Διαχείριση Υδατικών Αποθεμάτων ταμιευτήρων σε Συνθήκες Κλιματικής Αλλαγής. Εφαρμογή στους ταμιευτήρες Πλαστήρα και Σμοκόβου Θεσσαλίας

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης την διαχείριση των υδατικών αποθεμάτων των ταμιευτήρων που δημιουργούνται ανάντη των φραγμάτων Πλαστήρα και Σμοκόβου σε συνθήκες κλιματικής αλλαγής οι οποίες προβλέπεται ότι θα υπάρξουν κατά τη διάρκεια του αιώνα τον οποίο διανύουμε. Για το σκοπό αυτό, συγκεντρώθηκαν στην αρχή δεδομένα βροχόπτωσης, εξατμισοδιαπνοής και απορροής για την 30-ετία 1960-1990. Με δεδομένες τις ιστορικές χρονοσειρές βροχόπτωσης και εξατμισοδιαπνοής και μετρημένης απορροής πραγματοποιήθηκε βαθμονόμηση και, στη συνέχεια, επαλήθευση του μοντέλου βροχής απορροής «Ζυγός» (τύπου υδατικού ισοζυγίου). Για την περίοδο 1960-1990 εκτιμήθηκε η ετήσια ζήτηση για νερό η οποία αντιστοιχεί σε αξιοπιστία ταμιευτήρα 0.99. Αυτή θεωρήθηκε ότι αντιπροσωπεύει το εκμεταλλεύσιμο επιφανειακό δυναμικό (ΕΕΥΔ) της λεκάνης. Για τις ανάγκες της εκτίμησης του ΕΕΥΔ παρήχθη συνθετική χρονοσειρά απορροής μήκους 2000 ετών με τη βοήθεια του μοντέλου SMA (Symmetric Moving Average) του υποσυστήματος «Κασταλία». Αυτή αποτέλεσε τη βάση για πολλές δοκιμαστικές προσομοιώσεις της λειτουργίας του κάθε ταμιευτήρα οι οποίες επέτρεψαν την εκτίμηση. Για την περίοδο με υποτιθέμενη κλιματική αλλαγή που εξετάστηκε (2020-2100) έγινε πρόβλεψη των τιμών της μηνιαίας χωρικά μέσης βροχόπτωσης στην εκάστοτε λεκάνη απορροής με βάση διαθέσιμες προβλέψεις έξι μετεωρολογικών μεταβλητών για τον ελληνικό χώρο. Με βάση τις προβλέψεις αυτές εκτιμήθηκε η αντίστοιχη χρονοσειρά μηνιαίας απορροής με τη βοήθεια του ήδη βαθμονομημένου (στην περίοδο 1960-90) μοντέλου «Ζυγός». Στη συνέχεια, ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με την περίοδο 1960-90, εκτιμήθηκε το ΕΕΥΔ των δύο λεκανών. Για την εκτίμηση της πρόβλεψης της βροχόπτωσης για τα έτη 2020-2100 καταρτίστηκε κατάλληλη μαθηματική σχέση που συσχετίζει την μηνιαία χωρικά μέση βροχόπτωση με τις μηνιαίες τιμές κατάλληλων μετεωρολογικών μεταβλητών. Αυτές είναι η μέση θερμοκρασία αέρα, η μέση ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της μέσης στάθμης της θάλασσας, η μέση ταχύτητα ανέμου, η βροχόπτωση, το γεωδυναμικό ύψος στα 500 hPa και το γεωδυναμικό πάχους μεταξύ 500 και 1000 hPa. Τα σχετικά δεδομένα λήφθηκαν από το Καναδικό Κέντρο Κλιματικής Αλλαγής χρησιμοποιώντας το Παγκόσμιο Κλιματικό Μοντέλο 3ης γενιάς και το δυσμενές οικολογικό σενάριο Α2 (διπλασιασμός των εκπομπών CO2). Για την κατάρτιση της σχέσης που αναφέρθηκε πιο πάνω πραγματοποιήθηκε πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση με ανεξάρτητες τις παραπάνω 6 μεταβλητές και εξαρτημένη αυτή της μηνιαίας χωρικά μέσης βροχόπτωσης τα έτη 1960-1990. Με γνωστές, πλέον, τις παραμέτρους της εν λόγω σχέσης και τις τιμές των έξι ανεξάρτητων μεταβλητών για την χρονική περίοδο 2020-2100 υπολογίζουμε την τιμή της βροχόπτωσης για κάθε μήνα του τρέχοντος αιώνα. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων που εξήχθησαν με βάση τα δεδομένα της περιόδου 1960-90 και εκείνων που λαμβάνουν υπόψη την υποτιθέμενη κλιματική αλλαγή έχουμε μία καθαρή εικόνα για την ποσοτική επίδραση της κλιματικής αλλαγής στους Θεσσαλικούς ταμιευτήρες για την περίοδο 2020-2100.

This report is intended to study the management of water storage in reservoirs created upstream of Plastiras and Smokovo dams in conditions of climate change which are expected during the 21st century. To this end, we collected rainfall, evapotranspiration and runoff data for the 30 years 1960-1990. Given the historical time series of rainfall and evapotranspiration and with the help of the rainfall-runoff model «Zygos» we calculated the runoff. The comparison of measured and calculated runoff allowed us to calibrate the model. For the period 1960-1990 the annual water demand was estimated which accounts for reservoir reliability equal to 0.99. This was exploited so as to represent the exploitable surface water potential (ESWP) of each basin. For the purpose of assessing ESWP synthetic basin-averaged rainfall time series were generated with a length of 2000 years using the SMA (Symmetric Moving Average) model of the subsystem "Castalia" of the system “Hydrognomon”. This was the basis for many test simulations of the operation of each reservoir which allowed the above assessment. For the period alleged (2020-2100) climate change was examined by anticipating monthly spatial average rainfall in each basin based on long-term weather predictions available for six variables regarding the Greek area. Based on these projections we estimated the corresponding monthly runoff time series through using the already calibrated (for the 1960-90 period) water balance model. Then following the same procedure for the period 1960-90 we estimated ESWP of the two basins. To obtain predictions of rainfall for years 2020-2100 we prepared a suitable mathematical relationship that relates the spatial averaged monthly rainfall with monthly values of some appropriate meteorological variables. These are the average air temperature, mean atmospheric pressure at the mean sea level, the average wind speed, rainfall, the Geopotential height at 500 hPa, and the Geopotential thickness between 500 and 1000 hPa. The relevant data were obtained from the Canadian Centre for Climate Change using the Global Climatic Model 3G and the unfavorable ecological scenario A2 (doubling of greenhouse CO2). To establish the relationship mentioned above multiple linear regression was used with the above six variables as independent variables and the spatial average monthly rainfall as the dependent variables as these were observed in the years 1960-1990. With known parameters of that relationship and the values of six independent variables for the future period 2020-2100 we calculated rainfall and runoff for each month of the current century. This allowed for estimating ESWP both before and after climate change.