ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Δ.Π.Μ.Σ. "ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ" ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΏΝ ΠΟΡΩΝ Διαχείριση Ταμιευτήρων Πολλαπλού σκοπού Χρήστος Τύραλης, Πολ. Μηχανικός Δάφνη Χριστοφίδου, Γεωπόνος Περιβάλλον και Ανάπτυξη Αθήνα, Ιούνιος 2015 Διδάσκοντες: Α. Ευστρατιάδης, Δ. Κουτσογιάννης
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή... 2 2. Βελτιστοποίηση λειτουργίας ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού... 2 2.1 Σκοποί ενός ταμιευτήρα... 2 2.2 Βελτιστοποίηση... 2 3. Ζητήματα Διαχείρισης Ταμιευτήρων... 7 4. Περιπτώσεις ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού στον Ελληνικό χώρο... 8 4.1 Λίμνη Πλαστήρα... 8 4.2 Λίμνη Σμοκόβου... 11 4.3 Συνδιαχείριση ταμιευτήρα Σμοκόβου λίμνης Ξυνιάδα... 14 5. Συμπεράσματα... 16 6. Βιβλιογραφία... 17 1
1. Εισαγωγή Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται θέματα που αφορούν στη διαχείριση ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού. Στο πρώτο μέρος γίνεται ανασκόπηση της εξέλιξης των μαθηματικών που χρησιμοποιούνται στην βελτιστοποίηση της λειτουργίας αυτών των ταμιευτήρων, ενώ στο δεύτερο παρουσιάζονται δύο περιπτώσεις ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού, της Λίμνης Ταυρωπού (Πλαστήρα) και του Σμοκόβου. 2. Βελτιστοποίηση λειτουργίας ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού 2.1 Σκοποί ενός ταμιευτήρα Είναι γενικά αποδεκτό ότι κατάλληλοι σκοποί, εκ των οποίων ένας τουλάχιστον πρέπει να εξυπηρετείται από έναν ταμιευτήρα, είναι (Yeh, 1985) η παροχή νερού για άρδευση, η παροχή νερού στην βιομηχανία, η παροχή νερού για οικιακή χρήση, η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, η βελτίωση της ποιότητας του νερού, η αναψυχή, η αναβάθμιση της πανίδας και της χλωρίδας, ο έλεγχος πλημμυρών και η ναυσιπλοΐα. Όπως αναφέρει ο Yeh (1985) σχετικά με θέματα σχεδιασμού και λειτουργίας ενός ταμιευτήρα πολλαπλού σκοπού, η διαδικασία λειτουργίας του ταμιευτήρα, όπως αυτή υπολογίζεται κατά την φάση του σχεδιασμού, πρέπει να είναι συνεπής με την διαδικασία λειτουργίας του κατασκευασμένου ταμιευτήρα. Η διαδικασία της λειτουργίας συσχετίζεται με τον καθορισμό του όγκου του ταμιευτήρα κατά το στάδιο του σχεδιασμού. Πρόβλημα αποτελεί η λειτουργία του ταμιευτήρα σε πραγματικό χρόνο, με αποφάσεις εντός μιας αρκετά σύντομης χρονικής περιόδου (επιχειρησιακό πλαίσιο), ή με αποφάσεις που αφορούν μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες όπως του έτους. Άλλο πρόβλημα αποτελεί η υδρολογική αβεβαιότητα (βροχόπτωση, εισροές κλπ). Η ικανοποίηση των σκοπών ενός ταμιευτήρα πολλαπλού σκοπού σε διάφορες φάσεις του σχεδιασμού και της λειτουργίας του αποτελεί ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης. 2.2 Βελτιστοποίηση Οι διάφορες χρήσεις που απαιτείται να εξυπηρετεί ένας ταμιευτήρας είναι αντικρουόμενες, οπότε η καθεμιά από μόνη της απαιτεί διαφορετική διαχείριση της λειτουργίας του ταμιευτήρα. Εάν επιθυμούμε να τις ικανοποιήσουμε όλες συγχρόνως κατά το δυνατόν, απαιτείται να βρεθεί μια συμβιβαστική λύση, η οποία προέρχεται από την βελτιστοποίηση μιας συνάρτησης της οποίας η τιμή εξαρτάται από το βαθμό ικανοποίησης κάθε χρήση. Για την επίλυση των προβλημάτων αυτού του είδους χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές μοντελοποίησης του συστήματος ταμιευτήρα και του περιβάλλοντος με το οποίο αλληλοεπιδρά χρησιμοποιώντας διάφορους αλγόριθμους βελτιστοποίησης. Η διαδικασία αυτή της μοντελοποίησης και βελτιστοποίησης του συστήματος έχει μεταβληθεί κατά τα τελευταία 30 έτη. Στην συνέχεια θα παρουσιάσουμε την εξέλιξη αυτής της διαδικασίας. Οι βασικές τεχνικές μοντελοποίησης και βελτιστοποίησης πριν 30 έτη παρουσιάζονται στην Εικόνα 1 (Yeh, 1985). Τα συστήματα επιλύονταν κυρίως με γραμμικό ή δυναμικό προγραμματισμό, ενώ λίγες ήταν οι περιπτώσεις επίλυσης με προσομοίωση και μη γραμμικό προγραμματισμό. 2
Linear programming (LP) Περιλαμβα νει και: Chance-constrained LP Stochastic LP Stochastic programming with resource Dynamic programming (DP) Περιλαμβα νει και: Incremental DP (IDP) Discrete Differential DP (DDDP) Incremental DP και Successive Approximations( IDPSA), Stochastic DP Reliability Constrained DP Differential DP (DDP) Progressive optimality algorithm Εικόνα 1. Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 30 έτη. (Πηγή: Yeh (1985)) Πριν 10 έτη ο Labadie (2004) διακρίνει δύο κύριες κατηγορίες, ως προς τις μεθοδολογίες βελτιστοποίησης. Αυτές φαίνονται στην Error! Reference source not found.. Η πρώτη κατηγορία είναι της έμμεσης στοχαστικής βελτιστοποίησης, η οποία αναφέρεται και ως βελτιστοποίηση Μόντε Κάρλο. Βελτιστοποιεί επί μιας μεγάλης ιστορικής ή συνθετικής χρονοσειράς ή επί αρκετών μικρότερων. Διατηρούνται χαρακτηριστικά όπως χωρικές και χρονικές συσχετίσεις και μέθοδοι ντετερμινιστικής βελτιστοποίησης εφαρμόζονται άμεσα. Η δεύτερη κατηγορία είναι της άμεσης στοχαστικής βελτιστοποίησης, χρησιμοποιεί πιθανοτικές περιγραφές για τις διάφορες μεταβλητές και είναι υπολογιστικά περισσότερο απαιτητική. Οι διαφορές μεταξύ των δύο κατηγοριών βελτιστοποίησης φαίνονται στην Εικόνα 3. Τέλος, χρησιμοποιούνταν όλο και συχνότερα μοντέλα ευρετικού προγραμματισμού. 3
Implicit Stochastic Optimization Explicit Stochasti Linear Programming Models Network Flow Optimization Models Nonlinear Programming Models Discrete Dynamic Programming Models Differential Dynamic Programming Models Discrete-Time Optimal Control Theory Chance-Constraine Models Stochastic Linear P Stochastic Dyn Models Stochastic Optimal Multiobjective Opt Real-Time Control with Forecasting Heuristic Program Genetic algori Artificial neur Fuzzy rule-ba Εικόνα 2. Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 10 έτη. (Πηγή: Labadie (2004)) 4
Implicit Stochastic Optimization Explicit Stochastic Εικόνα 3. Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν 10 έτη. (Προέλευση: Labadie (2014) μετά από προσαρμογή) Πριν ένα έτος οι Ahmad et al. (2014) πρότειναν μια διαφορετική κατηγοριοποίηση, η οποία μοιάζει με αυτήν του Yeh (1985). Η κατηγοριοποίηση παρουσιάζεται στην Εικόνα 4. Φαίνεται ότι πλέον ο μη γραμμικός προγραμματισμός και οι αλγόριθμοι υπολογιστική νοημοσύνης χρησιμοποιούνται εξίσου με τις μεθόδους των άλλων κατηγοριών. 5
Διαφόρόπόι ηση σε σχε ση με Yeh (1985) Εναλλακτικε ς με θόδόι Artificial Bee Colony Gravitational Search Algorithm Εικόνα 4. Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων πριν ένα έτος. (Προέλευση: Ahmad et al. (2014) μετά από προσαρμογή.) Τέλος, οι Choong and El-Shafie (2015) δίνουν μεγαλύτερη έμφαση σε διάφορες παραλλαγές των γενετικών αλγορίθμων, όπως παρουσιάζονται στην Εικόνα 5. 6
Genetic Algorithm Εικόνα 5. Βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων σήμερα. (Προέλευση: Choong and El-Shafie (2015) μετά από προσαρμογή) 3. Ζητήματα Διαχείρισης Ταμιευτήρων Οι ταμιευτήρες αποτελούν έργα διαχείρισης των επιφανειακών υδάτων προκειμένου να διατηρείται διαθέσιμο νερό για την κάλυψη διαφόρων αναγκών, αποθηκεύοντάς το κατά τις περιόδους υψηλής υδροφορίας και διαθέτοντάς το κατά τις περιόδους, αντίστοιχα, χαμηλής υδροφορίας. Σημαντικό ρόλο διαδραματίζει σε αυτό η ορθολογική διαχείριση του ταμιευτήρα. Εν συντομία, τα βασικά ζητήματα που άπτονται της διαχείρισης των φραγμάτων και των ταμιευτήρων μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε παραμέτρους που αφορούν τη ζήτηση και σε εκείνες που αφορούν την προσφορά του νερού. Στην πρώτη περίπτωση, σκοπός είναι να ποσοτικοποιηθούν και να ρυθμιστούν οι υδατικές ανάγκες για κάθε χρήση νερού (αστική, γεωργική, βιομηχανική, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, οικολογική παροχή, κ.α.). Μπορεί 7
να ειπωθεί ότι ως προϋπόθεση για τα προαναφερθέντα τίθεται η προστασία του περιβάλλοντος. Όσον αφορά την προσφορά νερού, βάση της διαχείρισης του ταμιευτήρα αποτελεί, εύλογα, η διαθεσιμότητα των υδατικών πόρων στην υπό μελέτη περιοχή. Επιπρόσθετα, όμως, δεν μπορούν να αμεληθούν και θέματα σχετικά με τη νομοθεσία που ισχύει για τη διαχείριση των υδάτων και τη διανομή στους διάφορους χρήστες. Εικόνα 6. Βασικά ζητήματα που αφορούν τη διαχείριση των φραγμάτων και την διαμόρφωση πολιτικής διαχείρισης της ζήτησης και της διανομής του νερού (Πηγή: IUCN/ UNEP /WCD, 2001) 4. Περιπτώσεις ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού στον Ελληνικό χώρο 4.1 Λίμνη Πλαστήρα Από τις πιο πολυσυζητημένες περιπτώσεις διαχείρισης ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού αποτελεί ο ταμιευτήρας Ταυρωπού ή, όπως είναι ευρέως γνωστότερη, η Λίμνη Πλαστήρα. Η Λίμνη Πλαστήρα δημιουργήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1950 με το φράγμα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας της ΔΕΗ επί του ποταμού Ταυρωπού, παραποτάμου του Αχελώου. Πήρε το όνομά της από το Νικόλαο Πλαστήρα, ο οποίος λέγεται ότι συνέλαβε την ιδέα για το εν λόγω φράγμα, ενώ παραθέριζε σε κοντινή περιοχή. Ο πρωταρχικός σκοπός του έργου ήταν η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας και δευτερευόντως κάλυπτε αρδευτικές ανάγκες. Η τάση αυτή άλλαξε κατά τη δεκαετία του 80, οπότε και λόγω της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής της ΕΟΚ, ο κλάδος της γεωργίας αναπτύχθηκε και οι αρδευτικές ανάγκες στο Θεσσαλικό Κάμπο αυξήθηκαν σημαντικά. Συνεπώς, παρά το ότι το φράγμα βρίσκεται υπό τη διαχείριση της ΔΕΗ, η εκροή προσαρμόστηκε και στις αρδευτικές ανάγκες. Ιδιαίτερο σημείο στη περίπτωση της Λίμνης Πλαστήρα αποτελεί ότι, ενώ υδρολογικά ανήκει στη ΛΑΠ του Αχελώου, διαχειριστικά εντάσσεται στη ΛΑΠ του Πηνειού, καθώς το σύνολο, 8
πρακτικά, των υδατικών πόρων της εκτρέπονται προς την πλευρά της Θεσσαλίας, όπως φαίνεται και στην Εικόνα 7. Πέρα από την άρδευση, η λίμνη Πλαστήρα καλείται να καλύψει και τις ανάγκες ύδρευσης των κατοίκων της πόλης της Καρδίτσας και των πέριξ οικισμών. Εικόνα 7. Κύρια έργα εκτροπής νερών, υδατικά έργα ταμίευσης και παραγωγής ενέργειας στο Υδατικό Διαμέρισμα Δ. Στερεάς Ελλάδας (ΥΠΕΚΑ, 2013) Η λίμνη Πλαστήρα κηρύχθηκε Τοπίο Ιδιαίτερου Φυσικού Κάλλους (AT3011009) και εντάσσεται στο Δίκτυο Natura 2000 (GR1410001 EZD), κάτι που υποδεικνύει σαφώς την αξία της λίμνης ως οικοσυστήματος, ακόμα κι αν αυτή είναι τεχνητή. Οι λόγοι αυτοί οδήγησαν σε έντονη τουριστική ανάπτυξη της περιοχής κατά τη δεκαετία του 90, στην οποία κατά συνέπεια συγκεντρώθηκαν και άλλα οικονομικά συμφέροντα. Έτσι, η προστασία του τοπίου δεν αποτελεί μόνο θέμα οικολογικό, αλλά και οικονομικό. Ανταγωνισμός Χρήσεων Νερού Από την τεχνητή Λίμνη Πλαστήρα αντλείται νερό κατά κύριο λόγο για άρδευση και για την παραγωγή ενέργειας. Ενώ το ίδιο νερό που αρδεύει το θεσσαλικό κάμπο παράγει και την 9
υδροηλεκτρική ενέργεια, θεωρούνται αντικρουόμενες χρήσεις, αφού ο τεράστιος όγκος που απαιτείται για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών ρίχνει πολύ χαμηλά τη στάθμη, κάτι που μειώνει το όφελος στην παραγωγή ενέργειας. Αντίθετα, αν δοθεί προτεραιότητα στη βέλτιστη παραγωγή ενέργειας, τότε δεν θα μπορέσουν να καλυφθούν οι αρδευτικές ανάγκες. Ένα επιπλέον πρόβλημα συνιστά και ο χρονικός προγραμματισμός απολήψεων για τους δύο σκοπού, αφού οι ώρες αιχμής για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν συμπίπτουν με εκείνες της ζήτησης αρδευτικού νερού. Εντούτοις, οι δύο αυτές χρήσεις αντιπροσωπεύουν τον κυριότερο όγκο εκροών από τον ταμιευτήρα. Δεδομένου ότι το νερό του ταμιευτήρα χρησιμοποιείται για ύδρευση, απαιτείται να πληροί σταθερότυπα για πολύ υψηλή ποιότητα νερού. Μέσω μοντέλων προσομοίωσης ποιοτικών παραμέτρων (MERES) και ευτροφισμού-διαλυμένου οξυγόνου (EUTRO-SEL), αξιολογήθηκαν τα διάφορα σενάρια ελάχιστης στάθμης καταδεικνύοντας ότι η ταπείνωση της στάθμης του ταμιευτήρα συνεπάγεται με μεσοτροφικές συνθήκες. Ένα ακόμα διαχειριστικό ζήτημα αποτελεί ότι προστασία του τοπίου, δεδομένης και της συγκέντρωσης των οικονομικών συμφερόντων στην περιοχή. Με την ταπείνωση της στάθμης φανερώνεται γυμνή, χωρίς βλάστηση, ζώνη (νεκρή ζώνη) στις όχθες της λίμνης, κάτι που οδηγεί ακαλαίσθητο αποτέλεσμα. Η αισθητική υποβάθμιση αυτή έχει επιπτώσεις στην τουριστική ανάπτυξη. Κριτήρια Πολυκριτηριακής ανάλυσης Βάσει των παραπάνω, οι τρεις διαχειριστικές παράμετροι που αναδείχθηκαν και αξιοποιήθηκαν ως δείκτες/κριτήρια για την πολυκριτηριακή ανάλυση της διαχείρισης του ταμιευτήρα είναι οι παρακάτω: 1. Ασφαλής απόληψη. Οι αρδευτικές ανάγκες και η παραγωγή ενέργειας αντιπροσωπεύουν τον μεγαλύτερο όγκο απαιτούμενων απολήψεων. Προστίθεται και μια συγκριτικά μικρή ποσότητα για την ύδρευση της Καρδίτσας και μικρότερων οικισμών. 2. Προστασία τοπίου. 3. Ποιότητα νερού. Εκ των τριών παραμέτρων, μόνο οι δύο τελευταίες ζητούν τη στάθμη να διατηρηθεί σε υψηλά επίπεδα. Οι ως άνω δείκτες εκφράστηκαν στην κλίμακα 0 ως 1, με 0 την μεγάλη/μη αποδεκτή μεταβολή και 1 την μικρή/αποδεκτή, όπως απεικονίζεται μαθηματικά στο γράφημα. Η διαδικασία αυτή υπέδειξε ένα συγκεκριμένο εύρος ύψους στάθμης, από +776m ως 790m. Αναλυτικότερα: Ως προς την ασφαλή απόληψη, η υδρολογική ανάλυση όρισε για κάθε επίπεδο στάθμης την ετήσια ονομαστική απόληψη σε hm 3 (με επίπεδο αξιοπιστίας 90%). Όσον αφορά την ποιότητα του νερού του ταμιευτήρα, αναλύθηκαν 4 σενάρια ελάχιστης στάθμης (780m, 782m, 784m, 786m) και προέκυψαν οι αντίστοιχοι δείκτες ποιότητας νερού και η μέση συγκέντρωση χλωροφύλλης. 10
Η αισθητική του τοπίου αξιολογήθηκε με τη χρονική κατανομή των διαφόρων επιπέδων ύψους στάθμης βάσει της στοχαστικής προσομοίωσης του υδρολογικού μοντέλου. Η μεταβολή των τριών δεικτών συναρτήσει της ελάχιστης στάθμης λειτουργίας του ταμιευτήρα Πλαστήρα απεικονίζεται στο διάγραμμα της Εικόνας 8. Εικόνα 8. Δείκτες απόληψης, ποιότητας και αισθητικής συναρτήσει ελάχιστης στάθμης (Πηγή: Hadjibiros et al. (2005)) Τέλος, η συνάρτηση ωφέλειας εκφράστηκε ως το άθροισμα των δεικτών πολλαπλασιασμένων με τα αντίστοιχα βάρη, όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση: F = W1 I 1 + W2 I2 + W3 I3. Εν κατακλείδι, μέσω της πολυκριτηριακής ανάλυσης αναδείχθηκαν οι επιλογές των 784, 785 και 786m, με τη στάθμη των 786m να αποτελεί την πλέον επιθυμητή τιμή και τη στάθμη των 784m την κατώτατη αποδεκτή τιμή. 4.2 Λίμνη Σμοκόβου Το φράγμα Σμοκόβου βρίσκεται στην θέση «Παλιοσταλός» Λουτροπηγής, αμέσως μετά την συμβολή των ρεμάτων Ονόχωρου και Ρεντινιώτικου (Εικόνα 9), και σε απόσταση 30 km περίπου από την πόλη της Καρδίτσας. Ο ομώνυμος ταμιευτήρας εξυπηρετεί το πρόγραμμα αξιοποίησης της Θεσσαλικής πεδιάδας και προβλέπεται να εξασφαλίζει νερό για άρδευση 11
έως και 250.000 στρεμμάτων των Νομών Καρδίτσας, Φθιώτιδας και Λάρισας, την ύδρευση οικισμών και τον εμπλουτισμό του υδροφόρου ορίζοντα από την κατάργηση των υφιστάμενων αρδευτικών γεωτρήσεων. Η κατασκευή του φράγματος και των συνοδών έργων (σήραγγα εκτροπής, σήραγγες προσπέλασης και αποστράγγισης, υπερχειλιστής και εκκενωτής πυθμένα) έγινε από το 1985 έως το 1996. Η πλήρωση του ταμιευτήρα ξεκίνησε τον Ιούλιο του 2002, και λόγω της υψηλής υδροφορίας της περιόδου εκείνης ολοκληρώθηκε σε διάστημα μερικών μηνών. Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από τον ΥΗΣ Λεονταρίου, ο οποίος αποτελεί την αφετηρία του αρδευτικού δικτύου. Εικόνα 9. Κύρια έργα εκτροπής νερών, υδατικά έργα ταμίευσης και παραγωγής ενέργειας στο Υδατικό Διαμέρισμα Θεσσαλίας (ΥΠΕΚΑ, 2013) Πρόκειται για πολύ πιο πρόσφατο έργο, επομένως, σε αντίθεση με την περίπτωση του Πλαστήρα όπου η διαχείριση γίνεται επί υφιστάμενου έργου, εδώ ο σχεδιασμός και η διαχείριση γίνονται και για μελλοντικές ανάγκες. Οι χρήσεις νερού στην περίπτωση του Σμοκόβου είναι: 1. Η ύδρευση των οικισμών της Ανατολικής Καρδίτσας 2. Οικολογική παροχή. Απαιτείται για τα έργα ΑΠΕ, έπειτα από το 1999. 3. Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ΥΗΣ Λεονταρίου. 12
4. Καλή οικολογική κατάσταση του ταμιευτήρα/ διασφάλιση καλής ποιότητας του νερού. 5. Άρδευση. Οι αρδευτικές ανάγκες κατανέμονται σε αρδευτικές ζώνες, ενώ αξιολογούνται δύο σενάρια (υψηλής και χαμηλής κατανάλωσης). 6. Προστασία του τοπίου. Δεν λαμβάνεται ως πραγματική συνιστώσα, παρόλα αυτά εκτιμάται ότι η λίμνη του Σμοκόβου είναι πολύ πιθανό να αποκτήσει ανάλογη τουριστική ανάπτυξη με τη λίμνη Πλαστήρα. Όσον αφορά την ικανοποίηση των παραπάνω αναγκών, προτεραιότητα δίνεται για στην ύδρευση πρώτα και την οικολογική παροχή, έπεται η καλή οικολογική κατάσταση του ταμιευτήρα και τελευταίες έρχονται οι αρδευτικές ανάγκες. Ως επίπεδο αξιοπιστίας για τους αρδευτικούς στόχους θεωρήθηκε το 90%, που χαρακτηρίζεται επιθυμητό, ή 80%, το οποίο χαρακτηρίζεται ανεκτό. Βεβαίως, ένα τέτοιο επίπεδο αξιοπιστίας, που συνεπάγεται έλλειμμα νερού κατά μέσο όρο μία φορά στα πέντε έτη (χωρίς να αποκλείεται να παρουσιαστεί επί σειρά ετών, σε περίπτωση έμμονης ξηρασίας), είναι αποδεκτό με σχετική επιφύλαξη, και υπό την προϋπόθεση ύπαρξης εναλλακτικών τρόπων κάλυψης των αρδευτικών αναγκών (π.χ. από υπόγεια νερά). Για τις υδρευτικές, ενεργειακές και περιβαλλοντικές χρήσεις τέθηκε επίπεδο αξιοπιστίας 90%. Με δεδομένα τα παραπάνω, η κατάρτιση του διαχειριστικού πλάνου καλείται να απαντήσει στο ποια θα είναι η ελάχιστη επιθυμητή παροχή για την παραγωγή ενέργειας κατά τους θερινούς μήνες (αρδευτική περίοδος), αλλά και τους χειμερινούς μήνες. Έτσι, η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας τέθηκε με τη μορφή στόχου ελάχιστης επιθυμητής παροχής στο υδραγωγείο που αναπαριστά τη σήραγγα Λεονταρίου. Η εν λόγω παροχή θεωρείται σταθερή κατά την υγρή περίοδο (Οκτώβριος-Μάρτιος) και αποτελεί ζητούμενο των διαχειριστικών αναλύσεων. Στις αναλύσεις γίνεται η παραδοχή ότι η εν λόγω παροχή, με όριο την υφιστάμενη παροχετευτικότητα της σήραγγας (3 m 3 /s), μπορεί να διοχετευτεί με ασφάλεια κατάντη, μέσω του αποστραγγιστικού δικτύου. Τους υπόλοιπους μήνες του έτους θεωρήθηκε ότι η παραγωγή ενέργειας καθορίζεται από τις υδρευτικές και αρδευτικές ανάγκες των κατάντη καταναλωτών. Η επιλογή της πολιτικής διαχείρισης γίνεται μέσω της αξιολόγησης σεναρίων ανάπτυξης των έργων (μερικής ανάπτυξης αρδ. δικτύων, μερικής ανάπτυξης δικτύων και χειμερινής λειτουργίας ΥΗΣ, πλήρους ανάπτυξης έργων, υφιστάμενη κατάσταση) και για την πιθανότητα υψηλής και χαμηλής κατανάλωσης ανά στρέμμα, για τα οποία εκτιμήθηκε η πιθανότητα αστοχίας και τα αντίστοιχα ελλείμματα. Προκειμένου να γίνει αυτό, οι καταναλωτές διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες, ως ακολούθως: - Καταναλωτές που εξυπηρετούνται από τα κλειστά αρδευτικά δίκτυα - Καταναλωτές που εξυπηρετούνται στις ενδιάμεσες περιοχές από τον κεντρικό αγωγό υπό πίεση και που έπειτα εκρέει σε χωμάτινες τάφρους - Καταναλωτές που εξυπηρετούνται από προσωρινά έργα και αποστραγγιστικά δίκτυα. Στις προσομοιώσεις που εκτελέστηκαν, θεωρείται ότι οι ανάγκες των δύο πρώτων κατηγοριών καταναλωτών καλύπτονται 100%. Επομένως, η διαφοροποίηση γίνεται με εκείνους που εξυπηρετούνται από προσωρινά έργα. 13
Συμπεράσματα Από τις αναλύσεις προέκυψε ότι η πιθανότητα αστοχίας για τις περιοχές που υδροδοτούνται από κλειστά δίκτυα κυμαίνεται μεταξύ 77-78%, δηλαδή εμφανίζονται 4 ελλειμματικά έτη ανά πενταετία, και φτάνει μέχρι και 100% σε κάποιες ζώνες. Ακόμα, προκύπτει ότι αν περιοριστούν οι αρδευόμενες εκτάσεις, οι αρδευτικές ανάγκες ανά στρέμμα και ληφθούν μέτρα διαχείρισης της ζήτησης η πιθανότητα αστοχίας θα μειωθεί σημαντικά φτάνοντας στο 22-25%. 4.3 Συνδιαχείριση ταμιευτήρα Σμοκόβου λίμνης Ξυνιάδα Διερευνήθηκε από την Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Φθιώτιδας σε συνεργασία με το Δήμο Ξυνιάδας (και ανάδοχο της μελέτης σκοπιμότητας το ΕΕΚΒΥ) η πιθανότητα επανασύστασης της λίμνης Ξυνιάδας και το ενδεχόμενο συνδιαχείρισης αυτής και του ταμιευτήρα του Σμοκόβου. Η λίμνη Ξυνιάδα αποξηράθηκε κατά τη δεκαετία 40 50. για να μετατραπεί σε αγροτική γη και μέσω της αποστράγγισής της προσφέρει νερό για τις αρδευτικές μόνο ανάγκες. Οι διαχειριστικές παράμετροι στην περίπτωση του συνδεδεμένου συστήματος Σμοκόβου Ξυνιάδας παραμένουν οι ίδιες με αυτές που έχουν αναφερθεί προηγούμενα, με τη μόνη διαφορά ότι η λίμνη Ξυνιάδα θα μπορούσε να συμβάλει στην αύξηση του διαθέσιμου αποθέματος. Για τη διερεύνηση του σεναρίου αυτού, πραγματοποιήθηκε προσομοίωση βροχόπτωσης- απορροής με το λογισμικό ΝΑΜ Module και της ροής για τον ανοιχτό αγωγό που θα συνέδεε τις δύο υδατοσυλλογές με το λογισμικό ΜΙΚΕ 11. Τα δεδομένα από τις προσομοιώσεις αυτές εισήχθησαν στο λογισμικό RMM NTUA το οποίο αποτελεί μοντέλο προσομοίωσης ταμιευτήρων, ώστε να εκτιμηθεί, τελικά, ο συνολικός νερού του συνδεδεμένου συστήματος. 14
Εικόνα 10. Λειτουργία ταμιευτήρα Σμοκόβου (Πηγή: Makropoulos et. al, 2009) Εικόνα 11. Λειτουργία λίμνης Ξυνιάδας (Πηγή: Makropoulos et. al, 2009) Στα διαγράμματα των Εικόνων 10 και 11 παρουσιάζεται η λειτουργία του ταμιευτήρα Σμοκόβου και της λίμνης Ξυνιάδας αντίστοιχα, δηλαδή η χρονική διακύμανση της στάθμης. 15
Προσφορά Vs Ζήτηση Εικόνα 12. Προσφορά έναντι ζήτησης για το συνδεδεμένο σύστημα (Πηγή: Makropoulos et. al, 2009) Στο τελευταίο διάγραμμα (Εικόνα 12), και σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας που διεξήχθη από τον Μακρόπουλο και τους συνεργάτες του (2009), φαίνεται ότι οι ανάγκες υπερκαλύπτονται στην περίπτωση συνδιαχείρισης. Η διαδικασία αυτή παρουσίασε το πρακτικό ενδιαφέρον του «παντρέματος» διαφορετικών λογισμικών για την υδρολογική ανάλυση ενός συνδεδεμένου υδροσυστήματος και του πώς αυτή θα μπορούσε, πιθανά, να συμβάλει στην επιλογή πολιτικής διαχείρισης. Όσον αφορά, πιο συγκεκριμένα το ενδεχόμενο συνδιαχείρισης των δύο αυτών υδατοσυλλογών, το 2008 εκπονήθηκε η «Μελέτη Σκοπιμότητας για την Επανασύσταση της τέως λίμνης Ξυνιάδας» από το Ελληνικό Κέντρο Βιοτόπων Υγροτόπων (ΕΚΒΥ), χωρίς όμως το έργο να προχωρήσει πέραν αυτού. 5. Συμπεράσματα Είναι φανερό ότι η διαχείριση των ταμιευτήρων πολλαπλού σκοπού είναι κάθε άλλο παρά απλή υπόθεση. Οι τεχνικές μοντελοποίησης και βελτιστοποίησης για το σκοπό αυτό έχουν γνωρίσει τεράστια εξέλιξη τα τελευταία χρόνια. Στην πράξη, πέραν των τεχνικών αυτών στη διαχείριση των ταμιευτήρων υπεισέρχονται και άλλης φύσης ζητήματα, ενώ πολλά αντίστοιχα παραδείγματα υπάρχουν και στον ελλαδικό χώρο. 16
6. Βιβλιογραφία Ahmad A, El-Shafie A, Razali SFM, Mohamad ZS (2014) Reservoir Optimization in Water Resources: a Review. Water Resources Management 28(11):3391 3405. doi:10.1007/s11269-014-0700-5 Choong SM, El-Shafie A (2015) State-of-the-Art for Modelling Reservoir Inflows and Management Optimization. Water Resources Management 29(4):1267 1282. doi:10.1007/s11269-014-0872-z Labadie JW (2004) Optimal Operation of Multireservoir Systems: State-of-the-Art Review. Journal of Water Resources Planning and Management 130(2):93 111. doi:10.1061/(asce)0733-9496(2004)130:2(93) Yeh WWG (1985) Reservoir Management and Operations Models: A State-of-the-Art Review. Water Resources Research 21(12):1797 1818. doi:10.1029/wr021i012p01797 Bolouri-Yazdeli Y, OB Haddad OB, Fallah-Mehdipour E, Mariño MA (2014) Evaluation of Real- Time Operation Rules in Reservoir Systems Operation. Water Resources Management 28(3):715 729. doi:10.1007/s11269-013-0510-1 Christofides A, Efstratiadis, A, Koutsoyiannis D, Sargentis GF, Hadjibiros K (2005) Resolving conflicting objectives in the management of the Plastiras Lake: can we quantify beauty?. Hydrology and Earth System Sciences 9(5):507 515. doi:10.5194/hessd-2-801-2005 Debnath D, Boyer TA, Stoecker AL (2015) Nonlinear Reservoir Optimization Model with Stochastic Inflows: Case Study of Lake Tenkiller. Journal of Water Resources Planning and Management 141(1):04014046. doi:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000409 Efstratiadis A, Hadjibiros K (2011) Can an environment-friendly management policy improve the overall performance of an artificial lake? Analysis of a multipurpose dam in Greece. Environmental Science and Policy 14 (8):1151 1162. doi:10.1016/j.envsci.2011.06.001 Fayaed SS, El-Shafie, Jaafar AO (2013) Reservoir-system simulation and optimization techniques. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment 27(7):1751 1772. doi:10.1007/s00477-013-0711-4 Ghimire BNS, Reddy MJ (2014) Optimization and uncertainty analysis of operational policies for multipurpose reservoir system. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment 28(7):1815 1833. doi:10.1007/s00477-014-0846-y Gopinath G, Ashitha MK, Jayakumar KV (2014) Sedimentation assessment in a multipurpose reservoir in Central Kerala, India. Environmental Earth Sciences 72(11):4441 4449. doi:10.1007/s12665-014-3344-0 Hajiabadi R, Zarghami M (2014) Multi-Objective Reservoir Operation with Sediment Flushing; Case Study of Sefidrud Reservoir. Water Resources Management 28(15):5357 5376. doi:10.1007/s11269-014-0806-9 Hassaballah K, Jonoski A, Popescu I, Solomatine DP (2012) Model-Based Optimization of Downstream Impact during Filling of a New Reservoir: Case Study of Mandaya/Roseires Reservoirs on the Blue Nile River. Water Resources Management 26(2):273 293. doi:10.1007/s11269-011-9917-8 de Paes RP, Brandão JLB (2013) Flood Control in the Cuiabá River Basin, Brazil, with Multipurpose Reservoir Operation. Water Resources Management 27(11):3929 3944. doi:10.1007/s11269-013-0388-y 17
Räsänen TA, Joffre OM, P Someth P, Thanh C, Keskinen M, Kummu M (2015) Model-Based Assessment of Water, Food, and Energy Trade-Offs in a Cascade of Multipurpose Reservoirs: Case Study of the Sesan Tributary of the Mekong River. Journal of Water Resources Planning and Management 141(1):05014007. doi:10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000459 Ribas JR (2014) An Assessment of Conflicting Intentions in the Use of Multipurpose Water Reservoirs. Water Resources Management 28(12):3989 4000. doi:10.1007/s11269-014-0722-z Wu Y, Chen J (2013) Estimating irrigation water demand using an improved method and optimizing reservoir operation for water supply and hydropower generation: A case study of the Xinfengjiang reservoir in southern China. Agricultural Water Management 116:110 121. doi:10.1016/j.agwat.2012.10.016 Makropoulos, C., E. Safiolea, A. Efstratiadis, E. Oikonomidou, and V. Kaffes, Multi-reservoir management with OpenMI, Proceedings of the 11th International Conference on Environmental Science and Technology, Chania, Crete, Greece, 3-5 September 2009. Κουτσογιάννης, Δ., Ν. Μαμάσης, Α. Κουκουβίνος, και Α. Ευστρατιάδης, Τελική έκθεση, Διερεύνηση σεναρίων διαχείρισης του ταμιευτήρα Σμοκόβου, Ανάδοχος: Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τεύχος 4, 66 σελίδες, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Ιούλιος 2008. Ομάδα ερευνητικού έργου Πλαστήρα 2002, Συνοπτική έκθεση, Διερεύνηση των δυνατοτήτων διαχείρισης και προστασίας της ποιότητας της Λίμνης Πλαστήρα, Τεύχος 1, 23 σελίδες, Τομέας Υδατικών Πόρων, Υδραυλικών και Θαλάσσιων Έργων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Μάρτιος 2002. Hadjibiros, K., A. Katsiri, A. Andreadakis, D. Koutsoyiannis, A. Stamou, A. Christofides, A. Efstratiadis, and G.-F. Sargentis, Multi-criteria reservoir water management, Global Network for Environmental Science and Technology, 7 (3), 386 394, 2005. Σπυριδάκη-Νιταδώρου Ε., Η ορθή διαχείριση στις τεχνητές υδατοσυλλογές (Προσχέδιο για τον Οδηγό Καλής Πρακτικής, Σχεδιασμός και διαχείριση με στόχο την επίτευξη πολλαπλών λειτουργιών), στα πλαίσια της συμμετοχής του ΜΦΙΚ στο πρόγραμμα LIFE00ENV/GR/000685 Μεσογειακοί Υγρότοποι και Ταμιευτήρες. Επιδεικτική διαχείριση πολλαπλών σκοπών στις Υδατοσυλλογές της Κρήτης, 2005 ΥΠΕΚΑ, Σχέδιο Διαχείρισης (ΣΔ) των Λεκανών Απορροής των Ποταμών (ΛΑΠ) του Υδατικού Διαμερίσματος Δυτικής Στερεάς Ελλάδας (ΥΔ04) (ΚΥΑ οικ. 1698079/8-7-2013). ΥΠΕΚΑ, Σχέδιο Διαχείρισης (ΣΔ) των Λεκανών Απορροής των Ποταμών (ΛΑΠ) του Υδατικού Διαμερίσματος Θεσσαλίας (ΥΔ08) (ΚΥΑ οικ. 169279/8-7-2013) www.plastiras-ota.gr 18