Βραβευμένη Διπλωματική Εργασία για το Νερό 2014 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Β. Τσουκαλά

Εθνικό Μετσόβιο ΠολυτεχνείοΣχολή Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος

«ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ

ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ»

Δέσποινα Χαρχούση, Πολιτικός Μηχανικός, Υ/Δ ΕΜΠ

Εισαγωγή στην έννοια του υδατικού αποτυπώματος (ΥΑ)

Το υδατικό αποτύπωμα: Εισήχθη στην επιστημονική κοινότητα το 2002 από τον A.Y. Hoekstra Είναι ένας εμπειρικός, εναλλακτικός δείκτης κατανάλωσης γλυκού

νερού ο οποίος λαμβάνει υπόψη τόσο την άμεση όσο και την έμμεση κατανάλωση νερού

Εκφράζει τον όγκο νερού που καταναλώνεται και ρυπαίνεται στο σύνολο της διαδικασίας παραγωγής ενός προϊόντος ή μίας υπηρεσίας

ΥΑ καλλιεργειών: εκφράζεται σε m3/ton

ΥΑgreen 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

ΥΑblue αναφέρεται στην κατανάλωση μπλε νερού, δηλαδή του γλυκού νερού που δεσμεύεται από τους υδατικούς πόρους (επιφανειακούς και υπόγειους) για την ανάπτυξη της καλλιέργειας

ΥΑgrey αναφέρεται στη ρύπανση και ορίζεται ως όγκος του γλυκού νερού που απαιτείται για να επανέλθει η συγκέντρωση των ρυπαντών στα επιτρεπτά επίπεδα

YA = ΥΑgreen + ΥΑblue + ΥΑgrey

Σκοπός εργασίαςΑντικείμενο εργασίας: εφαρμογή του ΥΑ ως εργαλείο διαχείρισης των υδατικών πόρων που διατίθενται για άρδευση στον κάμπο ΧανίωνΣκοπός εργασίας: προσδιορισμός της επιρροής της μεθόδου υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής τόσο στο ΥΑ κάθε καλλιέργειας όσο και στη συνολική υδατική κατανάλωση στην περιοχή. Συγκεκριμένα:

Σύγκριση μεθόδων εξατμισοδιαπνοής Σύγκριση διαφορετικών υδρολογικών σεναρίων Σύγκριση σεναρίων αναδιάρθρωσης των

καλλιεργειών

Διάρθρωση εργασίας

Το ΥΑ καλλιεργειών που αναπτύσσονται στον κάμπο Χανίων υπολογίζεται για:Τέσσερεις μεθόδους υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής Blaney-Criddle Hargreaves 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 – ξηρό υδρολογικό σενάριο

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 σε ξηρικές

CWUg πράσινο νερό (βροχόπτωση) (m3/στρ.)

ug πράσινη μηνιαία υδατική χρήση (mm/month)

k βλαστική περίοδος, months

Peff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm

ETc εξατμισοδιαπνοή, mm

Y/CWUWF ggreen

CWUb μπλε νερό (άρδευση) (m3/στρ.)

ub μπλε μηνιαία υδατική χρήση (mm/month)

k βλαστική περίοδος, months

Peff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm

ETc εξατμισοδιαπνοή, mm

Y/CWUWF bblue

)ET,Pmin(u ceffg

k

1igg uCWU

k

1ibb uCWU

)PET,0(maxu effcb

Πράσινο υδατικό αποτύπωμα Μπλε υδατικό αποτύπωμα

Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα

ETc=Kc·f

Kc φυτικός συντελεστής

Tα μέση ημερήσια θερμοκρασία αέρα, oC

P μέσο ημερήσιο ποσοστό συνολικής ετήσιας διάρκειας των ωρών ημέρας

Pt μέση μηνιαία βροχόπτωση, mm/month

ETc=Kc·ET0

Kc φυτικός συντελεστής

RA εξωγήινη ηλικιακή ακτινοβολία, mm/d

Tmax μέση μηνιαία μέγιστη θερμοκρασία αέρα, oC

Tmin μηνιαία μέσης ελάχιστη θερμοκρασία αέρα, oC

ETc = f (Kc, U, Tα, u, n, z)

Kc φυτικός συντελεστής

Tα μέση ημερήσια θερμοκρασία αέρα, oC

U υγρασία, %

u ταχύτητα ανέμου, m/sn ηλιοφάνεια, h/dz υψόμετρο, m

minmax0 8.170023.0 TTTRAET

94.3/P)T8.132(f

cET000955.0

824.0teff

10

93.2P25.1)D(fP

cET

teff PDfP000955.0

824.0

10

93.225.1)(

mm250P,125

P2.0125PP ttt

eff

mm250P,1.0125P teff

Penman-Monteith equationHargreaves equationBlaney-Criddle equation

Μέθοδοι υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής

Παράδειγμα υπολογισμού ΥΑ ξηρικών ελαιόδεντρων

CROPWAT (ελεύθερο λογισμικό)

λαμβάνει υπόψη:

τον τρόπο και την συχνότητα άρδευσης την υγρασία του εδάφους

κλίμα

απαιτεί δεδομένα σχετικά με: καλλιέργεια

άρδευση έδαφος

19 μεταβλητές εισόδου

Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα, με βάσει την πραγματική εξατμισοδιαπνοή

Ξηρικές συνθήκες:

Αρδευόμενες συνθήκες:

agreen ETET

0ETblue

blueagreen ETETET

(Υπολογίζεται με τη χρήση του μοντέλου CROPWAT)

ΕΤblue = min(συνολική άρδευση, πραγματικές ανάγκες άρδευσης)

ΕΤα = πραγματική ποσότητα νερού που χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια

CROPWAT - Δεδομένα εισόδου

Το Γκρι Υδατικό Αποτύπωμα

WFgrey = (α · AR)/(cmax – cnat)/Y

AR ποσότητα του ρυπαντή που τοποθετείται για λίπανση, kg/στρ.α ποσοστό του ρυπαντή που εισχωρεί στο υδατικό σύστημαcmax μέγιστη αποδεκτή συγκέντρωση ρύπου, mg/L,

cnat φυσική συγκέντρωση ρύπου στον υδατικό αποδέκτη, mg/L

Y απόδοση καλλιέργειας, ton/στρ.

Το ΥΑgrey δεν εξαρτάται από τη μέθοδο εξατμισοδιαπνοής που επιλέγεται

Σύγκριση μεθόδων εξατμισοδιαπνοής

Blane

y - Crid

dle

Hargrea

ves

Penm

an - M

ontei

th

CROPWAT

02000400060008000

100001200014000160001800020000

Ελαιόδεντρα αρδευόμεναΕλαιόδεντρα ξηρικάΕσπεριδοειδήΑβοκάντοΑμπελοειδή αρδευόμεναΑμπελοειδή ξηρικάΣανά φθινοπωρινάΤριφύλλιαΓη λαχανόκηπων

ΥΑ

(m3/

ton)

Υπολογισμός Υδατικής Κατανάλωσης με τη χρήση του

Υδατικού Αποτυπώματος

ΥΑ (m3/ton)

Κατανάλωση (m3)

Παραγωγή (ton)

Harg.-B

A

Harg.-F

A

Blan.-

BA

Blan.-

FA

Pen.-

BA

Pen.-

FA

Actua

l-BA

Actua

l-FA

020406080

100120140160 green water blue water grey water

Υδατ

ική

κατα

νάλω

ση (1

06

m3)

Σύγκριση υφιστάμενων συνθηκών και μελλοντικού σεναρίου

Ανεξάρτητα από την εφαρμοζόμενη μέθοδο εξατμισοδιαπνοής, η κατανάλωση γκρι νερού μειώνεται ~ 2.5%

Η κατανάλωση μπλε νερού αυξάνεται, με το ποσοστό αύξησης να διαφέρει ανάλογα με τη μέθοδο υπολογισμού που χρησιμοποιείται

Πράσινο νερό

Μπλε νερό Γκρι νερό

Harg.-B

D

Harg.-F

D

Blan.-

BD

Blan.-

FD

Pen.-

BD

Pen.-

FD

Actua

l-BD

Actua

l-FD

020406080

100120140160180 green water blue water

Υδατ

ική

κατα

νάλω

ση (1

06

m3)

Σύγκριση μέσου και ξηρού υδρολογικού σεναρίου

Κατά το ξηρό σενάριο, καταναλώνεται λιγότερο πράσινο νερό σε σχέση με το μέσο υδρολογικό σενάριο, αλλά παρατηρείται αύξηση του απαιτούμενου αρδευτικού νερού

Πράσινο νερό

Μπλε νερό

Γκρι νερό

Harg.-B

A

Harg.-F

A

Blan.-

BA

Blan.-

FA

Pen.-

BA

Pen.-

FA

Actua

...

Actua

l-FA

020406080

100120140160180 green water blue water grey waterΠράσινο

νερόΜπλε νερό

Γκρι νερό

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

Τα ΥΑ των καλλιεργειών διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή λόγω: Της διαφορετικής ποσότητας λιπασμάτων που εφαρμόζεται Της διαφορετικής προσέγγισης υπολογισμού του μπλε ΥΑ

Σύγκριση ΥΑ αρδευόμενων ελαιόδεντρων

Σύγκριση ΥΑ ξηρικών ελαιόδεντρων

Συμπεράσματα για τον δείκτη ΥΑ

Πολυδιάστατος δείκτης Υψηλό συνολικό ΥΑ → απαιτητικές σε 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 Μηδενική λίπανση → μηδενικό γκρι ΥΑ Κάθε συνιστώσα του ΥΑ πρέπει να μελετάται ξεχωριστά

Συνέχεια της έρευνας στο αντικείμενο των υδατικών πόρων

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 evapotranspiration 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 March 2014, 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