Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος «ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ» Δέσποινα Χαρχούση, Πολιτικός Μηχανικός, Υ/Δ ΕΜΠ Βραβευμένη Διπλωματική Εργασία για το Νερό 2014 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Β. Τσουκαλά
Εισαγωγή στην έννοια του υδατικού αποτυπώματος (ΥΑ) Το υδατικό αποτύπωμα: Εισήχθη στην επιστημονικήκοινότητα το 2002απότον A.Y. Hoekstra Είναι ένας εμπειρικός, εναλλακτικός δείκτης κατανάλωσης γλυκού νερού ο οποίος λαμβάνειυπόψη τόσο την άμεση όσο και την έμμεση κατανάλωση νερού Εκφράζει τον όγκο νερού που καταναλώνεται και ρυπαίνεται στο σύνολο της διαδικασίας παραγωγής ενόςπροϊόντοςή μίας υπηρεσίας ΥΑ καλλιεργειών: εκφράζεται σε m 3 /ton ΥΑ green ΥΑ blue ΥΑ grey YA = ΥΑ green + ΥΑ blue + ΥΑ grey αφορά στο βρόχινο νερό, τον πράσινο όγκο νερού, το οποίο δεν απορρέει επιφανειακά αλλά κατακρατείται από το έδαφος ως υγρασία και καταναλώνεται από τις καλλιέργειες µέσω της εξατµισοδιαπνοής αναφέρεται στην κατανάλωση µπλε νερού, δηλαδή του γλυκού νερού που δεσµεύεται από τους υδατικούς πόρους (επιφανειακούς και υπόγειους) για την ανάπτυξη της καλλιέργειας αναφέρεται στη ρύπανση και ορίζεται ως όγκος του γλυκού νερού που απαιτείται για να επανέλθει η συγκέντρωση των ρυπαντών στα επιτρεπτά επίπεδα
Σκοπός εργασίας Αντικείμενο εργασίας: εφαρμογή του ΥΑ ως εργαλείο διαχείρισης των υδατικών πόρων που διατίθενται για άρδευση στονκάμπο Χανίων Σκοπός εργασίας: προσδιορισμός της επιρροής της μεθόδου υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής τόσο στο ΥΑ κάθε καλλιέργειας όσο και στη συνολική υδατική κατανάλωση στην περιοχή. Συγκεκριμένα: Ø Ø Ø Σύγκρισημεθόδων εξατμισοδιαπνοής Σύγκριση διαφορετικών υδρολογικών σεναρίων Σύγκρισησεναρίωναναδιάρθρωσηςτων καλλιεργειών
Διάρθρωση εργασίας Το ΥΑ καλλιεργειών που αναπτύσσονται στονκάμπο Χανίων υπολογίζεταιγια: Τέσσερεις μεθόδους υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής Blaney-Criddle Hargreaes Penman-Monteith Πραγματική εξατμισοδιαπνοή (μοντέλο CROPWAT) Τέσσερα διαφορετικά σενάρια BA Υφιστάμενες συνθήκες μέσο υδρολογικό σενάριο BD Υφιστάμενες συνθήκες ξηρό υδρολογικό σενάριο FA Σενάριο αναδιάρθρωσης μέσο υδρολογικό σενάριο FD Σενάριο αναδιάρθρωσης ξηρόυδρολογικόσενάριο
Περιοχή Μελέτης: Κάμπος Χανίων Σημαντική γεωργική περιοχή της Ελλάδας Τουριστική ανάπτυξη Κύριες καλλιέργειες της περιοχής: ελιές, εσπεριδοειδή, αμπέλια Εξετάζεται η αναδιάρθρωση των καλλιεργειών Τα εσπεριδοειδή θα αντικατασταθούν με αβοκάντο και αρδευόμενες καλλιέργειες ελαιόδεντρων θα μετατραπούν σεξηρικές
Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα CWU g Πράσινο υδατικό αποτύπωμα WF green = CWU /Y πράσινο νερό (βροχόπτωση) (m 3 /στρ.) CWU u g πράσινη μηνιαία υδατική χρήση (mm/month) k βλαστική περίοδος, months g = k g u g i= 1 CWU b μπλε νερό (άρδευση) (m 3 /στρ.) u b k Μπλε υδατικό αποτύπωμα WF blue = CWU CWU b u b = k i= 1 /Y μπλε μηνιαία υδατική χρήση (mm/month) βλαστική περίοδος, months b u g = min(p eff,et ) c u b = max (0,ET c P eff ) P eff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm P eff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm ET c εξατμισοδιαπνοή, mm ET c εξατμισοδιαπνοή, mm
Μέθοδοι υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής Blaney-Criddle equation ET c =K c f f = (32+ 1.8T )P/3.94 K c φυτικός συντελεστής T α μέση ημερήσια θερμοκρασία αέρα, o C P μέσο ημερήσιο ποσοστό συνολικής ετήσιας διάρκειας των ωρών ημέρας P eff P t μέση βροχόπτωση, μηνιαία mm/month α 0.824 [ t 2.93] 0.000955ET [ 10 c ] = f(d) 1.25P ET K c ET c =K c ET 0 0 =.0023RA Tα 8 ( + 17. ) ( T ) 0 T max φυτικός συντελεστής min RA εξωγήινη ηλικιακή ακτινοβολία, mm/d T max μέση μηνιαία μέγιστη θερμοκρασία αέρα, o C T min μηνιαία μέσης ελάχιστη θερμοκρασία αέρα, o C P Hargreaes equation = f ( D 0.824 )[ 1.25 2.93] 0.000955ET [ 10 c ] eff P t K c ET c = f (K c, U, T α, u, n, z) φυτικός συντελεστής T α μέση ημερήσια θερμοκρασία αέρα, o C U υγρασία, % u ταχύτητα ανέμου, m/s n ηλιοφάνεια, h/d z P eff Penman-Monteith equation υψόμετρο, m Pt = ( 125 0.2P ) 125 t, P t 250mm Peff = 125+ 0.1, Pt > 250mm
Παράδειγμα υπολογισμού ΥΑ ξηρικών ελαιόδεντρων
CROPWAT (ελεύθερο λογισμικό) λαµβάνει υπόψη: ü τον τρόπο και την συχνότητα άρδευσης ü την υγρασία του εδάφους απαιτεί δεδοµένα σχετικά µε: 19 µεταβλητές εισόδου κλίµα καλλιέργεια άρδευση έδαφος
Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα, με βάσει την πραγματική εξατμισοδιαπνοή ΕΤ α = πραγματική ποσότητα νερού που χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια (Υπολογίζεται με τη χρήση του μοντέλου CROPWAT) q q Ξηρικές συνθήκες: Αρδευόμενες συνθήκες: ET blue = 0 ET green = ET a ΕΤ blue = min(συνολική άρδευση, πραγματικές ανάγκες άρδευσης) ET green = ET a ET blue
CROPWAT - Δεδομένα εισόδου
Το Γκρι Υδατικό Αποτύπωμα WF grey = (α AR)/(c max c nat )/Y AR α c max c nat Y ποσότητα του ρυπαντή που τοποθετείται για λίπανση, kg/στρ. ποσοστό τουρυπαντή που εισχωρεί στο υδατικό σύστημα μέγιστη αποδεκτή συγκέντρωση ρύπου, mg/l, φυσική συγκέντρωση ρύπου στον υδατικό αποδέκτη, mg/l απόδοση καλλιέργειας, ton/στρ. Το ΥΑ grey δεν εξαρτάται από τη μέθοδο εξατμισοδιαπνοής που επιλέγεται
Σύγκριση μεθόδων εξατμισοδιαπνοής ΥΑ (m 3 /ton) 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Ελαιόδεντρα αρδευόμενα Ελαιόδεντρα ξηρικά Εσπεριδοειδή Αβοκάντο Αμπελοειδή αρδευόμενα Αμπελοειδή ξηρικά Σανά φθινοπωρινά Τριφύλλια Γη λαχανόκηπων
Υπολογισμός Υδατικής Κατανάλωσης με τη χρήση του Υδατικού Αποτυπώματος ΥΑ (m 3 /ton) Παραγωγή (ton) Κατανάλωση (m 3 )
Σύγκριση υφιστάμενων συνθηκών και μελλοντικού σεναρίου Υδατική κατανάλωση (10 6 m 3 ) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 green Πράσινο water νερό blue Μπλε water νερό grey Γκρι νερό water q Ανεξάρτητα από την εφαρμοζόμενη μέθοδο εξατμισοδιαπνοής, η κατανάλωση γκρι νερού μειώνεται ~ 2.5% q Η κατανάλωση μπλε νερού αυξάνεται, με το ποσοστό αύξησης να διαφέρει ανάλογα με τη μέθοδο υπολογισμού που χρησιμοποιείται
Σύγκριση μέσου και ξηρού υδρολογικού σεναρίου Υδατική κατανάλωση (10 6 m 3 ) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 green Πράσινο water νερό blue Μπλε water νερό grey Γκρι νερό water 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 green Πράσινο water νερό blue Μπλε water νερό grey Γκρι νερό water Κατά το ξηρό σενάριο, καταναλώνεται λιγότερο πράσινο νερό σε σχέση με το μέσο υδρολογικό σενάριο, αλλά παρατηρείται αύξηση του απαιτούμενου αρδευτικού νερού
Συμπεράσματα από την εφαρμογή διαφόρων μεθόδων εξατμισοδιαπνοής Όταν ζητείται η σύγκριση δύο διαφορετικών σεναρίων, είναι σκόπιμο να υιοθετείται η ίδια μέθοδος υπολογισμού ΥΑ για τα δύο σενάρια. Οι διαφορές στην κατάταξη των καλλιεργειών, αναλόγως της μεθόδου υπολογισμού, από άποψη οικονομίας νερού δεν είναι τέτοιες ώστε να οδηγήσουν σε σημαντικά διαφορετικά συμπεράσματα. Η μέθοδος CROPWAT είναι πιο ακριβής, καθώς υπολογίζει την πραγματική εξατμισοδιαπνοή - απαιτεί περισσότερα δεδομένα
Πεδιάδα Μεσσαράς Η πεδιάδα της Μεσσαράς βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα του Νομού Ηρακλείου Σημαντική γεωργική περιοχή της Ελλάδας Το κλίμα στην περιοχή της Μεσσαράς είναι συγκρίσιμο με αυτό των Χανίων Ελιές και εσπεριδοειδή καλλιεργούνται τόσο στην πεδιάδα της Μεσσαράς όσο και των Χανίων
ΥΑ καλλιεργειών που αναπτύσσονται σε διαφορετικές περιοχές Σύγκριση ΥΑ ξηρικώνελαιόδεντρων Σύγκριση ΥΑ αρδευόμενων ελαιόδεντρων Τα ΥΑ των καλλιεργειών διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή λόγω: Της διαφορετικής ποσότητας λιπασμάτων που εφαρμόζεται Της διαφορετικής προσέγγισης υπολογισμού του μπλε ΥΑ
Συμπεράσματα για τον δείκτη ΥΑ Πολυδιάστατος δείκτης Υψηλό συνολικό ΥΑ απαιτητικέςσε νερό καλλιέργειες Σημαντικό γκρι ΥΑ σημαντική συνεισφορά στην ποιοτική υποβάθμιση των υδατικών πόρων της περιοχής Σημαντικό μπλε ΥΑ αυξημένες αρδευτικές ανάγκες Ξηρικές καλλιέργειες μηδενικό μπλε ΥΑ Μηδενικήλίπανση μηδενικό γκρι ΥΑ Κάθε συνιστώσατου ΥΑ πρέπει να μελετάται ξεχωριστά
Συνέχεια της έρευνας στο αντικείμενο των υδατικών πόρων q q q Παρουσίαση αποτελεσμάτων διπλωματικής εργασίας Charchousi D., Tsoukala V.K., Papadopoulou M.P., Benchmarking Methodologies for Water Footprint Calculation in Agriculture, International Conference WIN4Life, 19-21 September 2013, Tinos, Greece Charchousi D., Tsoukala V.K., Papadopoulou M.P., How eapotranspiration process may affect the estimation of water footprint indicator in agriculture?, Desalination and Water Treatment, 2014 Συνέχεια της έρευνας χρήση του ΥΑ στη μελέτη της κλιματικής αλλαγής Papadopoulou M.P., Charchousi D., Tsoukala V.K., Giannakopoulos C., and Petrakis M., Water Footprint assessment of applied agricultural policies based on climate change scenarios, International Conference ADAPTtoCLIMATE, 27-28 March2014, Nicosia, Cyprus Papadopoulou M.P., Charchousi D., Tsoukala V.K., Giannakopoulos C., and Petrakis M., Water footprint assessment considering climate change effects on future agricultural production in Mediterranean region, Desalination and Water Treatment, 2015 Διδακτορική Διατριβή στην διαχείριση των υδατικών πόρων, με έμφαση στη μελέτη των υπόγειων νερών Διερεύνηση του Υπόγειου Υδατικού Αποτυπώματος (ΥΥΑ) ως δείκτη χάραξης πολιτικών ορθολογικής διαχείρισης των υπόγειων υδατικών αποθεμάτων (Επιβλέπουσα: Αν. Καθηγήτρια Μ.Π. Παπαδοπούλου)
Ευχαριστώ για την προσοχή σας