Σημερινές και μελλοντικές υδατικές ανάγκες των καλλιεργειών της δελταϊκής πεδιάδας του Πηνειού Σπυρίδων Κωτσόπουλος Καθηγητής, Διαχείριση Υδατικών Πόρων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε. ΤΕΙ Θεσσαλίας
AGROCLIMA Ομάδα Έργου Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών ΤΕ ΤΕΙ Θεσσαλίας Επιστημονικός Υπεύθυνος Κωτσόπουλος Σπυρίδων, Καθηγητής Ερευνητική Ομάδα Λόκκας Φιλόθεος, Καθηγητής Φαρσιρώτου Ευαγγελία, Αναπλ. Καθηγήτρια Αλαμανής Νικόλαος, Καθηγητής Εφαρμογών Παλαιοχωρλίδης Ηλίας, Διοικητικός Υπάλληλος Μπακούρας Σιδέρης, Ε.Τ.Π. Κοτρώτσιος Δημήτριος, Προσωπικό Η/Υ Αλεξίου Ιωάννης, Ερευνητής Λαζογιάννης Κωνσταντίνος, Ερευνητής Δημάκας Δημήτριος, Ερευνητής Κακαγιάννης Γεώργιος, Ερευνητής Χουλιαρά Αδαμαντία, Ερευνήτρια
Οι παράκτιες ζώνες και ιδιαίτερα οι περιοχές των δέλτα έχουν μεγάλη περιβαλλοντική και κοινωνική σημασία και είναι επιρρεπείς σε φυσικές διεργασίες και στην ανθρώπινη παρέμβαση. Η κλιματική αλλαγή αναμένεται να επηρεάσει τέτοια περιβάλλοντα και οι πολλαπλές επιπτώσεις της θα πρέπει να εξεταστούν προκειμένου να μειωθεί ο κίνδυνος της υποβάθμισης του περιβάλλοντος. Στο συγκεκριμένο έργο μελετάται το δέλτα του Πηνειού.
Κάτω Όλυμπος Θερμαϊκός κόλπος Παλαιόπυργος Όσσα Σχήμα 1. Περιοχή μελέτης του έργου AGROCLIMA
Η παρούσα έρευνα στοχεύει στην εκτίμηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στις απώλειες νερού από εξάτμιση και εξατμισοδιαπνοή σε σχέση με το υδατικό ισοζύγιο στο δέλτα του Πηνειού. Η περιοχή αυτή καλλιεργείται κυρίως με σιτηρά, μηδική, αραβόσιτο, ακτινίδια, ελιές, βαμβάκι και ηλίανθο, ενώ μια μεγάλη έκταση καταλαμβάνεται από υδάτινες επιφάνειες γλυκού νερού και φυσική βλάστηση.
Καλλιέργειες της περιοχής
ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Η υδατοκατανάλωση των καλλιεργειών (εξατμισοδιαπνοή) αποτελεί βασική παράμετρο για τον προγραμματισμό, σχεδιασμό, λειτουργία και διαχείριση αρδευτικών δικτύων και συστημάτων υδατικών πόρων. Η εκτίμησή της βασίζεται κυρίως σε σύνθετες εξισώσεις οι οποίες αξιοποιούν πληθώρα κλιματικών δεδομένων.
Ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό (εξατμισοδιαπνοή) Σήμερα, η πιο αξιόπιστη μέθοδος για την εκτίμηση των αναγκών των καλλιεργειών σε νερό (εξατμισοδιαπνοή) θεωρείται η τροποποιημένη εξίσωση των Penman-Monteith (FAO-56). Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή, αλλά και άλλες προηγούμενες, η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής των καλλιεργειών, ET c, βασίζεται στην εξατμισοδιαπνοή αναφοράς, ET o και το φυτικό συντελεστή, K c. Οι υπολογισμοί γίνονται σύμφωνα με τη σχέση: ET c K c ET o όπου ΕΤ c η ημερήσια εξατμισοδιαπνοή (mm/d), K c ο φυτικός συντελεστής ο οποίος εξαρτάται από το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας και ΕΤ o η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς (mm/d).
Εκτίμηση της Εξατμισοδιαπνοής Για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, ET o, η τροποποιημένη εξίσωση κατά FAO-56 των Penman-Monteith εκφράζεται ως εξής: ET o 0.408 ( R 900 G) u T 273 (1 0.34 u ) n 2 2 ( e s e a ) όπου ET o η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς (mm/d), R n η καθαρή ηλιακή ακτινοβολία (MJ m -2 d -1 ), G η ροής θερμότητας στο έδαφος (MJ m -2 d -1 ) η οποία για ημερήσιο βήμα μπορεί να αγνοηθεί G 0, T η μέση ημερήσια θερμοκρασία σε 2m ύψος ( o C), u 2 η ταχύτητα του αέρα στα 2m ύψος (m s -1 ), e s η πίεση των κορεσμένων υδρατμών (kpa), e a η πραγματική πίεση υδρατμών (kpa), e s - e a το έλλειμμα κορεσμού υδρατμών (kpa), Δ η κλίση της καμπύλης των κορεσμένων υδρατμών σε θερμοκρασία Τ (kpa o C -1 ) και γ η ψυχρομετρική σταθερά (kpa o C -1 ).
Εκτίμηση της υδατοκατανάλωσης (εξατμισοδιαπνοής) Εκτός από τα στοιχεία που αναφέρονται παραπάνω, για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής μια καλλιέργειας απαιτούνται: α) Οι τιμές των φυτικών συντελεστών για τα διάφορα στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας, σύμφωνα με το FAO-56. Αυτές οι τιμές έχουν βρεθεί πως είναι κατάλληλες για τις τοπικές κλιματικές συνθήκες. β) Η διάρκεια των σταδίων ανάπτυξης. Η διάρκεια τροποποιήθηκε έτσι ώστε να λαμβάνονται υπόψη οι τοπικές συνθήκες στους.
Εκτίμηση των αναγκών των καλλιεργειών σε νερό, WR c Για την εκτίμηση των αναγκών των καλλιεργειών σε νερό, WR c, απαιτείται ο υπολογισμός της ωφέλιμης βροχόπτωσης, P e, και της συμβολής της υπόγειας στάθμης, GW. Οι τιμές του P e μπορούν να εκτιμηθούν σε μηνιαία βάση και χρησιμοποιούνται για να υπολογιστούν οι απαιτήσεις των καλλιεργειών σε νερό, WR c, μέσω της εξίσωσης : WR ET P GW c c e (2.3) Όπου WR c οι ανάγκες της καλλιέργειας σε νερό (mm/μήνα), ΕΤ c η μηνιαία εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας (mm/ μήνα), P e η ωφέλιμη βροχόπτωση (mm/ μήνα) και GW η συμβολή της υπόγειας στάθμης.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Τα αποτελέσματα αναφέρονται στην εξατμισοδιαπνοή και στην εκτίμηση των αναγκών των καλλιεργειών σε νερό. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στις εκτιμήσεις της εξάτμισης και της εξατμισοδιαπνοής σύμφωνα με τις προηγούμενες εξισώσεις. Τα ημερήσια κλιματικά δεδομένα από τον μετεωρολογικό σταθμό του Παλαιόπυργου, χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς, ET o.
ETo, mm/d 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 ημέρα 0.00 11/26/2012 1/15/2013 3/6/2013 4/25/2013 6/14/2013 8/3/2013 9/22/2013 11/11/2013 12/31/2013 Σχήμα 2. Εκτίμηση της μέσης ημερήσιας ET o και περιοδικός μέσος για την περίοδο 2013-2014 στον Παλαιόπυργο Λάρισας
Σχήμα 2. Εκτίμηση της μέσης ημερήσιας ET o και περιοδικός μέσος για την περίοδο 2013-2014 στον Παλαιόπυργο Λάρισας Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται το εύρος και οι περιοδικές μέσες τιμές της ET o. Η μέση ET o κυμαίνεται από 0.56mm/ημέρα κατά τη διάρκεια του χειμώνα (Δεκέμβριος), έως 4.91mm/ημέρα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού (Ιούλιος).
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Επιπρόσθετα δεδομένα απαιτούνται για τον υπολογισμό και την ανάλυση της ET o έτσι ώστε να ερευνηθούν οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στο δέλτα του Πηνειού Ποταμού, αφορούν τις μέσες ημερήσιες τιμές της θερμοκρασίας αέρα, σχετικής υγρασίας, ταχύτητας του αέρα και συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας, τα οποία προέρχονται από τις προσομοιώσεις του χωρικού κλιματικού μοντέλου RACMO-2 (KNMI) με χωρική ανάλυση 0.22 x 0.22 (περίπου 25km x 25km) για τις χρονικές περιόδους 2021-2050 και 2071-2100, σε σχέση με την περίοδο αναφοράς 1961-1990 και για το σενάριο Α1Β το οποίο περιγράφει ένα μελλοντικό κόσμο με ταχύτατη οικονομική ανάπτυξη.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Τα ημερήσια δεδομένα σε τρεις περιόδους των τριάντα χρόνων (1961-90, 2021-50 και 2071-2100) παράγουν τρεις τριακονταετίες ημερήσιων τιμών ET o. Αυτές οι τιμές παρουσιάζουν μια αυξητική τάση. Η μέση ετήσια ET o ποικίλει (αρχή-τέλος) από: 2.91-2.93 mm/ημέρα κατά τη διάρκεια της περιόδου 1961-90, 3.02-3.22mm/ ημέρα κατά τη διάρκεια της περιόδου 2021-50 3.30-3.47mm/ ημέρα κατά τη διάρκεια της περιόδου 2071-2100.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Σχήμα 3. Εκτίμηση της ημερήσιας περιοδικής ET o για τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-00 στον Παλαιόπυργο Λάρισας.
Σχήμα 3. Εκτίμηση της ημερήσιας περιοδικής ET o για τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-00 στον Παλαιόπυργο Λάρισας. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται οι περιοδικές μέσες ημερήσιες τιμές της ET o κατά τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-2100. Στο Σχήμα 3 φαίνεται καθαρά η αύξηση των τιμών της ET o στο εγγύς και απώτερο μέλλον.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Τα αποτελέσματα του Σχήματος 3 χρησιμοποιήθηκαν για να εκτιμηθεί η εξατμισοδιαπνοή των καλλιεργειών (ανάγκες σε νερό) για έξι κύριες καλλιέργειας της περιοχής μελέτης: Ακτινίδια, ελιά, μηδική, αραβόσιτο, ηλίανθο και βαμβάκι. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης λαμβάνουν υπόψη τους φυτικούς συντελεστές, K c και την ωφέλιμη βροχόπτωση P e και παρουσιάζονται στους Πίνακες 1, 2 και 3.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στον Πίνακα 1 φαίνεται πώς οι τιμές της συνολικής εξατμισοδιαπνοής αλλάζουν από καλλιέργεια σε καλλιέργεια και από περίοδο σε περίοδο. Σήμερα, κυμαίνονται από ~450 mm/έτος (ηλίανθος) έως ~770 mm/έτος (ακτινίδια). Η πιο υδροβόρα καλλιέργεια είναι τα ακτινίδια και ακολουθεί η μηδική, ενώ ο ηλίανθος καταναλώνει το λιγότερο νερό. Η συνολική ET c αναμένεται να αυξηθεί και κατά μέσο όρο κυμαίνεται από 536 έως 931 mm/έτος κατά την περίοδο 2047-50 και από 577 έως 980 mm/έτος κατά την περίοδο 2097-100.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται επίσης οι ποσοστιαίες διαφορές της συνολικής εξατμισοδιαπνοής των καλλιεργειών για το εγγύς (2021-50) και απώτερο μέλλον (2071-2100) σε συνάρτηση με την περίοδο αναφοράς 2013-14. Αυτές οι διαφορές μπορούν να φτάσουν το 22% και 29% για τις δυο περιόδους αντίστοιχα.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Πίνακας 1. Μέση συνολική εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας, ET c, σε mm/έτος για ακτινίδια, ελιά, μηδική, αραβόσιτο, ηλίανθο και βαμβάκι κατά τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-2100 Μέση ολική εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας, ET c, (mm/έτος) Περίοδος ET ακτινίδια ET ελιά ET μηδική ET αραβόσιτος ET ηλίανθος ET βαμβάκι 2013-14 769 590 682 565 448 543 2047-50 2097-00 931 21.1% * 21,9% * 19,5% * 21,1% * 19,6% * 22,3% * 719 815 684 536 664 980 27,4% ** 27,6% ** 27,6% ** 29,0% ** 28,8% ** 28,7% ** 753 870 729 577 699 * Ποσοστιαία διαφορά της ολικής ET c της περιόδου 2047-50 με την περίοδο 2013-14 ** Ποσοστιαία διαφορά της ολικής ET c της περιόδου 2097-2100 με την περίοδο 2013-14
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ο αραβόσιτος και τα ακτινίδια καταναλώνουν το περισσότερο νερό και το λιγότερο οι ελιές και ο ηλίανθος. Επί του παρόντος, η μέση εποχιακή ET c, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, μπορεί να είναι για τον αραβόσιτο έως ~470 mm η οποία είναι κατά 50% υψηλότερη από ότι στις ελιές (295 mm). Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει την αύξηση των τιμών της εποχιακής ET c στο εγγύς και απώτερο μέλλον. Αυτές οι διαφορές μπορούν να φτάσουν το 23% και 30% για τις δυο περιόδους αντίστοιχα.
Πίνακας 2. Μέση εποχιακή (καλοκαίρι) εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας, ET c, σε mm/εποχή για ακτινίδια, ελιές, μηδική, αραβόσιτο, ηλίανθο και βαμβάκι κατά τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-2100 Μέση εποχιακή (καλοκαίρι) εξατμισοδιαπνοή, ET c, (mm/εποχή) Περίοδος ET ακτινίδια ET ελιές ET μηδική ET αραβόσιτος ET ηλίανθος ET βαμβάκι 2013-14 444 295 401 467 304 412 2047-50 2097-00 544 22,5% * 22,7% * 22,4% * 22,7% * 21,1% * 22,8% * 362 491 573 368 506 575 29,5% ** 29,5% ** 29,7% ** 29,8% ** 29,9% ** 29,9% ** 382 520 606 395 535 * Ποσοστιαία διαφορά της εποχιακής ET c της περιόδου 2047-50 με την περίοδο 2013-14 ** Ποσοστιαία διαφορά της εποχιακής ET c της περιόδου 2097-2100 με την περίοδο 2013-14
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Οι μεγαλύτερες ποσοστιαίες διαφορές αναμένονται στις εποχιακές ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό, WR c, λόγω της σημαντικής μείωσης της βροχόπτωσης και ως εκ τούτου της ωφέλιμης βροχόπτωσης P e στο εγγύς (2021-2050) και απώτερο μέλλον (2071-2100). Αυτές οι διαφορές παρουσιάζονται στον Πίνακα 3 και μπορεί να φθάνουν το 42% και 53% για τις δυο περιόδους αντίστοιχα.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Πίνακας 3. Μέσες εποχιακές (καλοκαίρι) ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό, WR c, σε mm/εποχή για ακτινίδια, ελιές, μηδική, αραβόσιτο, ηλίανθο και βαμβάκι κατά τις περιόδους 2013-14, 2047-50 και 2097-2100 Μέσες εποχιακές (καλοκαίρι) ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό, WR c, σε mm/εποχή Περίοδος WR ακτινίδια WR ελιές WR μηδική WR αραβόσιτος WR ηλίανθος WR βαμβάκι 2013-14 399 250 356 422 259 367 2047-50 2097-00 536 354 483 565 360 498 34,6% * 42,0% * 35,9% * 34,1% * 39,4% * 36,0% * 575 382 520 606 395 535 44,3% ** 53,1% ** 46,3% ** 43,8% ** 52,8% ** 46,0% ** * Ποσοστιαία διαφορά της εποχιακής WR c της περιόδου 2047-50 με την περίοδο 2013-14 ** Ποσοστιαία διαφορά της εποχιακής WR c της περιόδου 2097-2100 με την περίοδο 2013-14
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (1) Από την εκτιμώμενη συνολική εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας, την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή και τις εποχιακές ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό στην περιοχή του δέλτα του Πηνειού μπορούμε να εξάγουμε τα εξής συμπεράσματα: Η μέση συνολική εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας σχετίζεται με το είδος της καλλιέργειας και κυμαίνεται από ~450 mm/έτος (ηλίανθος) έως ~770 mm/έτος (ακτινίδιο).
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (2) Η μέση εποχιακή (καλοκαίρι) εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας και οι ανάγκες σε νερό, σχετίζονται και αυτές με το είδος της καλλιέργειας και κυμαίνονται από 295 έως 467 mm για την ελιά (ελάχιστο) και από 250 έως 422 mm για τον αραβόσιτο (μέγιστο). Όσον αφορά τα σενάρια αλλαγής του κλίματος, η συνολική εξατμισοδιαπνοή, η εποχιακή (καλοκαίρι) και οι εποχιακές ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό αναμένεται να αυξηθούν στο εγγύς (2021-2050) και απώτερο μέλλον (2071-2100):
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (3) Αναφορικά με τη συνολική εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας από ~20% (μηδική και ηλίανθος) σε ~29% (αραβόσιτος, ηλίανθος, βαμβάκι) στο τέλος των παραπάνω χρονικών περιόδων αντίστοιχα. Αναφορικά με την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας από ~21% (ηλίανθος) σε ~30% στο τέλος των παραπάνω χρονικών περιόδων αντίστοιχα.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (4) Αναφορικά με τις εποχιακές ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό από ~34% (αραβόσιτος) σε ~53% (ελιές, ηλίανθος) στο τέλος των παραπάνω χρονικών περιόδων αντίστοιχα. Στο εγγύς και απώτερο μέλλον οι πιο υδροβόρες καλλιέργειες σε σχέση με τη συνολική εξατμισοδιαπνοή και τις ανάγκες σε νερό είναι τα ακτινίδια και ο αραβόσιτος.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (5) Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας παρουσιάζουν τις σημερινές και μελλοντικές τάσεις των παραμέτρων: συνολική και εποχιακή εξατμισοδιαπνοή των καλλιεργειών καθώς και καθώς και των εποχιακών αναγκών των καλλιεργειών σε νερό οι οποίες επηρεάζουν τις γεωργικές δραστηριότητες όπως η άρδευση.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (6) Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να συμβάλλουν στην υιοθέτηση στρατηγικών για αειφόρο ανάπτυξη και εφόσον ληφθούν υπόψη, να μετριάσουν τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.
AGROCLIMA / 11ΣΥΝ_3_1913 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ