Επικαιροποίηση Υδρολογικής Διερεύνησης Λεκανών Απορροής Φράγματος Αποσελέμη και Οροπεδίου Λασιθίου

Abstract

Κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η επικαιροποίηση της υδρολογικής διερεύνησης : (A) της Λεκάνης του Φράγματος Αποσελέμη και (B) της Λεκάνης του Οροπεδίου Λασιθίου. Το Φράγμα Αποσελέμη τοποθετείται στο ανατολικό άκρο του βόρειου τμήματος του Νομού Ηρακλείου Κρήτης και συγκεκριμένα στην τοποθεσία « Λαγκάδα» του Δήμου Χερσονήσου, ανάμεσα στους οικισμούς Ποταμιές και Αβδού. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από ένα ομοιογενές δενδριτικό υδρογραφικό δίκτυο, με πολλούς κλάδους πρώτης τάξης, το οποίο ακολουθεί τις κύριες τεκτονικές γραμμές και έχει γενική διεύθυνση Βορρά – Νότο. Το Οροπέδιο βρίσκεται στα δυτικά του Νομού Λασιθίου. Περιμετρικά του κάμπου του Οροπεδίου υπάρχουν 18 οικισμοί που απαρτίζουν τον ομώνυμο Δήμο, με έδρα το Τζερμιάδο. Πρόκειται για έναν ορεινό Δήμο ο οποίος έχει έκταση 129.976 στρέμματα. Το μέσο υψόμετρο του είναι 1124m και έχει φυσικές εισόδους. Η κεντρική φυσική καταβόθρα που απομακρύνει τα νερά του κάμπου, προκειμένου να μην πλημμυρίσει, βρίσκεται στο βορειοδυτικό άκρο του Οροπεδίου και ονομάζεται Χώνος. (A) Αρχικά εξετάζεται η υδρολογική λεκάνη του χειμάρρου Αποσελέμη στην οποία γίνεται εκτενής καθορισμός των χαρακτηριστικών της, όπως το μέγεθος της λεκάνης και το μέσο υψόμετρό της. Μέσω διαγραμμάτων στάθμης όγκου και στάθμης επιφάνειας - καθρέπτη ταμιευτήρα προσδιορίζεται ο νεκρός όγκος του ταμιευτήρα. Έπειτα εφαρμόζεται μία μέθοδος συμπλήρωσης ελλειπόντων στοιχείων αφού τα δεδομένα που λήφθηκαν από τους σταθμούς παρουσίαζαν σποραδικά κενά μετρήσεων. Ακολουθεί η επεξεργασία των μετεωρολογικών δεδομένων της περιοχής από τους σταθμούς του Αβδού Ηρακλείου, του Καστελλίου Πεδιάδος καθώς και των Έξω Ποταμών Λασιθίου και πραγματοποιείται έλεγχος καταλληλότητας της κανονικής κατανομής με την μέθοδο test - x2. Στην συνέχεια πραγματοποιείται ο έλεγχος ομογένειας με την δημιουργία διπλών αθροιστικών καμπυλών και ο έλεγχος συσχέτισης μεταξύ των βροχομετρικών παρατηρήσεων και των σταθμών. Ακόμα υπολογίζονται τα επιφανειακά ύψη βροχής με την βοήθεια της μεθόδου των πολυγώνων Thiessen και πραγματοποιείται η υψομετρική αναγωγή τους χρησιμοποιώντας την βροχοβαθμίδα. Τέλος, ανάγονται οι μέσες μηνιαίες τιμές θερμοκρασίας του σταθμού της Ε.Μ.Υ. Ηρακλείου με την βοήθεια της θερμοβαθμίδας. (B) Όσο αφορά την υδρολογική λεκάνη του Οροπεδίου Λασιθίου, αρχικά προσδιορίζεται το μέσο υψόμετρο καθώς και το εμβαδόν της με την βοήθεια του λογισμικού προγράμματος AutoCAD. Στην συνέχεια, υπολογίζονται τα επιφανειακά ύψη βροχής αξιοποιώντας την μέθοδο Thiessen, χρησιμοποιώντας υδρολογικά δεδομένα από τους προαναφερθέντες σταθμούς της περιοχής. Αυτά τα ύψη βροχής ανάγονται στο υψόμετρο του Οροπεδίου, χρησιμοποιώντας την βροχοβαθμίδα. Κατόπιν προσδιορίζονται τα υδατικά ισοζύγια των δύο υπό εξέταση λεκανών (Λεκάνη Αποσελέμη Ηρακλείου και Λεκάνη Οροπεδίου Λασιθίου) ως προς το επιφανειακό δυναμικό. Υπολογίζεται η δυνητική εξατμισοδιαπνοή αξιοποιώντας αρχικά την μέθοδο Penmann – Monteith και στην συνέχεια την μέθοδο Thornthwaite. Κριτήρια αξιολόγησης των λεκανών αποτέλεσαν οι γεωλογικές και εδαφολογικές συνθήκες, το μέγεθος της κάθε λεκάνης απορροής, η ύπαρξη ή η δυνατότητα κατασκευής κάποιου έργου συγκέντρωσης και αξιοποίησης της επιφανειακής απορροής καθώς και η γειτνίαση της λεκάνης με οικισμούς. Για την εκτίμηση του υδατικού δυναμικού χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο του απλού υδατικού ισοζυγίου Thornthwaite σε μηνιαία χρονική βάση. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιεί ως παραμέτρους, το πάχος της εδαφικής στρώσης Smax και τον συντελεστή βαθιάς κατείσδυσης Κ. Για την απλοποίηση των υπολογισμών χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πακέτο Medbasin στο οποίο υπάρχει αυτοματοποιημένη ρουτίνα με την εφαρμογή της παραπάνω μεθόδου. Αυτό το μοντέλο εφαρμόζεται αρχικά για την Λεκάνη του Αποσελέμη και στην συνέχεια για την Λεκάνη του Οροπεδίου Λασιθίου. Για τις δύο υδρολογικές λεκάνες το μοντέλο εφαρμόζεται αρχικά για μία περίοδο βελτιστοποίησης (Calibration period) η οποία εκτείνεται στο χρονικό διάστημα 1968 – 1988 και στην συνέχεια για μία περίοδο πιστοποίησης (Validation period) στο χρονικό διάστημα 1988 – 1997 που αποτελεί συνολικά και το χρονικό διάστημα για το οποίο διατίθενται μετρημένες τιμές απορροών. Ακολουθεί η δημιουργία συνθετικών χρονοσειρών επιφανειακής βροχόπτωσης και για τις δύο λεκάνες. Οι συνθετικές χρονοσειρές βασίζονται στο γεγονός ότι τα κύρια υδρολογικά μεγέθη που ενδιαφέρουν στην διαχείριση υδατικών πόρων (απορροή, βροχόπτωση, εξατμισοδιαπνοή) είναι μη προβλέψιμα, αλλά οι διαδοχικές παρατηρήσεις μίας υδρολογικής μεταβλητής δεν είναι συνήθως ανεξάρτητες από τις προηγούμενες παρατηρήσεις. Η χαρακτηριστική τους ιδιότητα επομένως είναι ότι τα δεδομένα δεν δημιουργούνται ανεξάρτητα και η διασπορά τους ποικίλει στον χρόνο. Έτσι δημιουργούνται δύο συνθετικές χρονοσειρές επιφανειακής βροχόπτωσης, διάρκειας 2000 ετών, μία για κάθε εξεταζόμενη λεκάνη. Ένα τμήμα αυτών των χρονοσειρών επιφανειακής βροχόπτωσης εύρους 100 υδρολογικών ετών, και για τις δύο λεκάνες, μετατρέπεται μέσω ενός μοντέλου βροχής – απορροής σε χρονοσειρές απορροών. Αυτή η διαδικασία εφαρμογής του μοντέλου, πραγματοποιείται με την βοήθεια του λογισμικού Medbasin. Στο τελευταίο κεφάλαιο της εργασίας πραγματοποιείται η προσομοίωση λειτουργίας του ταμιευτήρα Αποσελέμη για την χρονική περίοδο 1968 – 1997 (ιστορική χρονοσειρά) και εκτιμάται ο αριθμός των αστοχιών του έργου για την περίοδο αυτή. Προκειμένου στην συνέχεια να ερευνηθεί για διάφορες τιμές του ποσοστού εκτροπής (από τις απορροές στον υδρομετρικό σταθμό Καταβοθρών της όμορης υδρολογικής λεκάνης του Οροπεδίου Λασιθίου), πόση πρέπει να είναι η ετήσια επιθυμητή απόληψη ώστε το έργο να παρουσιάζει μόνο μία αστοχία στην χρονική περίοδο 1968 – 1997 μελετούνται διάφορα σενάρια ποσοστών εκτροπής. Τα σενάρια αφορούν ποσοστά 0% ,20% και 50% εκτροπής. Εκτός, από την προσομοίωση με αξιοποίηση των ιστορικών χρονοσειρών απορροών, ακολουθεί και αντίστοιχη προσομοίωση αξιοποιώντας όμως τις συνθετικές χρονοσειρές αυτήν την φορά. Τέλος, και εδώ μελετώνται αντίστοιχα σενάρια εκτροπής με προηγουμένως, έτσι ώστε να εκτιμηθούν οι αστοχίες του έργου στην εξεταζόμενη χρονική περίοδο.