Μελέτη των χαρακτηριστικών ξηρασίας της λεκάνης του ποταμού Αγραφιώτη με χρήση του μοντέλου SWAT

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται χρήση του μοντέλου υδατικού ισοζυγίου Soil and Water Assessment Tool (SWAT), για την προσομοίωση της λεκάνης απορροής του ποταμού Αγραφιώτη, στην τοποθεσία Γέφυρα Βαρβαριάδος. Το SWAT είναι ένα ολοκληρωμένο μοντέλο προσομοίωσης του υδρολογικού κύκλου της κατηγορίας των μοντέλων φυσικής βάσης και για η λειτουργία του απαιτεί λεπτομερή περιγραφή της λεκάνης απορροής, ως προς το ανάγλυφο, τις χρήσεις γης και το έδαφος. Για τον σκοπό αυτό, συγκεντρώθηκαν χάρτες καθώς και μετεωρολογικά στοιχεία για την περιοχή, τα οποία ελέγχθηκαν και συμπληρώθηκαν ως προς τις ελλείψεις τους. Αφού ορίσθηκαν τα όρια της εξεταζόμενης υδρολογικής λεκάνης και αναλύθηκε αυτή μορφομετρικά, όλα τα μετεωρολογικά στοιχεία ανάχθηκαν κατάλληλα ώστε να αναφέρονται ρεαλιστικότερα σε αυτήν. Στην πορεία το μοντέλο SWAT βαθμονομήθηκε στην υπό εξέταση λεκάνη ώστε να εξάγει τις εφταήμερες απορροές του ποταμού με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. Όλη αυτή η διαδικασία αποσκοπούσε στην τελική φάση της παρούσας διπλωματικής εργασίας που είναι η στατιστική επεξεργασία των εφταήμερων και μηνιαίων ελάχιστων παροχών ώστε να μελετηθούν τα στατιστικά χαρακτηριστικά της χαμηλής απορροής της εξεταζόμενης λεκάνης. Βρέθηκαν τα ποσοστιαία σημεία της χαμηλής απορροής για διάφορες περιόδους επαναφοράς και υπολογίστηκαν οι ποσοστιαίες διαφορές. Η εργασία κατέδειξε πόσο μεγάλες μπορούν να είναι οι αποκλίσεις των στατιστικών αυτών χαρακτηριστικών, όταν τα τελευταία υπολογίζονται με βάση την ιστορική χρονοσειρά και με βάση την προσομοιωμένη με το μοντέλο χρονοσειρά απορροής. Κατά συνέπεια, η μεθοδολογία της απλής επέκτασης των χρονοσειρών απορροής με τη βοήθεια κατανεμημένων μοντέλων βροχόπτωσης – απορροής φυσικής βάσης χρειάζεται να βελτιωθεί και να συμπληρωθεί. Τότε, βεβαίως, θα υπάρχει η δυνατότητα πλήρους αξιοποίησης των πλεονεκτημάτων της χρήσης υδρολογικών μοντέλων όπως το SWAT.

The current study makes use of the water balance model “Soil and Water Assessment Tool” (SWAT) in order to simulate the hydrological cycle of the Agrafiotis River basin at Barbariada Bridge. SWAT is an integrated physics-based model for simulating the hydrological cycle, which demands a detailed description of the basin, in terms of the landscape, land uses and soils. This is the reason why maps and meteorological data were collected and processed. Data was checked and gaps were filled. The water fivide of the examined river basin was determined and geomorphological information about the basin was derived. Meteorological information was trandormed to correctly reflect basin’s conditions. The SWAT model was then calibrated so as to reproduce the seven-day average river discharge. This preliminary work aimed to the final target of this work: the statistical analysis of the time series of the minimum seven-day average and the monthly average discharge. Thus, statistical characteristics of low flows were estimated. Specifically, discharge quantiles were used (values for different return periods). The differences between quantiles based on historical and simulated discharges were calculated. This work revealed how large can the divergence be between those statistical characteristics of low flows when these calculated based on the historical time series or based on simulated discharges with the aid of SWAT. Consequently, the method of the simple extension of the discharge time series by means of distributed, physics-based, rainfall – runoff models needs to be improved and complemented. Only then the exploitation of the advantages of using hydrological models such as SWAT will be possible.