο και απέναντι από το άνοιγµα του Κορινθιακού/ Πατραϊκού κόλπου. Έχει συνολική έκταση 808 Km 2 Παρουσιάζει µέγιστο υψόµετρο 1628 m. Ο πληθυσµός του Νοµού σύµφωνα µε την απογραφή του 2001 ανέρχεται στους 39.488 κατοίκους. Η ποσοστιαία απασχόληση στους 3 τοµείς της οικονοµίας στο σύνολο του Νοµού το 2000 ήταν Πρωτογενή 29%, ευτερογενή 18%, Τριτογενή 53%.
ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΝΗΣΙΟΥ Χωρίζεται γεωγραφικά σε 2 τµήµατα: το ανατολικό (κύριος κορµός & χερσόνησος Ερίσσου) και το πολύ µικρό δυτικό τµήµα (χερσόνησος Παλικής). τον κορµό του νησιού διακρίνονται βασικές οροσειρές: Ο Αίνος στη πλευρά του κορµού µε µέγιστο όµετρο 1.628 m και µήκος 11 Km & Άτρος στις ΒΑ ακτές µε µέγιστο όµετρο 1.078 m. Η χερσόνησος της Ερίσσου αποτελείται από µια ορεινή έξαρση µε ψηλότερη ρυφή το Καλόν Όρος (901 m). Οι πεδινές εκτάσεις του νησιού είναι λίγες ενώ το πεδινότερο τµήµα µα βρίσκετα η χερσόνησο της Πάλης (Λιβάδι & Ληξούρι).
ΚΛΙΜΑ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Υπάρχει ένας υδροµετεωρολογικός σταθµός στο Αργοστόλι (Ε.Μ.Υ.) µε συντεταγµένες 38 ο 11 πλάτος, 20 ο 29 µήκος και υψόµετρο 22 m. Το κλίµα της Κεφαλονιάς είναι µεσογειακό χερσαίου τύπου: o Μέση ετήσια θερµοκρασία 18 ο C, o Μέσο ετήσιο ύψος βροχής περίπου 1000 mm o Αριθµό ηµερών βροχής 94 ηµέρες o Υψηλή σχετική υγρασία Η ετήσια πορεία της µέσης σχετικής υγρασίας του αέρα παρουσιάζει µικρή διακύµανση µε ελάχιστη τιµή τον Ιούλιο και µέγιστη το Νοέµβριο. Επικρατέστεροι άνεµοι ετησίως είναι Β και Β. Το χειµώνα όµως επικρατούν οι Ν, Ν και ΒΑ άνεµοι (κίνηση των βαροµετρικών χαµηλών).
Υ ΡΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Το µεγαλύτερο τµήµα του νησιού αποτελείται από ασβεστολιθικούς σχηµατισµούς. Καρστικοί µηχανισµοί καθορίζουν σε µεγάλο βαθµό την κατάσταση της τ Υ.Υ της Κεφαλονιάς: επιτρέπουν την εισβολή θαλασσινού νερού προς το εσωτερικό ερικό δια µέσου των καρστικοποιηµένων πετρωµάτων σε µεγάλες αποστάσεις (δυσκολίες στην εκµετάλλευση των καρστικών νερών). Οι µεγαλύτερες υδρογεωλογικές ενότητες είναι ανοικτές, από µία ή περισσότερες πλευρές προς τη θάλασσα, µε την οποία βρίσκονται σε ελεύθερη υδραυλική επικοινωνία επί µήκους πολλών χλµ. Οι συνθήκες τροφοδοσίας, οσίας, φυσικής εκφόρτισης και εκµετάλλευσης των Υ.Υ που υπάρχουν σ αυτές, δηµιουργούν µεγάλο ή µικρότερο κίνδυνο υφαλµύρινσης των νερών τους. Φαινόµενο Αργοστολίου Καραβόµυλου. Έρευνες στις αρχές του 60 έδειξαν ότι το σύστηµα καταβόθρων βόρεια της χερσονήσου Αργοστολίου επικοινωνεί, µέσω καρστικών αγωγών, µε τις πηγές Σάµης Αγ. Ευφηµίας.
ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Γεωτρήσεις Από τις 239 «νόµιµες» γεωτρήσεις οι 106 είναι άχρηστες (π.χ λόγω υφαλµύρινσης των υπόγειων νερών) ενώ από τις υπόλοιπες 133 γεωτρήσεις ένας µικρός αριθµός δεν χρησιµοποιείται, οι 37 διατίθενται για ύδρευση και οι υπόλοιπες για άρδευση. Πηγές υστυχώς οι µεγαλύτερες πηγές που εκφορτίζουν πλούσιους ασβεστολιθικούς υδροφορείς είναι παραθαλάσσιες και υποθαλάσσιες, συνήθως έντονα υφαλµυρωµένες. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η λιµνοπηγή Μεγάλη Άβυθος ή Άκολη που αναβλύζει σε υψόµετρο 288 m και η Μικρή Άβυθος. αµίευση επιφανειακών νερών πάρχουν 2 Εξωποτάµιες λιµνοδεξαµενές (L1( 1 & L2) στην Αγία Ειρήνη µε νατότητες ύδρευσης, άρδευσης ή και τα δύο.
Μεγάλη Άβυθος Μικρή Άβυθος
Εξωποτάµια λιµνοδεξαµενή L1 στην Αγία Ειρήνη Εξωποτάµια λιµνοδεξαµενή L2 στην Αγία Ειρήνη
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Σ.Γ.Π Πυρήνας του λογισµικού διαχείρισης των γεωγραφικών πληροφοριών είναι το Σ.Γ.Π. ArcView GIS 3.1. Προσφέρει ποικιλία δυνατοτήτων όπως η απεικόνιση, η ανάλυση, ο χειρισµός γεωγραφικών και περιγραφικών δεδοµένων, εκτυπώσεις, γραφήµατα κ.α.). ΕΘΝΙΚΗ ΤΡΑΠΕΖΑ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ Άντληση των µετεωρολογικών σταθµών που βρίσκονται στο νησί της Κεφαλονιάς αλλά και σταθµών που πλησίον αυτού. πάνω Τα δεδοµένα που περιείχε η ΕΤΥΜΠ για την Κεφαλονιά και για µερικούς άλλους σταθµούς ήταν ελλιπή. Τα στοιχεία αυτά ελήφθησαν από την Ε.Μ.Υ.
ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Ε ΟΜΕΝΩΝ Υδατικό ιαµέρισµα «Βόρεια Πελοπόννησος»
Χάραξη Λεκανών Απορροής της Κεφαλονιάς 1. Λεκάνη Νότιας Παλικής 90% Νεογενείς αποθέσεις, αργιλικές & µαργαϊκές, 10% ασβεστόλιθοι 2. Λεκάνη Αγίας Ευφηµίας 85-90% ασβεστόλιθοι 15-10% 10% αλλουβιακές και νεογενείς αποθέσεις & πλευρικά κορήµατα 3. Λεκάνη Σάµης 85-90% ασβεστόλιθοι 15-10% 10% αλλουβιακές και νεογενείς αποθέσεις & πλευρικά κορήµατα 4. Λεκάνη Πόρου 50% ασβεστόλιθους 4 Αντιπροσωπευτικές Λεκάνες 50% νεογενείς αποθέσεις & τριαδικά λατυποπαγή µε γύψους
Υπολογισµός των Χαρακτηριστικών των Λεκανών - Χάραξη Υψογραφικής καµπύλης ΕΩΜΕΤΡΙΑ ΨΟΜΕΤΡΟ [m] Κλίση [%] ΛΕΚΑΝΗ ΝΟΤΙΑΣ ΠΑΛΙΚΗΣ (1) Εµβαδόν [Km 2 ] Περίµετρος [Km] είκτης Συµπαγούς είκτης Κυκλικότητας είκτης Επιµήκυνσης Μήκος κύριου υδατορέµατος [m] Ελάχιστο Μέγιστο Μέσο Μέγιστη Μέση 19,505 29,7 1721,65 0,278 0,8 11810,41 0 444,9667 148,3025 34,1326 6,9581
Χάραξη Υδρογραφικού ικτύου Λεκανών Απορροής Υπολογισµός Στατιστικών Μεγεθών Υ. Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΓΙΑΣ ΕΥΦΗΜΙΑΣ (2) Χαρακτηριστικά 1 ης Τάξης 2 ης Τάξης 3 ης Τάξης 4 ης Τάξης Πυκνότητα Μήκος κύριου υδατορέµατος [Km] Συνολικός µήκος υδατορέµατος [Km] Πλήθος Κλάδων Συνολικός µήκος [Km] Πλήθος Κλάδων Συνολικός µήκος [Km] Πλήθος Κλάδων Συνολικός µήκος [Km] Πλήθος Κλάδων Συνολικός µήκος [Km] 0,00196 12,785 109,629 112 64,212 54 21,305 29 17,134 23 6,976
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ 1. Συµπλήρωση των παρατηρήσεων βροχόπτωσης 30 Υδρολογικά Έτη 1970~2000 Μέθοδος Συσχέτισης και Παλινδρόµησης Βαθµός καταλληλότητας της µεθόδου συντελεστή συσχέτισης r (r 0.7 ) Εκτίµηση του Εφαρµογή της Μεθόδου σε γειτονικούς σταθµούς του σταθµού Αργοστολίου Επιλογή του σταθµού της Ε.Μ.Υ. στον Άραξο (γραµµική συσχέτιση των µέσων µηνιαίων τιµών των δύο σταθµών δίνει r = 0.9948 αλλά και η γραµµική συσχέτιση των επιµέρους µηνών δίνουν r 0.7 π.χ Ιούνιος r = 0.8357)
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ 2. Επιφανειακή ολοκλήρωση σηµειακών βροχοπτώσεων Παραγωγή Πολυγώνων Thiessen Σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ 3. Εύρεση βροχοβαθµίδας Αναγωγή των βροχοπτώσεων στο υψόµετρο των Λεκανών Ανοιγµένο ύψος βροχής: Ps = Pσ σ + β(zs Zs-Zσ) Όπου: Ps η µέση µηνιαία βροχόπτωση της λεκάνης απορροής Pσ η µέση µηνιαία βροχόπτωση του σταθµού του Αργοστολίου Zs το µέσο υψόµετρο της λεκάνης απορροής Zσ το υψόµετρο του σταθµού του Αργοστολίου β η βροχοβαθµίδα. ΜΕΣΗ ΜΗΝΙΑΙΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ [mm] 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 ΒΡΟΧΟΒΑΘΜΙ Α ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ y = 0.076x + 143.37 0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800. ΥΨΟ ΜΕΤΡΟ [m]
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ 1. Επιφανειακή ολοκλήρωση σηµειακών Θερµοκρασιών (Παραγωγή πολυγώνων Thiessen) Σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν Σταθµός Υψόµετρο [m] Υδατικό ιαµέρισµα Υπηρεσία Αργοστόλι 25.8 Βόρεια Πελοπόννησος Ε.Μ.Υ. Ανδραβίδα 9.8 Βόρεια Πελοπόννησος Ε.Μ.Υ. Άραξος 11.5 Βόρεια Πελοπόννησος Ε.Μ.Υ. οκκινοπηλιά 513.8 Ήπειρος.Ε.Η. Υης Λούρου 90.9 Ήπειρος.Ε.Η.
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ Ανοιγµένη θερµοκρασία: 2. Εύρεση Θερµοβαθµίδας - Αναγωγή των θερµοκρασιών στο υψόµετρο των Λεκανών Τs = Τσ + α (Zs-Zσ) Zσ) Όπου: Τs η µέση µηνιαία θερµοκρασία της λεκάνης απορροής, Τσ η µέση µηνιαία θερµοκρασία του σταθµού του Αργοστολίου, Zs το µέσο υψόµετρο της λεκάνης απορροής, Zσ το υψόµετρο του σταθµού του Αργοστολίου α η θερµοβαθµίδα. ΜΕΣΗ ΜΗΝΙΑΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ o [ C] 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 ΘΕΡΜΟΒΑΘΜΙ Α ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ y = -0.0127x + 9.6706 0 100 200 300 400 500 60 ΥΨΟΜΕΤΡΟ [m]
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ υνητική Εξατµισοδιαπνοή 1. Μέθοδος Thornthwaite E p Όπου: Ε Ρ η δυνητική εξατµισοδιαπνοή [mm[ mm/mth] ti η µέση µηνιαία θερµοκρασία σε o C µ ο αριθµός ηµερών κάθε µήνα J ο ετήσιος δείκτης θερµοκρασίας J = 10 = 16 J 12 i= 1 j i t i µ Ν 360 3 ji ο µηνιαίος δείκτης 2 ji = 0.09 t α µια εµπειρική παράµετρος (α = 0.016 J + 0.5) Ν η µέση αστρονοµική διάρκεια της ηµέρας (Ν = 1.46 Ρ) Ρi ποσοστό ωρών ηµέρας κάθε µήνα δίνεται από πίνακα µε γραµµική παρεµβολή
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ υνητική Εξατµισοδιαπνοή 1. Μέθοδος Penman Monteith E' = R + γ' λ n + γ F + γ' ( u) D Οι παράµετροι αυτής της εξίσωσης αναλύονται ως εξής: ίεση κορεσµού των υδρατµών [hpa[ hpa] 17.27 T e s = 6.11 exp 237.3 + T Έλλειµµα κορεσµού των υδρατµών D = e s e [hpa] Κλίση καµπύλης κορεσµού υδρατµών [hpa/ ο C] = 4098 e s ( T + 237.3) 2 χροµετρικός συντελεστής Σχετική υγρασία U = e e s 100 % Λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης λ = 2501 2.361 Τ [kj/kg] Ποσοστό ακτινοβολίας που εισέρχεται στο έδαφος [kj/m 2 /d] S γ =0.67 [hpa[ hpa/ o C] n = (1-a) f s So Βαθµός ανακλαστικότητας εδάφους ή λευκαύγεια 0 < α < 1
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ υνητική Εξατµισοδιαπνοή 1. Μέθοδος Penman Monteith Αδιάστατος συντελεστής απορρόφησης από την ατµόσφαιρα n f s = a s + b s N ική καθαρή ενέργεια ακτινοβολίας Καθαρή ακτινοβολία µακρών κυµάτων [kj/m 2 /d] L n = ε n f L σ (T + 273) 4 Αδιάστατος συντελεστής ε n = a e b e e R n = S n L n Τροποποιηµένη έκφραση ψυχροµέτρου συντελεστή γ = (1+0.33 u) γ Τροποποιηµένη µορφή της συνάρτησης ανέµου α µεγέθη So (ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στα όρια ς ατµόσφαιρας ) και N (αστρονοµικής διάρκειας της ρας) για κάθε λεκάνη απορροής της Κεφαλονιάς ολογίζονται πίνακες µε γραµµική παρεµβολή µε βάση το F 90 T + 273 ( u) = u Συντελεστής επίδρασης της νέφωσης f L = a L b L n N Σταθερά Stefan Boltzma σ = 4.9 10-6 kj/m 2 /K 4 /d
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ 1. Μέθοδος Turk Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή E = P 0.9 + P L 2 2 T για P/L T >0.316 L T = 300 + 25 T + 0.05 T 3 E = P για P/L T 0.316 Όπου: Ε: η ετήσια πραγµατική εξατµισοδιαπνοή, mm P: η ετήσια βροχόπτωση, mm Τ: η µέση ετήσια θερµοκρασία, o C L T : ο θερµικός δείκτης
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ 2. Μέθοδος Coutagne Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή E= P-λ P 2 1 λ = 0.8 + 0.14 Τ E= P 1 1 Ρ 8λ 2λ 1 > Ρ 8λ E = 0.2 + 0.035 Τ P > 1 2λ Όπου: Ε: η ετήσια πραγµατική εξατµισοδιαπνοή, m P: : η ετήσια βροχόπτωση, m Τ: η µέση ετήσια θερµοκρασία, oc
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ 3. 1η Εξίσωση Ol Dekop Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή E E = P 1 exp P p Όπου: Ε: η ετήσια πραγµατική εξατµισοδιαπνοή, mm P: η ετήσια βροχόπτωση, mm Ε Ρ : η ετήσια δυνητική εξατµισοδιαπνοή (όπως υπολογίζεται µε τις µεθόδους Penman Monteith και Thornthwaite), mm
Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης, πραγµατικής και δυνητικής εξατµισοδιαπνοής της Λεκάνης Νότιας Παλικής 1600.0 Ρ, Ε, Ερ [mm] 1400.0 1200.0 1000.0 800.0 600.0 400.0 200.0 0.0 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 Υδρολογικό έτος Βροχόπτωση Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κα TURK Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή κατ COUTAGNE υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Penman-Monteith υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Thornthwaite Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κα OL' DEKOP Penman-Montieth Πραγµαµτική Εξατµισοδιαπνοή κ OL' DEKOP Thornthwaite Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης, πραγµατικής και δυνητικής εξατµισοδιαπνοής της Λεκάνης Αγίας Ευφηµίας 1800.0 1600.0 1400.0 1200.0 1000.0 800.0 600.0 400.0 200.0 0.0 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 Βροχόπτωση Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κατά TURK Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή κατά COUTAGNE υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Penman-Monteith υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Thornthwaite Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κατά OL' DEKOP Penman-Montieth Πραγµαµτική Εξατµισοδιαπνοή κατά OL' DEKOP Thornthwaite
Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης, πραγµατικής και δυνητικής εξατµισοδιαπνοής της Λεκάνης Σάµης Ρ, Ε, Ερ [mm] 1800.0 1600.0 1400.0 1200.0 1000.0 800.0 600.0 400.0 200.0 0.0 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 Υδρολογικό έτος Βροχόπτωση Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κα TURK Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή κατ COUTAGNE υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Penman-Monteith υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Thornthwaite Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κα OL' DEKOP Penman-Montieth Πραγµαµτική Εξατµισοδιαπνοή κ OL' DEKOP Thornthwaite Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης, πραγµατικής και δυνητικής εξατµισοδιαπνοής της Λεκάνης Πόρου 1800.0 1600.0 1400.0 1200.0 1000.0 800.0 600.0 400.0 Βροχόπτωση Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κατά TURK Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή κατά COUTAGNE υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Penman-Monteith υνητική Εξατµισοδιαπνοή κατά Thornthwaite Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή κατά OL' DEKOP Penman-Montieth Πραγµαµτική Εξατµισοδιαπνοή κατά OL' DEKOP Thornthwaite 200.0 0.0 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ Η δυνητική εξατµισοδιαπνοή της µεθόδου Tornthwaite είναι υποεκτιµηµένη και στις 4 λεκάνες, σε σχέση µε αυτή της µεθόδου Penman Monteith. Στη εφαρµογή του Υ.Ι. (µηνιαίας βάσης) θα χρησιµοποιηθεί η µέθοδος Penman Monteith. Η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή της µεθόδου OL DEKOP µε Tornthwaite είναι επίσης υποεκτιµηµένη και στις 4 λεκάνες, σε σχέση µε αυτή που υπολογίστηκε χρησιµοποιώντας τη δυνητική εξατµισοδιαπνοή της µεθόδου Penman Monteith. Οι µέθοδοι TURK & COUTAGNE δίνουν τιµές στη πραγµατική εξατµισοδιαπνοή (σε περιπτώσεις έντονης βροχόπτωσης) µεγαλύτερες από την αντίστοιχη δυνητική εξατµισοδιαπνοή, φαινόµενο εξαιρετικά σπάνιο. Στην εφαρµογή του Υ.Ι (ετήσιας βάσης) θα χρησιµοποιηθεί η 1 η Εξίσωση OL DEKOP µε δυνητική εξατµισοδιαπνοή από τη µέθοδο Penman Monteith.
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 1. Μοντέλο Ετήσιου Υδατικού Ισοζυγίου Λεκάνης Ως όγκος αναφοράς θεωρείται η υδρολογική λεκάνη και η εξίσωση του Υ.Ι είναι η εξής: S S = IN - OUT S S = P + I E Q A D + G Όπου: S η µεταβολή στην αποθηκευόµενη ποσότητα νερού πάνω & κάτω από την επιφάνεια της γης που οφείλεται σε µεταβολές στη χωρητικότητα επιφανειακών ταµιευτήρων & υπογείων υδροφορέων ή σε µεταβολές της εδαφικής υγρασίας. Ρ οι συνολικές κατακρηµνίσεις στην επιφάνεια της λεκάνης. Ι οι επιφανειακές εισροές (προερχόµενες έξω από τη λεκάνη) Ε οι υδρολογικές απώλειες λόγω της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (εξάτµιση από την επιφάνεια ταµιευτήρων και εξατµισοδιαπνοή φυτών). Q A η επιφανειακή εκροή δηλαδή η ζητούµενη επιφανειακή απορροή στην έξοδο της λεκάνης. D οι υπόγειες εκροές (βαθιά διήθηση) οι οποίες είτε επανεισέρχονται στον όγκο αναφοράς µέσα από τις πηγές, είτε εκρέουν εκτός του όγκου αναφοράς. α
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 1. Μοντέλο Ετήσιου Υδατικού Ισοζυγίου Λεκάνης Παραδοχές 1. εν υπάρχουν επιφανειακές εισροές Ι = 0. 2. Στις υπόγειες εισροές (G)( ) τα πράγµατα είναι πιο πολύπλοκα. Η Λεκάνη της Σάµη είναι αποδεδειγµένο ότι τροφοδοτείται υπογείως από υτικά µε καρστικού αγωγούς (φαινόµενο Αργοστολίου Καραβόµυλου), αλλά και από τη Λεκάνη Πόρου Η έλλειψη στοιχείων δυσκολεύει το προσδιορισµό του µεγέθους G.. Έτσι όπου αυτ δεν µπορεί να θεωρηθεί αµελητέο, υποθέτουµε ότι εµπεριέχεται στο S. 3. Η εξάτµιση από την επιφάνεια των ταµιευτήρων θεωρείται αµελητέα είτε γιατί δε υπάρχουν σε ορισµένες λεκάνες είτε γιατί όπου υπάρχουν (λιµνοδεξαµενές L1 & L και Μεγάλη & Μικρή Άβυθος) η επιφάνειά τους είναι πολύ µικρή. 4. Υπόγειοι Υδροφορείς παρότι είναι γνωστό ότι υπάρχουν, δεν έχουµε στοιχεία για τ πώς αυτοί συνδέονται µε τη µεταβολή της αποθηκευτικότητας. 5. Η µεταβολή στην αποθήκευση S οφείλεται στην µεταβολή της εδαφικής υγρασία της σχετικά ανώτερης επιφάνειας. 6. Οι περισσότερες χιονοπτώσεις είναι µικρές & περιλαµβάνονται στην βροχόπτωση. 7. Συµβολίζουµε την ποσότητα (Q( A + D) ) µε Q το συνολικό υδατικό πλεόνασµα
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 1. Μοντέλο Ετήσιου Υδατικού Ισοζυγίου Λεκάνης Η εξίσωση υδατικού ισοζυγίου γίνεται: S S = P P E Q Όπου: S η µεταβολή στην αποθηκευόµενη ποσότητα νερού λόγω µεταβολών της εδαφικής υγρασίας. Το S είναι µηδέν λόγω του ότι αναφέρεται το υδατικό ισοζύγιο σε ετήσια βάση και η µεταβολή αυτή µηδενίζεται στο τέλος κάθε χρόνου. Ρ οι συνολικές ετήσιες βροχοπτώσεις στην επιφάνεια της λεκάνης. Ε η πραγµατική ετήσια εξατµισοδιαπνοή Q το συνολικό υδατικό πλεόνασµα = επιφανειακή απορροή στην έξοδο της λεκάνης + βαθιά διήθηση. Το ζητούµενο µέγεθος για κάθε λεκάνη της Κεφαλονιάς
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 2. Μοντέλο Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου Thorthwaite Η εξίσωση υδατικού ισοζυγίου είναι: S S = P E Q A D = P E Q Το µοντέλο Thorthwaite εξοµοιώνει τη λειτουργία της υδρολογικής λεκάνης µε µια απλή δεξαµενή, της οποίας το απόθεµα παριστά την αποθήκευση εδαφικής υγρασίας και η οποία υπερχειλίζει όταν το απόθεµα υπερβεί τη χωρητικότητα Κ. Η υπερχείλιση θεωρείται προς την επιφάνεια (επιφανειακή απορροή) και προς το βάθος (κατείσδυση ή βαθιά διήθηση).
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 2. Μοντέλο Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου Thorthwaite Μεγέθη Μοντέλου P n η βροχόπτωση τη χρονική περίοδο n,, σε mm E pn η δυνητική εξατµισοδιαπνοή τη χρονική περίοδο n,, σε mm S n η εδαφική αποθήκευση τη χρονική περίοδο n,, σε mm E n η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή τη χρονική περίοδο n,, σε mm Q n το πλεόνασµα νερού τη χρονική περίοδο n που προκύπτει από το υδατικό ισοζύγιο, σε mm Q Αn η επιφανειακή απορροή τη χρονική περίοδο n που προκύπτει από το υδατικό ισοζύγιο, σε mm D n η βαθιά διήθηση τη χρονική περίοδο n,, σε mm
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 2. Μοντέλο Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου Thorthwaite Παράµετροι Μοντέλου Κ (mm) η παράµετρος χωρητικότητας δεξαµενής (ή υδατοϊκανότητα), τυπικές τιµές 100 200 mm (στην παρούσα εργασία επιλέγεται η τιµή 180). a η παράµετρος κατανοµής πλεονάζοντος νερού η οποία ορίζεται από τη σχέση QAn QAn a = = Q Q + D διότι Q n = Q An + D n. Η τιµή του α που επιλέγεται εξαρτάται από την αναλογία των ασβεστολιθικών και των αδιαπέρατων πετρωµάτων στη κάθε λεκάνη, αλλά και από το ποσοστό των κατακρυµνισµάτων που µετατρέπεται σε επιφανειακή απορροή σε κάθε είδος πετρώµατος. n An n Λεκάνη Ν. Παλικής Αγ. Ευφηµίας Σάµης Πόρου a 0.1815 0.038125 0.038125 0.01075
Υ ΑΤΙΚΑ ΙΣΟΖΥΓΙΑ 2. Μοντέλο Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου Thorthwaite Για κάθε χρονική περίοδο n ( n = 1 µήνας) είναι γνωστή η P n, η E pn & η S n-1. Με βάση τις εξισώσεις του µοντέλου υπολογίζεται η En,, το Qn και η Sn. Αν P n E pn τότε Εξισώσεις Μοντέλου S n = min(s n-1 + P n E pn, K) και Qn = max(s n-1 + P n E pn K,0) Αν P n E pn τότε Και S n S = n 1 P exp n E K pn και Q n = 0 En = (S( n-1 S n ) + P n Q n = P n S n Q n = P n S n - Q An D n
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΩΝ ΣΤΟΧΟΣ...της εφαρµογής των µοντέλων υδατικού ισοζυγίου στις 4 λεκάνες της Κεφαλονιάς είναι ο προσδιορισµός: A. της συνολικής απορροής στην περίπτωση του ετήσιου ισοζυγίου B. της επιφανειακής απορροής στην περίπτωση του µηνιαίου ισοζυγίου.
Ετήσια Απορροή - Λεκάνη Νότιας Παλικής 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 Απορροή [m 3 /s] 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Υδρολογικό έτος Ετήσια Απορροή - Λεκάνη Αγίας Ευφηµίας 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 Απορροή [m /s] Αποτελέσµατα Ετήσιου Υδατικού Ισοζυγίου Υδρολογικό έτος
Ετήσια Απορροή - Λεκάνη Σάµης 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 1989-90 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 Απορροή [m 3 /s] 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 Αποτελέσµατα Ετήσιου Υδατικού Ισοζυγίου Υδρολογικό έτος Ετήσια Απορροή - Λεκάνη Πόρου 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Απορροή [m 3 /s] 1970-71 1971-72 1972-73 1973-74 1974-75 1975-76 1976-77 1977-78 1978-79 1979-80 1980-81 1981-82 1982-83 1983-84 1984-85 1985-86 1986-87 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Μηνιαία απορροή της Λεκάνης Νότιας Παλικής Ιαν-70 Ιαν-71 Ιαν-72 Ιαν-73 Ιαν-74 Ιαν-75 Ιαν-76 Ιαν-77 Ιαν-78 Ιαν-79 Ιαν-80 Ιαν-81 Ιαν-82 Ιαν-83 Ιαν-84 Ιαν-85 Ιαν-86 Ιαν-87 Ιαν-88 Ιαν-89 Ιαν-90 Ιαν-91 Ιαν-92 Ιαν-93 Ιαν-94 Ιαν-95 Ιαν-96 Ιαν-97 Ιαν-98 Ιαν-99 Ιαν-00 Απορροή (m 3 /s) 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Μήνες Μηνιαία απορροή της Λεκάνης Αγίας Ευφηµίας Ιαν-70 Ιαν-71 Ιαν-72 Ιαν-73 Ιαν-74 Ιαν-75 Ιαν-76 Ιαν-77 Ιαν-78 Ιαν-79 Ιαν-80 Ιαν-81 Ιαν-82 Ιαν-83 Ιαν-84 Ιαν-85 Ιαν-86 Ιαν-87 Ιαν-88 Ιαν-89 Ιαν-90 Ιαν-91 Ιαν-92 Ιαν-93 Ιαν-94 Ιαν-95 Ιαν-96 Ιαν-97 Ιαν-98 Ιαν-99 Ιαν-00 Απορροή (m 3 /s) Μήνες Αποτελέσµατα Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου
1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 Μηνιαία απορροή της Λεκάνης Σάµης Ιαν-70 Ιαν-71 Ιαν-72 Ιαν-73 Ιαν-74 Ιαν-75 Ιαν-76 Ιαν-77 Ιαν-78 Ιαν-79 Ιαν-80 Ιαν-81 Ιαν-82 Ιαν-83 Ιαν-84 Ιαν-85 Ιαν-86 Ιαν-87 Ιαν-88 Ιαν-89 Ιαν-90 Ιαν-91 Ιαν-92 Ιαν-93 Ιαν-94 Ιαν-95 Ιαν-96 Ιαν-97 Ιαν-98 Ιαν-99 Ιαν-00 Απορροή (m 3 /s) 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Μήνες Μηνιαία απορροή της Λεκάνης Πόρου Ιαν-70 Ιαν-71 Ιαν-72 Ιαν-73 Ιαν-74 Ιαν-75 Ιαν-76 Ιαν-77 Ιαν-78 Ιαν-79 Ιαν-80 Ιαν-81 Ιαν-82 Ιαν-83 Ιαν-84 Ιαν-85 Ιαν-86 Ιαν-87 Ιαν-88 Ιαν-89 Ιαν-90 Ιαν-91 Ιαν-92 Ιαν-93 Ιαν-94 Ιαν-95 Ιαν-96 Ιαν-97 Ιαν-98 Ιαν-99 Ιαν-00 Απορροή (m 3 /s) Μήνες Αποτελέσµατα Μηνιαίου Υδατικού Ισοζυγίου
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΩΝ Η Λεκάνη Σάµης εµφανίζει τη µεγαλύτερη ετήσια απορροή µε σχετικά οµαλή διακύµανση περίπου στα 1,7 m 3 /s.. Εξαιρείται το έτος 1971-72 72 όπου εµφανίζεται η µέγιστη τιµή (3,04 m 3 /s)) & το 1989-90 90 µε την ελάχιστη τιµή (0,37 m 3 /s) - κοινό χαρακτηριστικό όλων των λεκανών. Οι Λεκάνες Αγ. Ευφηµίας & Πόρου εµφανίζουν ετήσια απορροή όχι πολύ π µικρότερη από αυτή της Λεκάνης Σάµης. Η Λεκάνη Ν. Παλικής εµφανίζει εξαιρετικά χαµηλή ετήσια απορροή ή (0,36 m 3 /s). Παρατηρήσεις Η Λεκάνη Σάµης έχει τη µεγαλύτερη µηνιαία απορροή και για περισσότερη σότερη διάρκεια (5~6 µήνες το χρόνο). Οι Λεκάνες Αγίας Ευφηµίας & Πόρου δίνουν επίσης µια ικανοποιητική κή µηνιαία απορροή λίγο µικρότερη από αυτή της Λεκάνης της Σάµης (5 µήνες το χρόνο). Η Λεκάνη Ν. Παλικής εµφανίζει χαµηλή µηναία απορροή (4 µήνες το χρόνο). Η µηνιαία απορροή είναι σχεδόν µηδέν κατά τους θερινούς µήνες.
ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ύπαρξη ενός και µόνο υδροµετεωρολογικού σταθµού σε ένα νησί τέτοιας έκτασης και µορφολογικής ανοµοιοµορφίας δηµιουργεί πολλά προβλήµατα στην επεξεργασία των δεδοµένων, στην εξαγωγή αξιόπιστων αποτελεσµάτων και στην επιφανειακή ολοκλήρωση των σηµειακών τιµών. Το σηµαντικότερο πρόβληµα είναι ότι τα µετεωρολογικά δεδοµένα αφορούν ένα εξαιρετικά χαµηλό υψόµετρο (22 m) ) σε σχέση µε το µέσο υψόµετρο του νησιού και των λεκανών απορροής που µελετώνται, δυσκολεύοντας την αναγωγή των τιµών στο υψόµετρο που ενδιαφέρει κάθε φορά.
ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στα υδατικά διαθέσιµα του νησιού ανήκουν και οι πολυάριθµες πηγές & γεωτρήσεις καλής και κακής ποιότητας που όµως µπορούν να συνεισφέρουν στην περαιτέρω ύδρευση του νησιού µε κατάλληλη εκµετάλλευση & καθαρισµό. Σε τέτοιες πηγές οφείλεται και ύπαρξη των λιµνών Μεγάλη και Μικρή Άβυθος. Η ποιοτική διάταση του νερού στη Κεφαλονιά χωλαίνει λόγω της υδρογεωλογικής ιδιορρυθµίας που χαρακτηρίζει το νησί: Οι µεγαλύτερες ασβεστολιθικές υδρογεωλογικές ενότητες του νησιού υφίστανται αλλού µεγαλύτερο και αλλού µικρότερος κίνδυνος υφαλµύρινσης των νερών τους.
ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Η κατασκευή φραγµάτων & λιµνοδεξαµενών για τη συγκράτηση των επιφανειακών απορροών κυρίως στις λεκάνες µε µεγάλη απορροή. Υλοποίηση των οριστικών µελετών έχουν κατατεθεί: Λιµνοδεξαµεν Κατελειού, Ερίσσου, Γριζάτων, Βαλεριάνου, Λυχνίας Ληξουρίου κα Μονοπολάτων Χοχλιά,Χωµάτινο Φράγµα Κατωγής και Σουλάρων Ο καθαρισµός πηγών µε κακής ποιότητας νερό καθώς και η ορθολογικ άντληση από γεωτρήσεις ώστε να µην υφαλµυρινθούν περισσότερο ο υδροφορείς. Καθαρισµός πηγών προτείνεται στη περιοχή Αργοστολίου όπου υπάρχε άµεση ανάγκη, διότι το υπάρχον νερό ύδρευσης που προέρχεται από τ Νεροµάνα παρουσιάζει µη επιτρεπτές ποσότητες αλάτων λόγω υφαλµύρινσης της πηγής. Εγκατάσταση ενός ακόµα υδροµετεωρολογικού σταθµού στο νησί και σ αρκετά µεγάλο υψόµετρο για να έχουµε πιο σωστή άποψη για τι κλιµατολογικές συνθήκες που επικρατούν σε όλη τη Κεφαλονιά.