ΕΦΑΡΜΟΓΗ GIS ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΛΙΜΝΩΝ ΜΙΚΡΗ ΚΑΙ ΜΕΓΑΛΗ ΠΡΕΣΠΑ ΑΠΟ ΜΗ-ΣΗΜΕΙΑΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΠΡΕΣΠΩΝ & ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΩΝ ΙΑΧΕΙΡΙΣΤΙΚΩΝ ΜΕΤΡΩΝ Λάζαρος Ντοανίδης, Μηχανικός Περιβάλλοντος MSc Υδρολόγος ηµήτριος Αργυρόπουλος, Πολιτικός Μηχανικός- MSc Υγιεινολόγος

ΟΜΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Εισαγωγή Αντικείµενο µελέτης Μέθοδος Συντελεστών Εξαγωγής Περιοχη µελέτης Μέθοδοι και εργαλεία που εφαρµόστηκαν PLOAD ArcGIS Αποτελέσµατα Συµπεράσµατα Υφιστάµενη κατάσταση Μετά την εφαρµογή ιαχειριστικών Μέτρων Προτάσεις για µελοντικές βελτιώσεις

ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΜΕΛΕΤΗΣ Η εφαρµογή της Οδηγίας 2000/60/ΕΚ πραγµατοποιείται µέσω των προδιαγραφών του Π 51/2007 για την ολοκληρωµένη προστασία και διαχείριση των υδάτων. Η εκτίµηση των πιέσεων στην ποιοτική κατάσταση των υδάτινων πόρων και η πρόταση διαχειριστικών µέτρων σε µια Λεκάνη Απορροής Ποταµού, απαιτεί την επιµέρους εκτίµηση των πιέσεων από σηµειακές και µη-σηµειακές (διάχυτες) πηγές ρύπανσης. Επιµέρους αντικείµενο του Σχεδίου ιαχείρισης Προστατευόµενης Περιοχής Πάρκου Πρεσπών, ήταν η εκτίµηση των πιέσεων που ασκούνται από διάχυτες πηγές ρύπανσης της ελληνικής λεκάνης του Εθνικού Πάρκου Πρεσπών. Η εκτίµηση των πιέσεων από διάχυτες πηγές ρύπανσης όπως γεωργία, µηεσταβλισµένη κτηνοτροφία, αστικές απορροές κ.α. είναι πιο δύσκολη, καθώς εµπλέκει την χωρική εξάπλωση της ρύπανσης.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΜΕΘΟ ΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ ΕΞΑΓΩΓΗΣ Η χωρική εξάπλωση των διάχυτων πηγών, καθιστά αναγκαία την χρήση GIS και ιδιαίτερα του εργαλείου χωρικής ανάλυσης (spatial analyst) για την ορθότερη και ευκολότερη εκτίµηση της ρύπανσης στους υδάτινους πόρους. Σύµφωνα µε τον ερµηνευτικό οδηγό της Οδηγίας Πλαίσιο για τα νερά (guidance document no.3 of WFD) η αξιολόγηση των διάχυτων πηγών ρύπανσης µπορεί να γίνει µε τη βοήθεια της µεθόδου των Συντελεστών Εξαγωγής (export coefficient). Η προσέγγιση αυτή στηρίζεται στην υπόθεση ότι για συγκεκριµένες κλιµατικές συνθήκες και τύπο εδάφους, ένας συγκεκριµένος τύπος χρήσης γης παράγειαποδίδει συγκεκριµένες ποσότητες θρεπτικών στον υδάτινο αποδέκτη. Παρά την απλότητά της η µέθοδος, έχει εφαρµοστεί επιτυχώς στην µακροπρόθεσµη προσοµοίωση της ρύπανσης από άζωτο (P.J. Johnes, 1993, T.P. Burt, 2001, T.H. Robinson et al, 2005).

ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Η περιοχή µελέτης περιλαµβάνει την ελληνική λεκάνη του Εθνικού Πάρκου Πρεσπών. Η περιοχή χαρακτηρίζεται για την πανίδα και ιδιαίτερα την ορνιθοπανίδα (36 είδη του Παραρτήµατος Ι της Οδηγίας 79/409) και τους οικοτόπους (5 από τους 30 είναι οικότοποι προτεραιότητας της Οδηγίας 92/43).

ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Λίµνες Μικρή και Μεγάλη Πρέσπα Ψηλοί ορεινοί όγκοι περιµετρικά των λιµνών Η Μικρή Πρέσπα βρίσκεται στο µεγαλύτερο µέρος της εντός Ελλάδας, ενώ η Μεγάλη µόνο κατά 15% Κυριότερος αποδέκτης των ρεµάτων ελληνικής λεκάνης είναι η Μικρή Πρέσπα (αποστραγγιζόµενη επιφάνεια ανατολικής πλευράς της λίµνης περίπου 70 km2, της νότιας περί τα 30 km2, ενώ δυτικής περί τα 65 km2). Η ρύπανση κυρίως µε θρεπτικά, σε συνδυασµό µε το µεγάλο χρόνο ανανέωσης του νερού της Μικρής Πρέσπας, την καθιστούν ευάλωτη στην υποβάθµιση της ποιότητας των νερών της.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ Ανάγκη εκτίµησης πιέσεων από ρυπαντικά φορτία θρεπτικών (Ν,Ρ) που ασκούνται στους υδάτινους πόρους και κυρίως στην Μικρή Πρέσπα, από διάχυτες πηγές ρύπανσης. ΜΕΘΟ ΟΣ Συντελεστών Εξαγωγής (ΣΕ). ΕΡΓΑΛΕΙΑ 1. το υπολογιστικό εργαλείο PLOAD (επέκταση µοντέλου BASINS της EPA, σε περιβάλλον GIS)και 2. το λογισµικό ArcGIS 9.3. υπολογισµός ρυπαντικών φορτίων θρεπτικών και εξαγωγή των διανυσµατικών αρχείων ρύπανσης διαχείριση των χωρικών διανυσµατικών αρχείων χρήσεων γης, λεκανών απορροής αλλά και παραγωγή των χαρτών ρύπανσης.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ PLOAD Το PLOAD λειτουργεί σε περιβάλλον GIS και αυτό το καθιστά ιδιαίτερα ευέλικτο στη χωρική ανάλυση. Τα δεδοµένα που απαιτούνται για τον υπολογισµό της διάχυτης ρύπανσης είναι: 1) το SHP χρήσεων γης, 2) το SHP λεκανών απορροής και 3) οι τιµές των ΣΕ για κάθε χρήση γης. Τα αρχεία χρήσεων γης και λεκανών απορροής παράγονται στο ArcMap ενώ οι τιµές ΣΕ εισάγονται σε µορφή πίνακα από την βιβλιογραφία. Η σχέση για τον υπολογισµό του ρυπαντικού φορτίου από διάχυτες πηγές, σύµφωνα µε τη µέθοδο των ΣΕ είναι η εξής: Lp= Σ( Lpu* Au) Όπου Lp = ρυπαντικό φορτίο Lpu = ο συντελεστής εξαγωγής για τη συγκεκριµένη χρήση u Au = έκταση της χρήσης γης u

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ PLOAD ιαδικασία εκτίµησης των ρυπαντικών φορτίων από θρεπτικά σύµφωνα µε τη µέθοδο ΣΕ. Τα αποτελέσµατα του PLOAD περιλαµβάνουν τα ετήσια ρυπαντικά φορτία θρεπτικών ανά υπολεκάνη σε lbs/yr* και σε lbs/ac/yr*.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ PLOAD Το πλεονέκτηµα του PLOAD, λόγω της χρήσης GIS, είναι η δυνατότητα άµεσου επανυπολογισµού των ρυπαντικών φορτίων µετά από τυχόν αλλαγή χρήσεων γης και µετά από εφαρµογή κάποιου διαχειριστικού µέτρου στην περιοχή. Ο πίνακας ΣΕ εισάγεται σε µορφή dbf. Στη συγκεκριµένη εργασία χρησιµοποιήθηκαν ΣΕ από: 1)Andreadakis et. al., 2006 2)Dodd et. al., 1992 3)Loehr et. al., 1989. Land use ID column A pollutant column (EC) LU_Code TYPE TP TN 1 FOREST 0.089 2.68 3 AGRICULTURE 0.45 4.46 5 URBAN 0.89 4.46 Ο κωδικός LU ID θα πρέπει να είναι ίδιος µε τον αντίστοιχο στον πίνακα ιδιοτήτων του shp των χρήσεων γης.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ PLOAD Στην περίπτωση εφαρµογής διαχειριστικού µέτρου Μ (BMP) απαιτείται το shp του Μ που περιλαµβάνει την έκταση που εξυπηρετεί, καθώς και ο πίνακας µε την αποδοτικότητα (efficiency) του Μ για κάθε ρύπο. Στην περίπτωση αυτή η σχέση υπολογισµού του ρυπαντικού φορτίου µετά την εφαρµογή του Μ είναι: LBMP= ( Lp* ABMP% )*(1 BMP) Όπου LP = ρυπαντικό φορτίο πριν την εφαρµογή Μ ΑBMP% = ποσοστό της έκτασης που εξυπηρετεί το Μ BMP = ο βαθµός απόδοσης του Μ Ένα παράδειγµα πίνακα Μ παρουσιάζεται παρακάτω. Ο πίνακας εισάγεται σε µορφή dbf. BMP ID column A pollutant column (% eff) BMPType BMP TP TN 50B 50 ft buffer 70 30 Ο κωδικός BMP ID θα πρέπει να είναι ίδιος µε τον αντίστοιχο στον πίνακα ιδιοτήτων του shp των Μ καθώς και η ονοµασία των στηλών των ρυπαντών να είναι ίδια µε του πίνακα ΣΕ.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ PLOAD Το PLOAD δεν προσοµοιώνει τις φυσικοχηµικές διεργασίες κατά τη µεταφορά των θρεπτικών στα υδατορεύµατα. Για τον τελικό υπολογισµό του φορτίου θρεπτικών που καταλήγουν στις λίµνες, υιοθετήθηκε µια απλοποιηµένη προσέγγιση της κατακράτησης ενός µέρους του φορτίου από τα υδατορεύµατα σύµφωνα µε την σχέση (A.Vassiljev et al.,2008): R = 1 1/ 1 + 0. 000169*F Όπου R = το ποσοστό κατακράτησης του φορτίου θρεπτικών στα υδατορεύµατα και F = έκταση της λεκάνης απορροής των επιµέρους υδατορευµάτων (10<F<500 km2). Για να ληφθεί υπόψη ο παράγοντας R στους υπολογισµούς, αντιµετωπίστηκε ως απόδοση ενός ιαχειριστικού Μέτρου για κάθε υπολεκάνη.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ ArcMap Για την εφαρµογή του PLOAD απαιτείται η δηµιουργία των αρχείων shp χρήσεων γης και λεκανών απορροής στο ArcMap. Οι χρήσεις γης µπορεί να δηµιουργηθούν: 1. µε την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων, 2. µε την επεξεργασία-µέσω του editor-υφιστάµενων shp (corine) ώστε να συµφωνούν µε την υφιστάµενη πραγµατική κατάσταση. Στο σχήµα παρουσιάζεται ο χάρτης χρήσεων γης της περιοχής µελέτης. 40% δάση 20% χορτολιβαδικές εκτάσεις 9% γεωργικές εκτάσεις 25% λίµνες/ποτάµια 6% οικισµοί, άγονες, κ.α.

ΜΕΘΟ ΟΙ & ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΠΟΥ ΕΦΑΡΜΟΣΤΗΚΑΝ ArcMap Επόµενο στοιχείο που απαιτείται είναι το αρχείο λεκανών απορροής. Για το σκοπό αυτό απαιτείται το DEM και το υδρογραφικό δίκτυο (εναλλακτικά µπορεί να δηµιουργηθεί εξαρχής στο ArcMap) Μέσω του εργαλείου Hydrology του ArcMap ή κάποιου εξωτερικού εργαλείου (Hec-GeoHMS extension) δηµιουργούνται οι λέκανες. Ο αριθµός των λεκανών εξαρτάται άµεσα από τη χωρική ανάλυση που επιδιώκουµε, οπότε µπορεί να γίνει ενοποίηση των πολύ µικρών λεκανών που προκύπτουν.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ετήσια φορτία φωσφόρου (ΤΡ) ανά επιφάνεια υπολεκάνης που καταλήγουν στις λίµνες (kg/ha/yr) ετήσια φορτία αζώτου (ΤN) ανά επιφάνεια υπολεκάνης που καταλήγουν στις λίµνες (kg/ha/yr)

ΥΠΟΛΕΚΑΝΗ ΕΚΤΑΣΗ (km 2 ) ΤP (kg/yr) TN (kg/yr) ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΚΑΤΑΚΡΑΤΗΣΗΣ R Αγ. Γερµανού 67.63 2962.0 38404.7 0.011 Πλατέως 7.71 392.0 13926.1 - Υπόλοιπο Μεγάλης Πρέσπας 1 5.75 264.5 8645.8 - Ψαράδων 10.12 57.3 1238.3 0.002 Υπόλοιπο Μεγάλης Πρέσπας 2 2.28 0.3 3.8 - Υπόλοιπο Μεγάλης Πρέσπας 3 4.20 17.3 224.5 - Υπόλοιπο Μικρής Πρέσπας 2 2.27 10.9 283.4 - Κούλας 1.42 3.2 33.2 - Υπόλοιπο Μικρής Πρέσπας 3 19.44 255.1 2500.4 0.003 Πύλης 34.26 684.4 13892.0 0.006 Βροντερού 20.17 961.2 14690.2 0.003 Οξιάς 8.09 141.6 5906.3 - Καρυών 18.68 389.8 18380.0 0.003 Λευκώνα 11.88 228.5 8646.0 0.002 Υπόλοιπο Μικρής Πρέσπας 1 11.67 279.4 4491.1 0.002 Καλλιθέας 14.92 654.9 22124.4 0.003 Ολικό φορτίο Μεγάλης Πρέσπας 3301.41 48517.20 Ολικό φορτίο Μικρής Πρέσπας 4001.03 104873.05

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συσχετίζοντας τα αποτελέσµατα του PLOAD µε το ποσοστό της χρήσης γης κάθε υπολεκάνης, εξάγονται τα εξής συµπέρασµα: σηµαντικότερη συµβολή στο παραγόµενο φορτίο αζώτου έχουν οι καλλιεργούµενες εκτάσεις, στο φορτίο φωσφόρου οι βοσκότοποι. οι δασώδεις όπως και οι άλλες εκτάσεις από την άλλη, δεν φαίνεται να συµβάλουν σε σηµαντικό βαθµό στη ρύπανση των υδάτων από τα θρεπτικά. Εποµένως τα διαχειριστικά µέτρα που θα ληφθούν θα πρέπει να στοχεύουν σε αυτές τις δύο χρήσεις και µάλιστα στις υπολεκάνες που συνεισφέρουν τις µεγαλύτερες ποσότητες. Ενδεικτικά ένα Μ που προτάθηκε ήταν η αλλαγή του συστήµατος αρδεύσεων: κατάκλυση µε αυλάκια -> στάγδην άρδευση Με τον τρόπο αυτό επιδιώκεται µείωση της επιβαρυµένης επιφανειακής απορροής που προέρχεται από τις καλλιέργειες και καταλήγει στις λίµνες.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εφαρµογή στάγδην άρδευσης µείωση επιφανειακής απορροής µείωση ρυπαντικού φορτίου στις λίµνες Για την ενσωµάτωση Μ στο PLOAD και ποσοτικοποίηση της µείωσης της ρύπανσης που προσφέρει, απαιτείται το shp µε τις εκτάσεις που εφαρµόζεται και η απόδοσή του για τους ρύπους που στοχεύει. Στο πλαίσιο εκπόνησης του Σχεδίου ιαχείρισης ΕΠΠ, προέκυψαν οι ακόλουθες σχέσεις: Όπου RN και RP η απόδοση της στάγδην άρδευσης στη µείωση θρεπτικών και r η ετήσια συνολική µείωση του ύψους απορροής. Για το σενάριο µε r=300mm/yr προκύπτει RN =56% και RP =84%

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ποσοστιαία µείωση στα ετήσια φορτία φωσφόρου (ΤΡ) από την εφαρµογή της στάγδην άρδευσης. ποσοστιαία µείωση στα ετήσια φορτία αζώτου (ΤΝ) από την εφαρµογή της στάγδην άρδευσης.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εφαρµόζοντας δηλαδή ένα Μ σε µια έκταση που αντιπροσωπεύει το 9% της συνολικής περιοχής µελέτης, επιτυγχάνεται µείωση του ρυπαντικού φορτίου περίπου 30% που καταλήγει στις λίµνες, που σε ορισµένες υπολεκάνες προσεγγίζει το 50%.

ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ Όπως φάνηκε από τους χάρτες ρυπαντικού φορτίου ανα επιφάνεια λεκάνης, το ειδικό φορτίο είναι ενιαίο σε όλη την έκταση της λεκάνης Σε κάποιες περιοχές υπερεκτιµάται και σε κάποιες υποεκτιµάται Αντικατάσταση του vector αρχείου λεκανών απορροής µε raster, όπου ο χρήστης επιλέγει το εµβαδόν του κελιού. Υπολογισµός ειδικού φορτίου για κάθε κελί εν λαµβάνεται υπόψη η συµβολή των κλίσεων και του τύπου εδάφους κάθε λεκάνης. Υπερεκτίµηση του ειδικού φορτίου θρεπτικών για λεκάνες µε µικρές κλίσεις και εδάφη µε µικρό ποσοστό οργανικού κλάσµατος. Ενσωµάτωση στην διαδικασία υπολογισµού αρχείου κλίσεων και τύπων εδάφους. Απαραίτητη η γνώση συνθηκών υπολογισµού του αρχικού ΣΕ.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ?