ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΗΣ ΝΗΣΟΥ ΛΕΥΚΑΔΑΣ ΜΑΡΙΑ ΠΑΡΟΥΣΗ - ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΓΙΑΓΓΟΥΛΗ (1) ΒΑΣΙΛΕΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ- ΦΩΤΗΣ ΜΑΡΗΣ (2) Εργαστήριο Διευθέτησης Ορεινών Υδάτων, Τμήμα Δασολογίας και Διαχείρισης, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Πανταζίδου 193-68200 Ορεστιάδα
ΔΟΜΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Περιοχή έρευνας ΓΣΠ. Υπολογισμός της μέγιστης Παροχής Εκτίμηση της Εδαφικής Διάβρωσης με Εμπειρικά Μοντέλα Αποτελέσματα Συμπεράσματα
Περιοχή έρευνας ΓΣΠ Το νησί της Λευκάδας ανήκει στα Ιόνια νησιά και έχει συνολική έκταση 303 τ. χλμ. Το νησί δεν έχει επιφανειακά νερά, όπως και τα άλλα επτάνησα, αλλά μόνο υπόγεια, σαν αποτέλεσμα της καρστικής μορφής των πετρωμάτων που αποτελούν το υπόβαθρο της. Στο νησί της Λευκάδας υπάρχουν πολυάριθμοι χείμαρροι, οι περισσότεροι όμως, μικρής σχετικά έκτασης. Στην παρούσα εργασία, αποτυπώθηκαν συνολικά εξήντα (60) λεκάνες απορροής, έπειτα από τη διερεύνηση του υδρογραφικού δικτύου. Τα απορρέοντα ύδατα του νησιού καταλήγουν, κατά το μεγαλύτερο ποσοστό στη θάλασσα.
Περιοχή έρευνας ΓΣΠ
Γ.Σ.Π. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ : ü Είναι μια μαγική σφαίρα που μας επιτρέπει να συνδυάσουμε χωρικά και περιγραφικά δεδομένα για τον γεωγραφικό χώρο. ü Επιτρέπει τη διενέργεια χωρικών ερωτημάτων και συσχετίσεων με συνδυασμό πολλών επιπέδων πληροφορίας (πρακτικά είναι αδύνατο να γίνει χωρίς Η/Υ ή λογικό Γ.Σ.Π). ü Επιτρέπει τη διαχείριση μεγάλου όγκου ψηφιακών δεδομένων. ü Επιτρέπει την οπτικοποίηση και τον συνδυασμό ετερόκλητων δεδομένων. ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ : ü Η εκπαίδευση στα Γ.Σ.Π. είναι χρονοβόρα διαδικασία και απαιτεί γνώσεις από πολλούς κλάδους, όπως είναι η πληροφορική, η στατιστική, τα μαθηματικά, η γεωδαισία, η χαρτογραφία και άλλες. Οι ενδιαφερόμενοι δεν έχουν συνήθως ικανοποιητικό υπόβαθρο γνώσεων στους παραπάνω κλάδους. ü Στα Γ.Σ.Π. ακόμη και όταν παίρνουμε απαντήσεις στα χωρικά ερωτήματα που θέτουμε, στην πράξη βλέπουμε χωρικές συσχετίσεις που πρέπει να ερμηνεύσουμε και να προτείνουμε την πιο πρόσφορη επίλυση. Επιπλέον οι χωρικές συσχετίσεις είναι συνάρτηση των διαθέσιμων δεδομένων και της ερώτησης που τέθηκε.
Στην παρούσα εργασία έγινε χρήση του GIS 9.3 για την ψηφιοποίηση του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής μελέτης και την αποτύπωση των λεκανών απορροής. Επίσης, υπολογίσθηκαν διάφορα μορφομετρικά χαρακτηριστικά, όπως το εμβαδό, η περίμετρος και η κλίση των λεκανών απορροής. Έγινε επεξεργασία δεδομένων, όπως του CORINE και κλιματικών δεδομένων, και στη συνέχεια δημιουργήθηκαν χάρτες που απεικονίζουν τα αποτελέσματα των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς τα διάφορα μορφομετρικά χαρακτηριστικά που υπολογίσθηκαν.
Περιοχή έρευνας έρευνας ΓΣΠ Απεικόνιση της διαβρωτικότητας των κατακρημνισμάτων R και του συντελεστή DR.
Υπολογισμός της μέγιστης μέγιστης Παροχής Ο υπολογισμός της μέγιστης παροχής (Q) και της ειδικής απορροής (q) έγινε με τους εξής εμπειρικούς τύπους : Q = 14g Fglog F max 10 max Αλεξόπουλος Q = 24,12F g Friedrich Q = 5,5F g max Klement - Wunderlich Q max = af g Henry Boot 0,516 5 6 0,75 Q = 13,8F g max Q Qmax Wundt = af g max Coutagne Meli - Müller 0,6 1 2 = y43f g g 2 3
q = max 2 3 Υπολογισμός της μέγιστης Παροχής A F Kürsteirner Melli Kresnik 40 q = y g, y = max m 1 m 3 F Müller q Fy + Fy F 1 1 2 2 40 = ag 100F ( g ) max 1/6 max 1 2 Valentini Οι συντελεστές που περιέχονται στους παραπάνω εμπειρικούς τύπους, αποτελούν στην ουσία συντελεστές απορροής, οι οποίοι ποικίλουν μέσα σε ευρεία όρια. Οι περισσότεροι από τους τύπους που αναφέρθηκαν, προσδιορίζουν αρχικά την ειδική απορροή q (m 3 /(s*km)). Η ανεύρεση της αντίστοιχης συνολικής παροχής γίνεται στην συνέχεια με τη βοήθεια της σχέσης Q = q F. q q = ag 32 0,5+ F = 30 max 1 2 F
Η Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με εμπειρικά μοντέλα εκτίμηση της σύμφωνα με την : εδαφικής διάβρωσης έγινε Παγκόσμια εξίσωση εδαφικής απώλειας (USLE) Μέθοδο του Gavrilovič Μέθοδο Kronfeller-Kraus. Kraus. Ακόμα κατά την εφαρμογή τους έγινε χρήση του προγράμματος Arcmap 9.1 για την παραγωγή των χαρτών και τον υπολογισμό μερικών δεδομένων.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE με εμπειρικά μοντέλα Η USLE διατυπώνεται με την παρακάτω μορφή : A = R K LSR LS C P A είναι η υπολογισμένη ετήσια γενική διάβρωση (tons/ha/year) R είναι ο συντελεστής διαβρωτικότητας των κατακρημνισμάτων. K είναι ο συντελεστής διαβρωσιμότητας του υποθέματος. LS είναι ο τοπογραφικός συντελεστής ή συντελεστής αναγλύφου. C είναι ο συντελεστής κάλυψης της βλάστησης P είναι ο συντελεστής χειρισμού και προστασίας εδάφους
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE Παράγοντας R με εμπειρικά μοντέλα Στην πράξη ενδιαφέρει η μέση ετήσια τιμή του R για μια χρονοσειρά Ν ετών, όπου χρειάζεται να υπολογιστούν οι επιμέρους ετήσιες τιμές του R και να προκύψει ο μέσος όρος αυτών, (πρέπει να ληφθούν υπόψη όλα τα επεισόδια βροχής διάρκειας 30 min κάθε έτους). Στην περιοχή μελέτης χρησιμοποιήθηκε η βάση δεδομένων του Worldclim.org. org. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, δηλαδή τα διανυσματικά αρχεία θερμοκρασιών και βροχοπτώσεων προήλθαν από μετεωρολογικά δεδομένα των ετών 1950 2000. Η ανάλυση του διανυσματικού αρχείου είναι 30 arc/sec sec.στη συνέχεια τα μετεωρολογικά δεδομένα εισήχθησαν στη γεωγραφική βάση δεδομένων και κάνοντας χωρική ανάλυση αποκτήσαμε τα δεδομένα που αφορούν τη θερμοκρασία και τη βροχόπτωση ανά λεκάνη απορροής.
Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήσαμε την εξής σχέση που αναπτύχθηκε στη Γερμανία και έχει χρησιμοποιηθεί και για ελληνικές συνθήκες (Χρυσάνθου και Πυλιώτης,, 1995): R = 0.83 Ν-17.7 R (σε MJ*mm mm/( /(ha*h)): ο συντελεστής διαβρωτικότητας της βροχόπτωσης, και Ν (σε mm) η μέση ετήσια βροχόπτωση.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE Παράγοντας Κ Για τον υπολογισμό του συντελεστή Κ επειδή δεν βρήκαμε τιμές για τον συντελεστή ανάλογα με το μητρικό πέτρωμα που έχουμε, έγινε χρήση του αρχείου WRBFU.kml από την υπηρεσία European Soil Data Center. Η μορφή του αρχείου ισχύει για το πρόγραμμα Google Earth από όπου και λήφθηκε η δορυφορική εικόνα της λεκάνης μελέτης, γεωπροσδιορίστηκε στο πρόγραμμα Arcmap και έγινε η ψηφιοποίηση του εδάφους. Τα εδάφη χωρίστηκαν σε Calcaric Regosol και Calcaric Leptosol. με εμπειρικά μοντέλα Είδος Εδάφους Calcaric Regosol Calcaric Leptosol Συντελεστής Κ 0,1 0,1
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE Παράγοντας LS Για τον υπολογισμό του συντελεστή LS έγινε χρήση του προγράμματος Arcmap 9.3 και του παρακάτω τύπου : LS = (Flow Accumulation Cell Size / 22,13)0,4 (Sin Slope / 0,0896)1,3 με εμπειρικά μοντέλα
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE Παράγοντας C Για τον υπολογισμό του συντελεστή C έγινε χρήση της βάσης δεδομένων χρήσεων γης της Εuropoean Environmental Agency Corine 2000 και του προγράμματος Arcmap. Στον παρακάτω Πίνακα οι χρήσεις γης παρουσιάζονται με τους κωδικούς τους. με εμπειρικά μοντέλα ΧΡΗΣΗ ΓΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ C ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣ ΤΗΣ C 311 : Δάσος πλατυφύλλων 0,001 323 : Σκληροφυλλική Βλάστηση 0,03 312 : Δάσος Κωνοφόρων 0,001 324 : Μεταβατικές δασώδεις-θαμνώδεις εκτάσεις 0,02 313 : Μικτό Δάσος 0,001 243 : Γεωργική γη, με σημαντικές εκτάσεις δασικής βλάστησης 0,1 321 : Φυσικοί Βοσκότοποι 0,3
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος USLE Παράγοντας P με εμπειρικά μοντέλα Στο συντελεστή P δόθηκε η τιμή 1 για όλες τις λεκάνες απορροής καθώς δεν εντοπίστηκε κανένα έργο διευθέτησης σε αυτές.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος Gavrilovič Η μέθοδος προσδιορίζει την μέση ετήσια γενική διάβρωση ή υποβάθμιση στις ορεινές λεκάνες απορροής των χειμαρρικών ρευμάτων. Η εξίσωση έχει την ακόλουθη μορφή: W = T h π ( z 3 ) F F (m 3 /έτος) με εμπειρικά μοντέλα όπου W είναι ο όγκος μέσης ετήσιας παραγωγής φερτών υλών, π είναι ο αριθμός 3,14159., F είναι η επιφάνεια της λεκάνης (km 2 ), h είναι το μέσο ετήσιο ύψος βροχής στο μέσο υψόμετρο της ορεινής λεκάνης, z είναι ο συντελεστής διάβρωσης και Τ είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος Gavrilovič- Παράγοντας Τ Ο παράγοντας Τ υπολογίζεται ακόλουθο τύπο: t 0 T = + 0,1 10 με εμπειρικά μοντέλα σύμφωνα με τον όπου t 0 είναι η μέση ετήσια θερμοκρασία για το μέσο υψόμετρο της ορεινής λεκάνης. Για τον υπολογισμό του παράγοντα t 0 χρησιμοποιήθηκε ο τύπος: Ts = Tσ α(zs-zσ) όπου Ts και Tσ είναι η θερμοκρασία της λεκάνης και του σταθμού βάσης αντίστοιχα, zs και zσ είναι το υψόμετρο της λεκάνης και του σταθμού βάσης αντίστοιχα και α είναι η θερμοβαθμίδα.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος Gavrilovič- Παράγοντας h με εμπειρικά μοντέλα h = μέσο ετήσιο ύψος βροχής στο μέσο υψόμετρο της ορεινής λεκάνης απορροής. Για τον υπολογισμό του παράγοντα h χρησιμοποιήθηκε η ίδια μεθοδολογία υπολογισμού με τον παράγοντα Ν της μεθόδου USLE.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος Gavrilovič- Παράγοντας z z = ο συντελεστής διάβρωσης, ο οποίος υπολογίζεται από την σχέση : Όπου z = x y (φ + J) με εμπειρικά μοντέλα x = συντελεστής που εκφράζει την μείωση της διάβρωσης λόγω της βλάστησης. y = συντελεστής διαβρωσιμότητας γεωλογικού υποθέματος. φ = συντελεστής που εκφράζει το είδος και τον βαθμό διάβρωσης. J = μέση κλίση της επιφάνειας της λεκάνης απορροής. Οι τιμές που δόθηκαν στους συντελεστές φ και y εισήχθηκαν μετά από μελέτη των κατάλληλων πινάκων σύμφωνα με την βιβλιογραφία.
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με Μέθοδος Gavrilovič με εμπειρικά μοντέλα
Εκτίμηση της εδαφικής διάβρωσης με εμπειρικά μοντέλα Μέθοδος Kronfeller-Kraus Η μέθοδος προσδιορίζει το μέγιστο δυνατό φορτίο φερτών υλών, ιδίως μικρών χειμαρρικών ρευμάτων των ορεινών περιοχών, το οποίο μπορεί να αποτεθεί στον κώνο πρόσχωσής τους λόγω έντονης στερεομεταφοράς μετά από έκτακτο πλημμυρικό γεγονός, καθώς επίσης υπολογίζει και το δυνατό (μέγιστο) βάθος της κοίτης που εκσκάπτουν τα απορρέοντα ύδατα στους κώνους πρόσχωσης ή στις κοίτες αναμετακίνησης των χειμαρρικών ρευμάτων και γενικά στα ριπίδια τους με κλίση έως 25%. Το μέγεθος του μέγιστου δυνατού φορτίου φερτών υλών στις ορεινές λεκάνες απορροής με έκταση έως 80 km 2 (το πολύ 120 Km2), δίνεται από την εξής σχέση Gολ = κ J F
Όπου Gολ : μέγιστο δυνατό συνολικό φορτίο (στερεοαιωροφορτίο, όχι χειμαρρολάβα), που αποτίθεται στον κώνο προσχώσεως κατά τη διάρκεια ενός έκτακτου πλημμυρικού γεγονότος. Εκφράζεται σε φαινόμενο (όχι συμπαγή) όγκο υλικών (m 3 ). Για να μετατραπεί ο φαινόμενος σε συμπαγή όγκο διαιρείται δια 1,28-1,32 (πορώδες( φυσικών αποθέσεων: : 0,25-0,32). J: μέση κλίση κοίτης, στα ανάντη της υπόψη θέσης,, (δηλ( δηλ. της σημαντικής από άποψη σχεδιασμού περιοχής πριν από τη μεταφορά υλικών). Δίνεται ως ποσοστό %( όχι ως εφαπτόμενη γωνίας). F: έκταση της λεκάνης απορροής (km 2 ). κ: συντελεστής που εκφράζει τη χειμαρρικότητα του ρεύματος. Οι μικρές ορεινές λεκάνες με έντονο ανάγλυφο και ευπαθές γεωυπόθεμα έχουν υψηλές τιμές (κ=1500), ενώ οι μεγαλύτερες, δασωμένες λεκάνες έχουν μικρές τιμές (κ=500).
Αποτελέσματα Για να είναι εφικτή η σύγκριση των δεδομένων από τα διάφορα μοντέλα υπολογισμού της στερεοπαροχής, είναι επιβεβλημένο τα αποτελέσματα να εκφράζονται στις ίδιες μονάδες μέτρησης. Έτσι, επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί ως μονάδα μέτρησης η εξής: tons/ha ha/year. Επομένως, υπήρξε μετασχηματισμός τόσο στα αποτελέσματα της μεθόδου Gavrilovic, όσο και στην μέθοδο Kronfeller- Kraus. Στην πρώτη τα αποτελέσματα της εμφανίζονται ως m 3 /year και τα μετατρέψαμε χρησιμοποιώντας το ειδικό βάρος των φερτών υλικών το οποίο προέκυψε από βιβλιογραφική αναφορά σε tons/year year. Στην δεύτερη μέθοδο, αρχικά ο φαινόμενος όγκος μετατράπηκε σε συμπαγή και στη συνέχεια μετατράπηκε σε tons/year year.
Αποτελέσματα USLE USLE ΣΤΗΝ EΞΟΔΟ GABRILOVIC ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗ GABRILOVIC KRONFELLER - KRAUS ΠΑΡΟΧΕΣ 19 19 19 19 10 10 18 18 18 18 19 18 31 31 31 10 18 19 10 10 10 31 13 59 13 13 4 13 31 31 32 32 59 32 59 3 56 56 56 59 30 13 30 30 32 4 56 56 28 11 13 56 32 5 58 55 30 0 5 32 Στον παραπάνω πίνακα παρατηρούμε την ταξινόμηση των υδρολεκανών ως προς την κάθε μέθοδο.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ü Το πρώτο συμπέρασμα που προκύπτει αφορά το μοντέλο της Παγκόσμιας Εξίσωσης Εδαφικής Διάβρωσης από όπου παρατηρούμε ότι η ταξινόμηση των λεκανών απορροής τόσο στην περίπτωση παραγωγής φερτών υλικών όσο και στην απόθεση φερτών υλικών στον κώνο πρόσχωσης είναι η ίδια για τις πρώτες 8 λεκάνες (19,18,31,10,13,32,56,30). ü Επόμενο συμπέρασμα είναι ότι τόσο στην μέθοδο Gavrilovic όσο και στην τροποποιημένη μέθοδο Gavrilovic οι 4 πρώτες λεκάνες ως προς την παραγωγή φερτών υλικών είναι σχεδόν οι ίδιες(19,18,10,31).
ü Η ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ πιο επικίνδυνη λεκάνη απορροής ως προς την στερεομεταφορά της είναι η 10, γεγονός που δεν συμβαδίζει με τα αποτελέσματα των USLE και GAVRILOVIC. Παρατηρούμε επίσης, ότι η λεκάνη απορροής 10 έχει την μεγαλύτερη υδατοπαροχή. Κρίνοντας από το γεγονός ότι η μέθοδος Kronfeller-Kraus Kraus υπολογίζει το μέγιστο δυνατό στερεοφορτίο που μπορεί να παράγει μία λεκάνη απορροής κατά τη διάρκεια ενός ακραίου πλημμυρικού φαινομένου, καθώς και ότι η συγκεκριμένη λεκάνη απορροής έχει την μεγαλύτερη υδατοπαροχή, συμπεραίνουμε ότι έχει και μεγάλη χειμαρρική επικινδυνότητα. Ως χειμαρρική επικινδυνότητα ορίζεται ο βαθμός πλημμυρογένεσης ενός χειμαρρικού ρεύματος. Τα αποτελέσματα του φαινομένου αυτού συνδέονται άμεσα με την υδατοπαροχή και την στερεοπαροχή του ρεύματος. Για το λόγο αυτό, είναι υποχρεωτικό να ληφθούν απαραίτητα μέτρα προστασίας.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ü Παρατηρώντας και συγκρίνοντας τα αποτελέσματα όλων των μεθόδων καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι υδρολεκάνες 19, 18, 31, 13 έχουν και αυτές μεγάλη χειμαρρική επικινδυνότητα και συνίσταται να γίνουν συγκεκριμένες επεμβάσεις για την προστασία τους. Οι λεκάνες απορροής 56, 32, 58, 59, 55 και 11 έχουν μέτρια υδραυλική συμπεριφορά ως προς την χειμαρρική επικινδυνότητα και καλό είναι υπάρξει κατάλληλη πρόληψη για αυτές.
Τα παραπάνω αποτελέσματα φαίνονται και στους χάρτες που ακολουθούν. Χάρτες εδαφικής διάβρωσης της μεθόδου USLE
Χάρτης μεθόδου Gavrilovic και τροποποιημένης μεθόδου Gavrilovic.
Χάρτης μέγιστου φορτίου φερτών υλών σύμφωνα με την μέθοδο Kronfeller-Kraus Kraus και χάρτης υδατοπαροχών.
Συμπεράσματα-Προτάσεις Αξιολογώντας τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης καταλήγουμε στα εξής συμπεράσματα-προτάσεις προτάσεις : Προτείνουμε να δημιουργηθούν διάφοροι τύποι φραγμάτων που η λειτουργία τους να συμβάλει στις εξής κατευθύνσεις : *Μείωση της ταχύτητας ροής παροχής *Μείωση της κλίσης των κεντρικών κοιτών ώστε να επιτευχθεί η κατάλληλη κλίση αντιστάθμισης. *Συγκράτηση φερτών υλών (μερικώς ή ολοκληρωτικά). *Εμπλουτισμός του υπόγειου υδροφορέα. Δημιουργία διαφόρων τύπων φυτοτεχνικών έργων και κατάλληλου δασοκομικού σχεδιασμού για την ανόρθωση των υποβαθμισμένων δασών και δασικών εκτάσεων. Ουσιαστική απαγόρευση της βόσκησης. Μικρά τεχνικά έργα όπως τοίχοι αντιστήριξης, συρματοκιβώτια με λίθους κτλ.
Σας ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας