Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για την Υδρολογική Προσομοίωση Λεκάνης Απορροής: Η Περίπτωση του Νέστου
Από RemoteSensing Wiki
| Γραμμή 2: | Γραμμή 2: | ||
'''Συγγραφείς: Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget''' | '''Συγγραφείς: Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget''' | ||
| + | |||
| + | '''Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ''' | ||
| + | |||
| + | '''ENSMP France''' | ||
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα | Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα | ||
| - | δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι. | + | δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι.Μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικά μοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και |
| + | την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής. Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα.Η χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών αποτελεί ένα σύγχρονο τρόπο μελέτης μιας λεκάνης απορροής, ιδιαίτερα όταν παρουσιάζει το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό να είναι διασυνοριακή. | ||
| + | |||
| + | '''Περιοχή μελέτης''' | ||
| + | |||
| + | Αρχίζοντας από ψηλά, από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου. | ||
| + | |||
| + | Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Αυτή η διασυνοριακή λεκάνη ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας για την ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα. Τα χαρακτηριστικά της συμφωνίας σχετίζονται με | ||
| + | την κατανάλωση από τις δύο αυτές χώρες (Argiropoulos et al., 1996). | ||
| + | |||
| + | '''Η συμβολή της τηλεπισκόπισης''' | ||
| + | |||
| + | Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα | ||
| + | LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) | ||
| + | χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. | ||
| + | |||
| + | '''Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών''' | ||
| + | |||
| + | Τα ΓΣΠ αποτελούν τον αποτελεσματικότερο μηχανισμό για τη διαχείριση και χρήση πληροφοριών που είναι δομημένες στο χώρο. Τα γεωγραφικά δεδομένα μπορούν να συνδεθούν τόσο με τους φυσικούς πόρους, όσο και με κοινωνικοοικονομικά προβλήματα. Γενικά, τα δεδομένα που εμφανίζονται ως χάρτες και εικόνες μπορούν να περιγράψουν στοιχεία όπως την τοπογραφία, τον τύπο εδάφους, τη βλάστηση, τα ύδατα, τη | ||
| + | χρήση γης, τη γεωλογία της επιφάνειας, τα διοικητικά όρια, την ιδιοκτησία της γης, τον πληθυσμός, την αξία εδάφους. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν. | ||
| + | |||
| + | '''Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης''' | ||
| + | |||
| + | ''Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU'' | ||
| + | |||
| + | Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al.,1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους. Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau. | ||
| + | |||
| + | Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως | ||
| + | αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού. | ||
| + | |||
| + | ''Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων'' | ||
| + | |||
| + | Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών. | ||
| + | |||
| + | '''Συμπεράσματα''' | ||
| + | |||
| + | Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η | ||
| + | διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας. | ||
Αναθεώρηση της 13:50, 23 Φεβρουαρίου 2010
Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών για την Υδρολογική Προσομοίωση Λεκάνης Απορροής: Η Περίπτωση του Νέστου
Συγγραφείς: Ι. Γκανούλης, Χ. Σκουληκάρης, J. Monget
Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ
ENSMP France
Οι εναλλακτικές επιλογές για νέα δημόσια και ιδιωτικά επενδυτικά προγράμματα στη διασυνοριακή μεταξύ Βουλγαρίας και Ελλάδας λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου περιλαμβάνουν νέες κατασκευές φραγμάτων, εκσυγχρονισμένα γεωργικά συστήματα άρδευσης, νέα τουριστικά θέρετρα καθώς και διάφορες εγκαταστάσεις για την αστική και βιομηχανική παροχή νερού. Αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εφαρμοστούν και στα δύο μέρη της λεκάνης (Ελλάδα και Βουλγαρία), όπου υπάρχουν διαφορετικοί κοινωνικοοικονομικοί όροι και επομένως διαφορετικές προτιμήσεις και διαφορετικοί στόχοι.Μακροχρόνιες προσομοιώσεις, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα για το κλίμα, την επιφανειακή και υπόγεια υδρολογία και τις γεωργικές πρακτικές καθώς και οικονομικά μοντέλα με ιδιαίτερη έμφαση την κατανάλωση ενέργειας, την τιμολόγηση ύδατος και την περιβαλλοντική διαχείριση, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για την ολοκληρωμένη μελέτη της διαχείρισης υδάτων μιας λεκάνης απορροής. Στη διασυνοριακή λεκάνη του ποταμού Μέστα/Νέστου η συστηματική μαθηματική προσομοίωση είναι ελλιπής τόσο από την Βουλγαρία όσο και από την Ελλάδα.Η χρήση της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών αποτελεί ένα σύγχρονο τρόπο μελέτης μιας λεκάνης απορροής, ιδιαίτερα όταν παρουσιάζει το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό να είναι διασυνοριακή.
Περιοχή μελέτης
Αρχίζοντας από ψηλά, από το βουνό Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην περιοχή της Ελληνικής Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό υδατόρευμα ρέει πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις λίμνες γλυκού νερού που διαμορφώνει ο ποταμός στο δέλτα του Νέστου.
Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία, Σχήμα 1. Αυτή η διασυνοριακή λεκάνη ρυθμίζεται από μια διακρατική συμφωνία μεταξύ Ελλάδας - Βουλγαρίας για την ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα προς την Ελλάδα. Τα χαρακτηριστικά της συμφωνίας σχετίζονται με την κατανάλωση από τις δύο αυτές χώρες (Argiropoulos et al., 1996).
Η συμβολή της τηλεπισκόπισης
Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέστου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (Mugnier, 2002). Παρόλο που ένας χάρτης χρήσης γης Corine Land Cover (CLC) (Brown et al., 2002) ανάλυσης 250 μέτρων ήταν ήδη διαθέσιμος και για τις δύο πλευρές των συνόρων, δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση γης (Σχήμα 2). Δύο εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργία των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολύ-φασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας.
Η συμβολή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών
Τα ΓΣΠ αποτελούν τον αποτελεσματικότερο μηχανισμό για τη διαχείριση και χρήση πληροφοριών που είναι δομημένες στο χώρο. Τα γεωγραφικά δεδομένα μπορούν να συνδεθούν τόσο με τους φυσικούς πόρους, όσο και με κοινωνικοοικονομικά προβλήματα. Γενικά, τα δεδομένα που εμφανίζονται ως χάρτες και εικόνες μπορούν να περιγράψουν στοιχεία όπως την τοπογραφία, τον τύπο εδάφους, τη βλάστηση, τα ύδατα, τη χρήση γης, τη γεωλογία της επιφάνειας, τα διοικητικά όρια, την ιδιοκτησία της γης, τον πληθυσμός, την αξία εδάφους. Οι παραγόμενοι χάρτες μπορούν να περιγράψουν τα ακατέργαστα στοιχεία ή τα στατιστικά αποτελέσματα που προκύπτουν.
Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης
Το υδρολογικό μοντέλο MODCOU
Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε με την συνεργασία των Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) – Eau de Quebec, l’Orstom και του CIG (Ledoux et al.,1989, 2002). Ο σκοπός του μοντέλου είναι η προσομοίωση των επιφανειακών και των υπόγειων ροών σε στρωματομένους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τετραγωνισμένα κελιά (cells) διαφορετικού μεγέθους. Η προσομοίωση των επιφανειακών ροών σχετίζεται με το μοντέλο Cequeau.
Το κύριο χαρακτηριστικό της εφαρμοζόμενης μεθόδου είναι ο χωρισμός του υδρολογικού κύκλου σε ανεξάρτητα τμήματα. Το μοντέλο αποτελείται από πέντε διαφορετικές λειτουργικές διαδικασίες που διασυνδέονται μεταξύ τους για την προσομοίωση του υδρολογικού κύκλου: τη διαδικασία παραγωγής, που διαχωρίζει τη διήθηση, την απορροή, την εξατμισοδιαπνοή και την εδαφική συγκέντρωση υγρασίας ως αποτέλεσμα των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων, τη διαδικασία επιφανειακής μεταφοράς, τη διαδικασία κίνησης σε μη κορεσμένες υπόγειες ζώνες, τη διαδικασία των υπόγειων ροών, και τη διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υπόγειου υδροφορέα και ποταμού.
Το μοντέλο προσομοίωσης φραγμάτων
Τα αποτελέσματα από την υδρολογική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν για την μαθηματική προσομοίωση των φραγμάτων που βρίσκονται στην Ελληνική πλευρά. Το λογισμικό HEC-ResSim χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργικότητας των φραγμάτων (τεχνικά και οικονομικά) καθώς και την προσομοίωση του διαθέσιμου όγκου νερού, καθώς υπάρχει ανάγκη διασφάλισης της οικολογικής παροχής (6 m3/sec), αλλά και κάλυψη των αγροτικών απαιτήσεων σε νερό. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, εκτός από την υπάρχουσα κατάσταση, έγινε προσομοίωση των μελλοντικών αναπτυξιακών έργων (εκτροπή νερού προς την πεδιάδα της Δράμας, κατασκευή του φράγματος του Τεμένους), αλλά και των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών.
Συμπεράσματα
Στην περίπτωση των υδάτων του ποταμού Μέστα/Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής υδρολογικής λεκάνης απορροής. Δεδομένα που έχουν προκύψει από τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων εφαρμογών, χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο υδρολογικό μοντέλο, δίνοντας ως αποτέλεσμα την επιφανειακή ροή. Κατά την προσομοίωση των φραγμάτων, ακολουθώντας το δυσμενέστερο σενάριο κλιματικής αλλαγής Α2, Hamburg World Data Center for Climate (CERA), παρατηρήθηκε πως τα φράγματα στον ποταμό Νέστο θα χρησιμοποιούνται μόνο για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών, αφού η διαθέσιμη ποσότητα ύδατος δεν θα επαρκεί για την παραγωγή ενέργειας.
