Διαχείριση παράκτιων υδροφορέων με χρήση μοντέλων προσομοίωσης - εφαρμογή στη νήσο Κάλυμνο

Γούτα, Λυδία; Gouta, Lydia

dc.contributor.author	Γούτα, Λυδία	el
dc.contributor.author	Gouta, Lydia	en
dc.date.accessioned	2016-07-15T09:20:19Z
dc.date.available	2016-07-15T09:20:19Z
dc.date.issued	2016-07-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43123
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12972
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Υφαλμύριση	el
dc.subject	Υπόγεια νερά	el
dc.subject	Υδροφορέας	el
dc.subject	Coastal aquifer	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Salinization	en
dc.subject	Groundwater	en
dc.title	Διαχείριση παράκτιων υδροφορέων με χρήση μοντέλων προσομοίωσης - εφαρμογή στη νήσο Κάλυμνο	el
dc.title	Management of coastal aquifers using simulation models - application on kalymnos island	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπόγεια νερά	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/ddb8da92b145e72fb0cecc52882b639a5b715bb1
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-08
heal.abstract	Οι αυξημένες απαιτήσεις των ανθρώπων και γενικότερα των ανθρώπινων δραστηριοτήτων σε νερό έχουν οδηγήσει στην υπεράντληση των υπογείων υδροφορέων πράγμα το οποίο μπορεί να οδηγήσει σταδιακά στην υφαλμύρισή τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν οι υπόγειοι παράκτιοι υδροφορείς στα νησιά της Ελλάδας, όπου κατά τους θερινούς ειδικά μήνες οι ανάγκη για νερό είναι ιδιαίτερα αυξημένη λόγω της τουριστικής κίνησης. Για να αποφευχθεί η υφαλμύριση των υδροφορέων, δηλαδή η διείσδυση θαλασσινού νερού σε αυτούς, είναι απαραίτητη η ανάπτυξη μοντέλων προσομοίωσης και η σύνταξη προγραμμάτων βελτιστοποίησης αντλήσεων προκειμένου να αντλούνται οι μέγιστες (βέλτιστες) ποσότητες υπογείου νερού αλλά παράλληλα να εξασφαλίζεται η προστασία τους από την εισροή θαλασσινού νερού. Η διαχείριση των υπογείων υδροφορέων έχει αποτελέσει αντικείμενο μελέτης και έρευνας κατά το παρελθόν και συνεχίζει να αποτελεί ενδιαφέρον πεδίο έρευνας λόγω της σπουδαιότητας και χρησιμότητάς της. Ο Bear (1979) θεωρείται από τους πρωτοπόρους που ασχολήθηκαν με προβλήματα διαχείρισης και βελτιστοποίησης υπογείων υδροφορέων. Ο Gorelick (1983) ταξινόμησε σε κατηγορίες τα διάφορα μοντέλα διαχείρισης υδροφορέων και οι Gorelick et al (1983), ανέπτυξαν ένα μοντέλο ελαχίστων τετραγώνων και γραμμικού προγραμματισμού για την εύρεση πηγών μόλυνσης σε υπόγειους υδροφορείς. Η θεώρηση που χρησιμοποιείται για την μελέτη του φαινομένου της υφαλμύρισης είναι αυτή της απότομης διεπιφάνειας - sharp interface (Emch & Yeh 1998, Cheng & Ouazar 1999,Cheng et al 2000, Mantoglou 2002) και είναι αυτή που χρησιμοποιείται και σε αυτήν την διπλωματική. Επίσης σε αυτήν την διπλωματική εφαρμόζεται και η ανάλυση κατά Strack (Strack 1976, Bear 1979 και Cheng & Ouazar 1999). Όσον αφορά την βελτιστοποίηση, αυτή πραγματοποιείται κατά κύριο λόγο σε δεδομένες θέσεις φρεάτων. Η ανάλυση μπορεί να επεκταθεί υπολογίζοντας όχι μόνο τις βέλτιστες παροχές άντλησης σε δεδομένες θέσεις φρεάτων, αλλά ταυτόχρονο εντοπισμό των βέλτιστων θέσεων των φρεάτων σε συνδυασμό με την βέλτιστη τιμή άντλησης (Gorelick et al (1983) και Wang & Αhlfeld (1994)). Στην Ελλάδα, με το ζήτημα του εντοπισμού της βέλτιστης άντλησης και παράλληλα των βέλτιστων θέσεων των γεωτρήσεων έχουν ασχοληθεί κατά κύριο λόγο οι Mantoglou & Papantoniou (2008). H γραμμικότητα (Ahlfeld and Sawer 1990, Hallaji and Yazicigil 1996, Mantoglou 2002) ή όχι (Gorelick et al. 1984, Shamir et al. 1984, Wang and Ahfeld 1994, Hallazi and Yazicigil 1996, Emch and Yeh 1998, Mantoglou 2002) σε συνδυασμό με τη συνέχεια της συνάρτησης σκοπού, την ύπαρξη παραγώγων και τοπικών ελαχίστων καθορίζουν κάθε φορά την επιλεγόμενη μέθοδο βελτιστοποίησης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται ο παράκτιος φρεάτιος υδροφορέας στον Βαθύ της Καλύμνου. Έχει δημιουργηθεί το μοντέλο του υδροφορέα μέσω του προγράμματος PMWIN εισάγοντας τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά και τις υδρολογικές και υδραυλικές του παραμέτρους και πραγματοποιείται μέσω του Modflow η προσομοίωση της ροής του υπογείου νερού. Τα παραπάνω δεδομένα του υπό προσομοίωση υδροφορέα αντλήθηκαν από την μεταπτυχιακή εργασία της Μαρίας Παπαντωνίου (2003). Στη συνέχεια, πραγματοποιείται βελτιστοποίηση μέσω του υπολογιστικού περιβάλλοντος Matlab για την εύρεση της βέλτιστης παροχής άντλησης υπαρχουσών γεωτρήσεων και έπειτα σε διαφορετικές θέσεις, με ταυτόχρονη ποσοστιαία μεταβολή της υδραυλικής αγωγιμότητας σε όλη την έκταση του υδροφορέα με σκοπό να παρατηρηθεί και να αξιολογηθεί η επίπτωσή τους στην συνολική παροχή άντλησης υπογείου νερού. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης που αντιμετωπίζεται είναι μεσαίας κλίμακας υπό περιορισμούς με γραμμική αντικειμενική συνάρτηση. Οι βελτιστοποιήσεις έγιναν με την μέθοδο του Εσωτερικού Σημείου (Interior Point) με χρήση της συνάρτησης ελαχιστοποίησης fmincon του Matlab. Oι περιορισμοί που τέθηκαν για την άντληση του υπογείου ύδατος αφορούν αποκλειστικά την αποτροπή της υφαλμύρισης των φρεάτων και δεν λαμβάνονται υπ’ όψιν οικονομικοί παράγοντες. Τα εναλλακτικά σενάρια που εξετάστηκαν, δίνουν πληροφορίες για τις επιπτώσεις της θέσης των γεωτρήσεων στην βέλτιστη άντληση, καθώς έγιναν δοκιμές με χωροθέτηση των φρεάτων μακριά από την ακτή, κοντά στην ακτή και διάσπαρτα σε όλη την επιφάνεια του υδροφορέα. Η χωροθέτηση των γεωτρήσεων μακριά από την ακτή δίνει μεγάλη παροχή άντλησης και ταυτόχρονα κρατάει το μέτωπο του θαλασσινού νερού μακριά από τα φρέατα, αφού το πάχος του γλυκού νερού είναι μεγαλύτερο όσο απομακρυνόμαστε από την ακτή. Αντιθέτως, χωροθέτηση πηγαδιών πολύ κοντά στην ακτή ή κοντά σε αδιαπέρατα όρια μας δίνει σαφώς μειωμένη βέλτιστη παροχή άντλησης, αφού αφενώς ελλοχεύει ο κίνδυνος για εισροή θαλασσινού νερού σε αυτά, αφετέρου πλησίον των αδιαπεράτων ορίων η ικανότητα άντλησης είναι μικρότερη λόγω του ότι η άμεση γειτνίαση του πηγαδιού με το αδιαπέρατο όριο περιορίζει το χωρικό πεδίο άντλησης. Χωροθέτηση των πηγαδιών όμως σε ικανοποιητική απόσταση από την ακτή αλλά όχι μακρύτερα από 1 km, μας εξασφαλίζει μεγαλύτερη παροχή άντλησης απ’ όταν τα φρέατα βρίσκονται πολύ μακριά (κοντά στα αδιαπέρατα όρια), καθώς βρίσκονται μακρύτερα από τα όρια του υδροφορέα και έχουν την δυνατότητα να παραλαμβάνουν μεγαλύτερη ποσότητα διηθούμενου νερού. Επιπλέον, η αραιή διάταξη των πηγαδιών μας δίνει καλύτερα αποτελέσματα βέλτιστης παροχής άντλησης, αφού τυχόν φρέατα σε πολύ κοντινές αποστάσεις μεταξύ τους συμπεριφέρονται ως ένα με αποτέλεσμα την επίτευξη σημαντικά χαμηλοτέρων παροχών άντλησης. Τέλος, οι υδραυλικές παράμετροι όπως είναι η υδραυλική αγωγιμότητα, είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει την βέλτιστη παροχή άντλησης. Μικρή τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας παρεμποδίζει την κίνηση του θαλασσινού νερού στο εσωτερικό του υδροφορέα επιτρέποντας την άντληση μεγαλύτερων ποσοτήτων άντλησης υπογείου νερού.	el
heal.advisorName	Μαντόγλου, Αριστοτέλης	el
heal.committeeMemberName	Τσακίρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γιακουμάκης, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Μαντόγλου, Αριστοτέλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Έργων Υποδομής και Αγροτικής Ανάπτυξης. Εργαστήριο Εγγειοβελτιωτικών Έργων και Διαχείρισης Υδατικών Πόρων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	103 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true