Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Διαχείριση Υδατικών Πόρων Ανάλυση προσφοράς και ζήτησης νερού Ανδρέας Ευστρατιάδης & Δημήτρης Κουτσογιάννης Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Αθήνα
Άδεια χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Η έννοιες της προσφοράς και ζήτησης νερού στη διαχείριση των υδατικών πόρων 300.0 25 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 20 15 10 5 0.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 0 41 39 37 35 33 31 29 27 25 Φυσική προσφορά νερού (επιφανειακού, υπόγειου), σε καθεστώς υδρολογικής αβεβαιότητας (μη προβλέψιμες εισροές) Σύστημα υδατικών πόρων (φυσικό περιβάλλον, υδροαποθηκευτικά έργα, δίκτυα μεταφοράς και διανομής, έργα ενέργειας) Ζήτηση νερού για διάφορες χρήσεις, με δεδομένη αξιοπιστία και δεδομένα ποιοτικά χαρακτηριστικά Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 3
Κατηγορίες υδατικών πόρων (1/2) Βροχόπτωση: Άμεση χρήση του νερού που προέρχεται από τα κατακρημνίσματα (π.χ. διαπνοή από τα φυτά, οικιακή χρήση με συλλογή σε στέρνες). Απόληψη από ποτάμια: Απόληψη της διαθέσιμης παροχής μέσω διατάξεων υδροληψίας (π.χ. αναχώματα, ρουφράκτες). Απόληψη από (εξωποτάμιες) λιμνοδεξαμενές: Εκτροπή και αποθήκευση μέρους της βασικής απορροής, περιορισμένη δυνατότητα αποθήκευσης πλημμυρικής απορροής. Απόληψη από ταμιευτήρες: Δυνατότητα ενδοετήσιας ή/και υπερετήσιας ρύθμισης της απορροής, καθώς και διαχείρισης των πλημμυρών. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 4
Κατηγορίες υδατικών πόρων (2/2) Απόληψη από υδροφορείς: Οι υδροφορείς συμπεριφέρονται, πρακτικά, ως ταμιευτήρες υπερετήσιας ρύθμισης, αλλά με πολύ βραδείς ρυθμούς ανανέωσης και σημαντικό (λόγω της άντλησης) κόστος. Αφαλάτωση: Απεριόριστη διαθεσιμότητα νερού, αλλά με υψηλό κόστος (κατανάλωση ενέργειας κατά την άντληση, επεξεργασία και διανομή του νερού). Υποθαλάσσιες πηγές: Σημαντικές δυνατότητες εκμετάλλευσης, μικρή τεχνολογική εμπειρία. Επαναχρησιμοποίηση υποβαθμισμένων νερών: Περιορισμένη εφαρμογή, κυρίως για αρδευτική και βιομηχανική χρήση και εμπλουτισμό υδροφορέων. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 5
Χαρακτηριστικά μεγέθη επιφανειακών νερών (1/2) Μέση ετήσια απορροή: Δίνει μια μέση εικόνα του επιφανειακού υδατικού δυναμικού μιας υδρολογικής λεκάνης. Συντελεστής μεταβλητότητας ετήσιας απορροής: Αποτελεί μέτρο της αβεβαιότητας της ετήσιας απορροής μιας λεκάνης. Μέση απορροή ξηρότερου μήνα: Σε συνδυασμό με την αντίστοιχη ζήτηση, καθορίζει αν μια περιοχή είναι ελλειμματική ή όχι. Μέση / ελάχιστη θερινή παροχή: Χρησιμοποιούνται για τον ορισμό της ελάχιστης διατηρητέας παροχής κατάντη φραγμάτων. Μηνιαία χρονοσειρά απορροής: Τυπική υδρολογική πληροφορία σε μελέτες σχεδιασμού και διαχείρισης υδροσυστημάτων που περιλαμβάνουν έργα υδροληψίας και ταμίευσης. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 6
Χαρακτηριστικά μεγέθη επιφανειακών νερών (2/2) Ημερήσια/ωριαία χρονοσειρά απορροής: Κατάλληλη για πιο εξειδικευμένες μελέτες (π.χ. μελέτες διόδευσης πλημμυρών, μελέτες ποιότητας νερού), οι οποίες απαιτούν λεπτότερη χρονική κλίμακα αναλύσεων. Πλημμυρική παροχή αιχμής: Χρησιμοποιείται για τη διαστασιολόγηση αγωγών ομβρίων, και αναφέρεται σε συγκεκριμένη περίοδο επαναφοράς. Πλημμυρικό υδρογράφημα: Χρησιμοποιείται (σε συνδυασμό με την παροχή αιχμής) για τη διαστασιολόγηση μεγάλων αντιπλημμυρικών έργων (π.χ. έργα διευθέτησης ποταμών, υπερχειλιστές φραγμάτων). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 7
Έργα αξιοποίησης επιφανειακών νερών Υδροληψίες από ποτάμια Εξωποτάμιες λιμνοδεξαμενές Ταμιευτήρες Αποθηκευτική ικανότητα Μηδενική Μικρή Μεγάλη Διαχείριση ξηρασιών Όχι Για λίγους μήνες Υπερετήσια Διαχείριση πλημμυρών Όχι Όχι Ναι Απαιτούμενες υποδομές Στοιχειώδεις Περιορισμένες Σημαντικές Χρήσεις νερού Χωρική κλίμακα εξυπηρέτησης χρήσεων Άρδευση, ύδρευση Άρδευση, ύδρευση Όλες οι χρήσεις Τοπική Τοπική Κλίμακα υδροσύστηματος Έλεγχος λειτουργίας Συχνά κανένας Απλός Σύνθετος Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Μικρές Μικρές Σημαντικές αλλά ελεγχόμενες Χαρακτηριστικό υδρολογικό μέγεθος για διαστασιολόγηση Λόγος ασφαλούς απόληψης προς μέση ετήσια απορροή Ελάχιστη θερινή παροχή Εξαιρετικά μικρός Βασική απορροή Μικρός Μηνιαία απορροή (χρονοσειρά) Σημαντικός Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 8
Εκτίμηση επιφανειακών υδατικών πόρων (1/2) Απευθείας εκτίμηση απορροής από επεξεργασία δειγμάτων στάθμηςπαροχής (μειονέκτημα: ο περιορισμένος αριθμός αξιόπιστων υδρομετρικών σταθμών, με συνεχή καταγραφικά όργανα και συστηματικό προγραμματισμό υδρομετρήσεων). Έμμεση εκτίμηση απορροής από το υδατικό ισοζύγιο ταμιευτήρων. Εκτίμηση της απορροής ως ποσοστό της βροχής (μειονέκτημα: η σχέση βροχής-απορροής είναι έντονα μη γραμμική, ακόμα και στην ετήσια χρονική κλίμακα). «Μεταφορά» υδρολογικής πληροφορίας από γειτονικές λεκάνες, με εμπειρικές μεθόδους αναγωγής της μετρημένης απορροής (μειονέκτημα: προϋποθέτει παραδοχές, π.χ. εξίσωση των συντελεστών απορροής ή μεταφορά παραμέτρων). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 9
Εκτίμηση επιφανειακών υδατικών πόρων (2/2) Προσαρμογή εννοιολογικών υδρολογικών μοντέλων σε λεκάνες με μετρήσεις, με παραμέτρους που βαθμονομούνται με βάση παρατηρημένα δείγματα απορροής, συνήθως μέσω βελτιστοποίησης (μειονέκτημα: εγγενείς αβεβαιότητες προβλήματος βαθμονόμησης). Εφαρμογή υδρολογικών μοντέλων σε λεκάνες χωρίς μετρήσεις, με θεώρηση τυπικών τιμών των παραμέτρων τους (μειονέκτημα: εξαιρετικά επισφαλής, καθώς δεν υπάρχει έλεγχος της προγνωστικής ικανότητας του μοντέλου). Εφαρμογή κατανεμημένων μοντέλων «φυσικής βάσης», με παραμέτρους που εκτιμώνται από στοιχεία πεδίου (μειονέκτημα: απαιτείται τεράστιος και στην πράξη μη ρεαλιστικός όγκος πληροφορίας, ώστε να περιγραφεί επαρκώς η χωρική ετερογένεια των υδρολογικών διεργασιών). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 10
Υπόγειοι υδατικοί πόροι (1/2) Τυπικά πλεονεκτήματα Εύκολα προσεγγίσιμοι πόροι, που αποτελούν την πλέον προσιτή λύση για την εξυπηρέτηση υδρευτικών και αρδευτικών χρήσεων σε μικρής και μεσαίας κλίμακας υδροσυστήματα. Οι υδροφορείς συμπεριφέρονται, πρακτικά, ως ταμιευτήρες υπερετήσιας ρύθμισης, με συνέπεια να μην απαιτείται η κατασκευή μεγάλων έργων αποθήκευσης (φράγματα) για την αξιοποίηση των υπόγειων νερών. Όταν οι υδροφορείς αναπτύσσονται κάτω από τις εκτάσεις όπου γίνεται η κατανάλωση, αποφεύγεται η κατασκευή σημαντικών έργων μεταφοράς. Οι γεωτρήσεις μπορούν να κατασκευάζονται και να λειτουργούν αυτόνομα και ανεξάρτητα, γεγονός που ευνοεί τη σταδιακή ανάπτυξη ενός συστήματος εκμετάλλευσης υπόγειων νερών. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 11
Υπόγειοι υδατικοί πόροι (2/2) Σύγκριση με επιφανειακά νερά (ποσοτική, ποιοτική) Κατά κανόνα, το αξιοποιήσιμο υπόγειο δυναμικό μιας λεκάνης είναι αρκετά μικρότερο σε σχέση με τα εκμεταλλεύσιμα επιφανειακά νερά (βραδύς ρυθμός ανανέωσης). Η ποιότητα των υπόγειων υδατικών πόρων, αν και είναι καλύτερη από των επιφανειακών, μπορεί να υποβαθμιστεί έντονα από την εκτεταμένη χρήση φυτοφαρμάκων και λιπασμάτων, καθώς και τη διείσδυση της θάλασσας. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 12
Τυπικές δυσχέρειες στην διαχείριση των υπόγειων νερών (1/2) Η άντληση του υπόγειου νερού, επειδή συχνά γίνεται από μεγάλα βάθη, συνεπάγεται σημαντική ενεργειακή, άρα και οικονομική, επιβάρυνση. Η ταπείνωση της στάθμης των φρεάτιων οριζόντων ή της πίεσης των περιορισμένων υδροφορέων αυξάνει το κόστος άντλησης σε γραμμική αναλογία και προκαλεί ποικίλα προβλήματα (π.χ. καθιζήσεις εδαφών). Σε καρστικά υδροσυστήματα με έντονες αλληλεπιδράσεις επιφανειακών και υπόγειων νερών, η υπερεκμετάλλευση των τελευταίων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση της απορροής των υδατορευμάτων, λόγω μείωσης της παροχής ή και πλήρους στείρευσης των πηγών (και αντίστροφα, η μείωση της παροχής ενός ποταμού λόγω π.χ. παρεμβολής φράγματος περιορίζει την τροφοδοσία του κατάντη υδροφορέα μέσω των διηθήσεων). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 13
Τυπικές δυσχέρειες στην διαχείριση των υπόγειων νερών (2/2) Σε παράκτιες περιοχές, εξαιτίας των αντλήσεων μετακινείται η διεπιφάνεια που σχηματίζεται ανάμεσα στο υπόγειο γλυκό νερό και το νερό της θάλασσας, με συνέπεια το τελευταίο να προωθείται προς την ξηρά και, στη συνέχεια, να αντλείται ποιοτικά υποβαθμισμένο (υφάλμυρο ή αλμυρό). Επειδή η ανανέωση των υπόγειων νερών πραγματοποιείται με ιδιαίτερα βραδείς ρυθμούς, η ποιοτική υποβάθμισή τους μπορεί να οδηγήσει σε πρακτικά μη αναστρέψιμα αποτελέσματα. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 14
Εκτίμηση υπόγειων υδατικών πόρων (1/2) Το μέγεθος που ενδιαφέρει είναι τα ρυθμιστικά αποθέματα, ήτοι η ποσότητα νερού που κατεισδύει από τη βροχόπτωση (και στη συνέχεια εκφορτίζεται εντός τη λεκάνης μέσω πηγών ή διαφεύγει υπόγεια προς γειτονικές λεκάνες και, τελικά, τη θάλασσα) και αποτελεί το ανανεώσιμο υπόγειο υδατικό δυναμικό. Στην πράξη, τα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα αποτελούν ποσοστό 40-80% των ρυθμιστικών, ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες. Η πολύπλοκη γεωλογική και τεκτονική δομή της Ελλάδας διαμορφώνει σύνθετες υδρογεωλογικές συνθήκες, με αποτέλεσμα τα επιμέρους δημιουργούμενα υπόγεια υδροφόρα συστήματα να παρουσιάζουν σημαντική ετερογένεια και ανισοτροπία ως προς τη οργάνωση και τον τρόπο λειτουργίας τους. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 15
Εκτίμηση υπόγειων υδατικών πόρων (2/2) Υπάρχουν σημαντικές δυσκολίες τόσο στην ακριβή οριοθέτηση των διαφόρων υδροφόρων συστημάτων, την προσέγγιση αντιπροσωπευτικών τιμών των υδραυλικών παραμέτρων και την εκτίμηση των ρυθμιστικών αποθεμάτων, όσο και στη μελέτη της δίαιτάς τους και την πρόβλεψη εξέλιξης των αποθεμάτων. Σημαντικά προβλήματα για την υδρογεωλογική έρευνα παραμένουν η μελέτη των συνθηκών κατείσδυσης, αποθήκευσης και υπόγειας ροής των καρστικών υδροφορέων, καθώς και η μελέτη της πιο αποδοτικής εκμετάλλευσής τους. Μοναδική ορθολογική προσέγγιση αποτελεί η συνδυασμένη προσομοίωση της δίαιτας των επιφανειακών και υπόγειων υδατικών πόρων. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 16
Παράδειγμα συνδυασμένης αξιοποίησης επιφανειακών και υπόγειων υδατικών πόρων Αρδευτικές γεωτρήσεις Υποθαλάσσιες διαφυγές Βοιωτικός Κηφισός Γεωτρήσεις Βασιλικών- Παρορίου Υποθαλάσσιες διαφυγές Απορροή λεκάνης Υδραγωγείο Μόρνου Ύδρευση Αθήνας Διάφορα έργα εκτροπής Λίμνη Υλίκη Ύδρευση Αθήνας Εικόνα 1. Παράδειγμα συνδυασμένης αξιοποίησης επιφανειακών και υπόγειων υδατικών πόρων Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 17
Κατηγορίες χρήσεων νερού Καταναλωτικές: Χρήσεις που απαιτούν την απόληψη/εκροή συγκεκριμένης ποσότητας νερού, η οποία εξέρχεται από το φυσικό υδατικό σύστημα και της οποίας μόνο ένα μέρος επιστρέφει στο εν λόγω σύστημα (άμεσα ή έμμεσα), με διαφοροποιημένη την ποιοτική του κατάσταση. Ύδρευση Άρδευση Κτηνοτροφία Βιομηχανία Ψύξη Α/Η σταθμών (παραγωγή ενέργειας) Μη καταναλωτικές: Χρήσεις στις οποίες το νερό χρησιμοποιείται χωρίς να μεταβάλλονται τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά του και χωρίς να απομακρύνεται από το φυσικό υδατικό σύστημα. Οι ζητήσεις μη καταναλωτικού χαρακτήρα αντιμετωπίζονται ως δεσμεύσεις/περιορισμοί, των οποίων οι κύριες επιπτώσεις εμφανίζονται στην αναρρύθμιση των διαθέσιμων ποσοτήτων και τις ποιοτικές προδιαγραφές που απαιτούνται. Παραγωγή Υ/Η ενέργειας Ιχθυοκαλλιέργεια Αναψυχή (π.χ. ιαματικός τουρισμός) Περιβαλλοντικές χρήσεις (για τήρηση ορίων ποιότητας νερού και προστασία οικοσυστημάτων) Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 18
Αστική (υδρευτική) χρήση: Συνιστώσες και παράγοντες που την επηρεάζουν (1/2) Συνιστώσες αστικής υδατικής κατανάλωσης: Οικιακή χρήση μόνιμου πληθυσμού Εποχιακή οικιακή χρήση (παραθεριστικές περιοχές) Τουριστική χρήση (ξενοδοχεία, ενοικιαζόμενα δωμάτια) Βιομηχανική/βιοτεχνική χρήση Δημόσια και δημοτική χρήση (πάρκα, νοσοκομεία, δημόσιες υπηρεσίες, κτλ.) Μη οικιακή γεωργική χρήση (π.χ. μικρής έκτασης καλλιέργειες) Νερό που διατίθεται για πυρόσβεση Απώλειες κατά τη μεταφορά και διανομή του νερού Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 19
Αστική (υδρευτική) χρήση: Συνιστώσες και παράγοντες που την επηρεάζουν (2/2) Παράγοντες που επηρεάζουν την οικιακή κατανάλωση: Διαθεσιμότητα και ποιότητα νερού Κλιματικές συνθήκες Βιοτικό και μορφωτικό επίπεδο κοινωνικά πρότυπα Παλαιότητα αγωγών και πολιτική συντήρησης δικτύου διανομής Τιμολογιακή πολιτική και θεσμικά μέτρα ελέγχου της ζήτησης Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 20
Αστική υδρευτική χρήση: Χαρακτηριστικά μεγέθη στην Ελλάδα και επισημάνσεις (1/2) Χαρακτηριστικά μεγέθη: Μέση ημερήσια οικιακή χρήση μόνιμων κατοίκων: 150-200 L/d/κάτοικο (αυξάνει σημαντικά σε ημιαστικές περιοχές, λόγω της άρδευσης κήπων κτλ.) Μέση ημερήσια οικιακή χρήση παραθεριστών: 200-250 L/d/κάτοικο Μέση ημερήσια τουριστική χρήση: 250-350 L/d/κλίνη Ετήσια κατανάλωση στην Ελλάδα: 920 hm 3 (~12% συνολικής κατανάλωσης) Ετήσια κατανάλωση στην Αθήνα (έτος 2012): 420 hm 3 (> 100 m 3 /κάτοικο) Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 21
Αστική υδρευτική χρήση: Χαρακτηριστικά μεγέθη στην Ελλάδα και επισημάνσεις (2/2) Διαχειριστικές όψεις της υδρευτικής χρήσης: Θεσμικά κατοχυρωμένη (Ν. 1739/1987, Ν. 3199/2003) ως η χρήση νερού με τη μεγαλύτερη προτεραιότητα (σε περίπτωση μη επαρκούς διαθεσιμότητας νερού, ικανοποιείται πρώτη σε ιεραρχία). Προϋποθέτει πολύ υψηλό (>90%) επίπεδο αξιοπιστίας (99% για το υδροδοτικό σύστημα της Αθήνας). Εκτός από την ποσοτική της διάσταση, εισάγει και διάφορους ποιοτικούς περιορισμούς στη διαχείριση των υδατικών πόρων. Παρουσιάζει σχετικά μικρή ελαστικότητα (δεν υπάρχουν μεγάλα περιθώρια αυξομειώσεων την κατανάλωσης). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 22
ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ (hm 3 ) Εκτίμηση υδρευτικής ζήτησης (1/2) Οι υδρευτικές ανάγκες εκτιμώνται ως γινόμενο του πληθυσμού σχεδιασμού επί την ειδική (μέση κατά κεφαλή) κατανάλωση. Η πλέον αβέβαιη παράμετρος είναι ο πληθυσμός, καθώς εξαρτάται από πολλούς αστάθμητους παράγοντες (π.χ. μετανάστευση, πολιτικές και οικονομικές συνθήκες). Συχνά χρησιμοποιούνται μαθηματικά μοντέλα, με παραμέτρους που εκτιμώνται από στοιχεία απογραφών. 750 600 450 300 150 Προβλέψεις ετήσιας ζήτησης νερού στην Αθήνα από διάφορες μελέτες* (πραγματική τιμή 2010: 420 hm 3 ) ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΓΕΡΜΑΝΟΠΟΥΛΟΣ-1990 ΕΥΔΑΠ-1992 (Μέσο) ΑΔΚ-1995 (Μέσο) ΑΔΚ-1998 Kallis and Coccossis-2000 (Yψηλό) ΕΜΠ-1990 (Yψηλό) ΕΜΠ-1990 (Mέσο) ΕΥΔΑΠ-1992 (Αισιόδοξο) ΑΔΚ-1995 (Υψηλό) ΑΔΚ-1995 (Χαμηλό) Kallis and Coccossis-2000 (Xαμηλό) ΕΜΠ-1990 (Xαμηλό) ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Μέσο) 0 ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Χαμηλό) ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Υψηλό) 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 ΕΤΟΣ Διάγραμμα 1α. Σχέδιο διαχείρισης του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Έτος 2002 2003 Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 23
ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ (hm 3 ) Εκτίμηση υδρευτικής ζήτησης (2/2) Η εκτίμηση του πληθυσμού σχεδιασμού γίνεται με «προβολή» των αποτελεσμάτων των μοντέλων, στον χρονικό ορίζοντα της μελέτης του υδρευτικού συστήματος (40-50 έτη). Ασφαλέστερες εκτιμήσεις του μελλοντικού πληθυσμού προκύπτουν από δεδομένα πολεοδομικής ανάπτυξης (π.χ. χωροταξικά σχέδια). 750 600 450 300 150 Προβλέψεις ετήσιας ζήτησης νερού στην Αθήνα από διάφορες μελέτες* (πραγματική τιμή 2010: 420 hm 3 ) ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΓΕΡΜΑΝΟΠΟΥΛΟΣ-1990 ΕΥΔΑΠ-1992 (Μέσο) ΑΔΚ-1995 (Μέσο) ΑΔΚ-1998 Kallis and Coccossis-2000 (Yψηλό) ΕΜΠ-1990 (Yψηλό) ΕΜΠ-1990 (Mέσο) ΕΥΔΑΠ-1992 (Αισιόδοξο) ΑΔΚ-1995 (Υψηλό) ΑΔΚ-1995 (Χαμηλό) Kallis and Coccossis-2000 (Xαμηλό) ΕΜΠ-1990 (Xαμηλό) ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Μέσο) 0 ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Χαμηλό) ΠΑΡΟΥΣΑ-2000 (Υψηλό) 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 ΕΤΟΣ Διάγραμμα 1β. Σχέδιο διαχείρισης του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Έτος 2002 2003 Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 24
Αρδευτική χρήση (1/2) Θεωρητικές ανάγκες καλλιέργειας σε νερό: Ποσότητα νερού που απαιτείται για την πλήρη ανάπτυξη μιας καλλιέργειας, σε συγκεκριμένη χρονική περίοδο και περιοχή. Περιλαμβάνουν την ποσότητα που καταναλώνεται για τη διαπνοή (η οποία πραγματοποιείται στους πόρους της χλωρίδας και ιδίως των φυλλωμάτων) και τον σχηματισμό των ιστών του φυτού, και την ποσότητα που εξατμίζεται από το έδαφος ή τα υγρά μέρη του φυτού. Σε πλήρως ξηρές συνθήκες (απουσία υγρασίας), οι θεωρητικές υδατικές ανάγκες ταυτίζονται με την δυνητική εξατμοδιαπνοή (ΡΕΤ). Η ΡΕΤ εκτιμάται με βάση την δυνητική εξατμοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς και τους λεγόμενους φυτικούς συντελεστές, που εξαρτώνται από το είδος της καλλιέργειας, το στάδιο ανάπτυξης και την εποχή. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 25
Αρδευτική χρήση (2/2) Πραγματικές αρδευτικές ανάγκες καλλιέργειας: Ποσότητα που πρέπει να δοθεί μέσω των αρδευτικών έργων σε μια καλλιέργεια για την πλήρη ανάπτυξή της, ώστε να καλυφτεί το έλλειμμα εξατμοδιαπνοής. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι απώλειες των δικτύων μεταφοράς και διανομής του νερού, οι απώλειες κατά την εφαρμογή της μεθόδου άρδευσης (ποσότητα που παροχετεύεται μείον την ποσότητα που αποθηκεύεται στο ριζόστρωμα), και το νερό που απαιτείται για έκπλυση αλάτων και αντιπαγετική προστασία. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 26
Διαχειριστικές όψεις της αρδευτικής χρήσης στην Ελλάδα (1/2) Οι αγροτικές καλλιέργειες αποτελούν τον κυριότερο καταναλωτή νερού (~ 84%), ως συνέπεια των υδροκλιματικών συνθηκών. Οι αρδευόμενες εκτάσεις ανέρχονται σε 13 200 000 στρέμματα (~ 32% της καλλιεργούμενης επιφάνειας της Ελλάδας, ~60% των πεδινών εδαφών) Από συλλογικά εγγειοβελτιωτικά έργα αρδεύεται ποσοστό 40% της συνολικά αρδευόμενης έκτασης (5 200 000 στρέμματα), από τα οποία το 35 40% με επιφανειακές μεθόδους, το 50 55% με συστήματα καταιονισμού, και το 10% με στάγδην άρδευση και λοιπά συστήματα μικροαρδεύσεων. Το υπόλοιπο 60% των αρδευόμενων εκτάσεων εξυπηρετείται από ιδιωτικά έργα, κατά κανόνα γεωτρήσεις. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 27
Διαχειριστικές όψεις της αρδευτικής χρήσης στην Ελλάδα (2/2) Οι εκτιμήσεις των θεωρητικών αναγκών των καλλιεργειών γίνονται, κατά προτίμηση, με τη μέθοδο FAO Penman-Monteith (απαιτεί πλήρη μετεωρολογικά δεδομένα) εναλλακτικά, χρησιμοποιείται η προσεγγιστική μέθοδος Blaney Criddle, που υπερεκτιμά σημαντικά (~30%) τη δυνητική εξατμοδιαπνοή. Η τυπική ετήσια αρδευτική κατανάλωση (λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες στα δίκτυα) εκτιμάται σε 600 m 3 /στρέμμα (= 600 mm). Το τυπικό επίπεδο αξιοπιστίας που εφαρμόζεται στον σχεδιασμό και διαχείριση των αρδευτικών υδροσυστημάτων είναι 80-90% (σε ετήσια βάση). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 28
Κτηνοτροφική χρήση Γενικά, οι ζητήσεις νερού για την κτηνοτροφία είναι μικρές, ωστόσο οι κτηνοτροφικές δραστηριότητες υποβαθμίζουν σημαντικά την ποιότητα των νερών εξαιτίας των λυμάτων τους. Τα προβατοειδή και αιγοειδή καλύπτουν τις ανάγκες τους κυρίως από φυσικές πηγές, λόγω του επικρατούντος χαρακτήρα της ελεύθερης βοσκής τους. Τα βοοειδή, χοίροι, ιπποειδή, πουλερικά και κουνέλια καλύπτουν τις ανάγκες τους από οργανωμένα δίκτυα ύδρευσης, λόγω της πιο συγκεκριμένης χωρικά εκτροφής τους. Κατηγορίες ζώων Κατά κεφαλήν ανάγκες (L/d) Βοοειδή 70.0 Προβατοειδή 15.0 Αιγοειδή 15.0 Χοίροι 15.0 Ιπποειδή 70.0 Κουνέλια 2.0 Πουλερικά 0.5 Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 29
Παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας (1/2) Η Υ/Η ενέργεια αποτελεί, μαζί με την αιολική, τη μοναδική πηγή που είναι ανανεώσιμη και, ταυτόχρονα, οικονομικά βιώσιμη. Από όλες τις μορφές ενέργειας, η Υ/Η εξασφαλίζει τη μεγαλύτερη απόδοση, καθώς ο σχετικός συντελεστής για μεγάλες παροχές ξεπερνά το 90% (οφείλεται μόνο στις υδραυλικές απώλειες στον αγωγό προσαγωγής και τις τριβές στους στροβίλους). Τα Υ/Η έργα είναι τα πλέον πρόσφορα για την κάλυψη των αιχμών της ζήτησης (η ενεργοποίηση ενός υδροστροβίλου απαιτεί ελάχιστα λεπτά). Η μόνη αξιόπιστη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας παρέχεται από μεγάλα Υ/Η έργα, με αντιστρεπτές μονάδες (αντλιοστρόβιλοι). Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 30
Παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας (2/2) Η επίδοση ενός Υ/Η έργου αποτιμάται με όρους πρωτεύουσας ενέργειας αιχμής, ήτοι ενέργειας που είναι συνεχώς διαθέσιμη τις ώρες αιχμής και έχει υψηλή οικονομική αξία (τουλάχιστον διπλάσια της δευτερεύουσας). Εκτιμάται ότι περίπου το 16% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας προέρχεται από Υ/Η έργα (έτος 2010). Στην Ελλάδα υπάρχουν 16 μεγάλα Υ/Η έργα (>15 MW), συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 3050 MW, που κατά κανόνα λειτουργούν ως έργα πολλαπλού σκοπού. Το µέσο ετήσιο εκμεταλλεύσιμο υδροδυναμικό της χώρας έχει εκτιμηθεί σε 15 TWh περίπου, που θα μπορούσε να καλύψει μέχρι το 30% των σημερινών αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια, έναντι σημερινού ποσοστού κάτω από 10%. Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 31
Ελάχιστη διατηρητέα παροχή ποταμών για προστασία οικοσυστημάτων (1/2) Παροχή νερού που πρέπει να εξασφαλίζεται κατάντη των έργων αξιοποίησης ενός υδατορεύματος, με στόχο την προστασία της δημόσιας υγείας και τη διατήρηση του υδατικού οικοσυστήματος. Αποτελεί απαίτηση της Οδηγίας- Πλαίσιο 2000/60/ΕΕ, ώστε να εξασφαλίζεται καλή ποιοτική κατάσταση των υδάτινων σωμάτων (ιδιαίτερα, των έντονα τροποποιημένων ποταμών) Φράγμα (σε λειτουργία ή σε φάση μελέτης) Αγ. Δημητρίου (Εύηνος) Σμοκόβου (Σοφαδίτης) Μεσοχώρας (Αχελώος) Συκιάς (Αχελώος) Στράτου (Αχελώος) Μέση ετήσια παροχή (m 3 /s) Θεσμοθετημένη ελάχιστη διατηρητέα παροχή (m 3 /s) 8.9 1.0 (όλο το έτος) 5.3 0.7-1.1 (Απρ.-Σεπ.) 23.5 1.5 (όλο το έτος) 46.6 5.0 (όλο το έτος) 130.3 (*) 21.3 (όλο το έτος) Αποσελέμη (Κρήτη) 0.365 0.015 (όλο το έτος) (*) Φυσικοποιημένη παροχή Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 32
Ελάχιστη διατηρητέα παροχή ποταμών για προστασία οικοσυστημάτων (2/2) Στην απλούστερη προσέγγιση, η γνωστή και ως «οικολογική παροχή» εκφράζεται ως ποσοστό μιας χαρακτηριστικής τιμής της φυσικής απορροής του υδατορεύματος (μέση ετήσια, μέση ελάχιστη θερινή). Φράγμα (σε λειτουργία ή σε φάση μελέτης) Αγ. Δημητρίου (Εύηνος) Σμοκόβου (Σοφαδίτης) Μεσοχώρας (Αχελώος) Συκιάς (Αχελώος) Στράτου (Αχελώος) Αποσελέμη (Κρήτη) Μέση ετήσια παροχή (m 3 /s) (*) Φυσικοποιημένη παροχή Θεσμοθετημένη ελάχιστη διατηρητέα παροχή (m 3 /s) 8.9 1.0 (όλο το έτος) 5.3 0.7-1.1 (Απρ.-Σεπ.) 23.5 1.5 (όλο το έτος) 46.6 5.0 (όλο το έτος) 130.3 (*) 21.3 (όλο το έτος) 0.365 0.015 (όλο το έτος) Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 33
Παράρτημα Διάγραμμα 1α,β. Σχέδιο διαχείρισης του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Έτος 2002 2003, Κουτσογιάννης κ.ά., Εκσυγχρονισμός της εποπτείας και διαχείρισης του συστήματος των υδατικών πόρων ύδρευσης της Αθήνας, Τεύχος 14, ΕΜΠ, Αθήνα, Δεκέμβριος 2002, CC: BY-NC-SA Α. Ευστρατιάδης & Δ. Κουτσογιάννης, Ανάλυσης προσφοράς και ζήτησης νερού 34
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.