Αξιολόγηση εναλλακτικών διαχειριστικών σεναρίων λιμνών με εφαρμογή του λογισμικού Λέρνη

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της ποιοτικής κατάστασης των ταμιευτήρων Υλικής-Πλαστήρα με εφαρμογή του μοντέλου Λέρνη, καθώς και η διερεύνηση χρήσης του μοντέλου Λέρνη ως εργαλείο εφαρμογής διαχειριστικών σεναρίων Λιμναίων συστημάτων. Για το σκοπό αυτό εκτελέστηκε στοχαστική και προσδιοριστική προσομοίωση της ποιοτικής κατάστασης των εξεταζόμενων λιμναίων συστημάτων. Αρχικά, παρουσιάζεται το υφιστάμενο νομικό καθεστώς διαχείρισης υδατικών πόρων στην Ευρωπαϊκή Ένωση και την Ελλάδα. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την αναπαραγωγή της λειτουργίας λιμναίων συστημάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο μοντέλο ευτροφισμού διαλυμένου οξυγόνου που θα εφαρμοσθεί για την αναπαραγωγή της λειτουργίας των εξεταζόμενων λιμνών Πλαστήρα και Υλίκης. Στο επόμενο κεφάλαιο περιγράφεται το μαθηματικό μοντέλο Λέρνη. Αυτό θα χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση της προσομοίωσης. Το λογισμικό - αλγόριθμος του μοντέλου Λέρνη βασίζεται στο μοντέλο ευτροφισμού διαλυμένου οξυγόνου Ακολουθεί η μελέτη προσομοίωσης των Λιμναίων συστημάτων Υλίκης και Πλαστήρα βάσει εναλλακτικών διαχειριστικών σεναρίων. Στα πλαίσια της γίνεται : 1. Συνοπτική παρουσίαση των λιμναίων συστημάτων 2. Επισκόπηση των πηγών ρύπανσης τους 3. Περιγραφή των βέλτιστων διαχειριστικών πρακτικών ελέγχου και περιορισμού των παραπάνω πηγών ρύπανσης και των συναφών ρυπαντικών φορτίων 4. Μαθηματική προσομοίωση της ποιοτικής κατάστασης των εξεταζόμενων λιμνών με το λογισμικό ΛΕΡΝΗ. Μελέτη εναλλακτικών διαχειριστικών σεναρίων και αποτίμηση των αποτελεσμάτων. 5. Προτεινόμενα μέτρα περιορισμού των ρυπαντικών φορτίων

Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης βασίστηκε στη χρησιμοποίηση ευρέως χρησιμοποιούμενων κριτηρίων κατάταξης λιμνών στην Ελλάδα. Αυτά κατατάσσουν τις λίμνες, είτε βάσει μέγιστων αποδεκτών τιμών θρεπτικών και χλωροφύλλης, είτε βάσει των παρατηρούμενων μέγιστων συγκεντρώσεων χλωροφύλλης.

Σύμφωνα με την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης προκύπτει ότι: • δεδομένης της εγγύτητας των τιμών των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με τις μετρήσεις πεδίου, η προγνωστική ικανότητα του μαθηματικού μοντέλου Λέρνη κρίνεται αποδεκτή. Επομένως αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της ποιότητας λιμναίων συστημάτων, την εκτίμηση της διακύμανσης των υπεισερχόμενων παραμέτρων (Chl-a, TP, TN, OC, DO) και κατεπέκταση για την επιλογή των κατάλληλων μέτρων αντιρρύπανσης. • H ποιοτική κατάσταση της Λίμνης Πλαστήρα είναι αποδεκτή, η δε ποιότητα των υδάτων της πολύ καλή • H ποιοτική κατάσταση της Λίμνης Υλίκη είναι αποδεκτή, όσον αφορά τη χλωροφύλλη και το ολικό άζωτο, αλλά όχι για τον ολικό φώσφορο. Ειδικότερα καταγράφτηκαν τιμές φωσφόρου μεγαλύτερες κατά τουλάχιστον 60% έναντι των μέγιστων αποδεκτών τιμών. Για τη μείωση των τιμών φωσφόρου κρίθηκε αναγκαία η λήψη ήπιας φύσης μέτρων αντιρρύπανσης. Ειδικότερα συστήνεται η εφαρμογή μέτρων περιορισμού κατά 65% των ρυπαντικών φορτίων απορροών αγροτοκτηνοτροφικής προέλευσης που καταλήγουν στη λίμνη.

Η εργασία αυτή ολοκληρώνεται με μια σύνοψη των κυριοτέρων συμπερασμάτων και τη διατύπωση ορισμένων προτάσεων στην κατεύθυνση της βελτίωσης και προστασίας της ποιοτικής κατάστασης των εξεταζόμενων λιμναίων συστημάτων, της αειφόρου ανάπτυξης της περιοχής της λεκάνης απορροής τους και περαιτέρω διερεύνησης της προγνωστικής ικανότητας του μαθηματικού μοντέλου Λέρνη.

This dissertation’s main object : • Is the study of quality status of lake Yliki and Plastira via the application of Software simulation model for lake water quality "Lerne" and • the investigation of whether Lerne can be used as an accurate tool for the study of lake ecosystems quality and relevant lake quality management scenarios At the beginning of the study there is a detailed presentation of the existing Management of water resources in EU and Greece along with the relevant environmental legislation. Then the main models used to reproduce the quality of lake water resources are cited. In particular we focus on the applied on lake Plastira and Yliki quality model of "Eutrophication and Dissolved Oxygen" In the next chapter we described "Lerne" Software simulation model for lake water quality. "Lerne" is based on the principles of "Eutrophication and Dissolved Oxygen" model Then follows the simulation of lake Yliki & Plastira’s quality status according to specific alternative management scenarios The simulation passage includes : 1. a brief presentation of lake Yliki and Plastira . We also recorded their main pollution sources 2. an in depth review of the BMPs : Best Management Practices to reduce the above control the above pollution sources and reduce the respective pollution loads 3. the Mathematical simulation of lake Yliki and Plastira via Lerne" Software simulation model for lake water quality and the evaluation of the exported results 4. if needed the recommendation of the appropriate Best Management Practices in order to limit the pollution implact on the quality of the lakes.

The evaluation of simulation results is based on criteria setting maximum permissible values for Chl-a, TP and TN and classifying quality of lakes according to the max Chl-a value of the simulation results. In particular : – Mean values of Chl-a, TP, TN should be less than Chl-a £ 10μg/lt TP £30μg/lt, TN £1mg/lt

– Ranking of lake ecosystems quality according to the value of maximum value of Chl-a

max Chl-a (μg/lt) Quality Ranking <5 Very good/ Ι 5-10 Good/ ΙΙ 10-20 Mediocre/ ΙΙΙ 20-50 Bad/ IV >50 Very Bad/ V

The eavalution of simulation results suggest that • the accuracy and forecasting capacity of model Lerne is acceptable • Lerne can be successfully applied in lake quality research. Moreover it can be used in order to estimate and predict the fluctuation of Chl-a, TP, TN, OC, DO concentrations . Consequently Lerne contributes greatly in the selection the appropriate pollution control measures for lake ecosystems . • the quality status of lake Plastira is acceptable. The lake’s max Chl-a value is below 5μg/lt consequently its water resources are classified as very good accuracy and forecasting capacity of model Lerne is acceptable • lake Yliki, the results of the deterministic simulation suggest that there is significant potential for eutrophication incidents. In particular mean Chl-a & mean TN are below max permissible values mean Chl-a <10 μg/lt, mean TN 1mg/lt while meanΤΡ exceeds the permissible value of 30μg/lt, meanΤΡ > 80μg/lt . In order to avoid eutrophication incidents TP must be decreased to 30μg/lt. This can be done by reducing by 65% pollution loads of agricultural runoffs and in lesser extent of livestock-farming runoffs . As far as it concerns max Chl-a simulation values they are < 5 μg/lt and the lake is classified in the category "Very Good"

The dissertation is concluded by presenting the main conclusions along with recommendations regarding the protection and improvement af lake Yliki and Plastira quality status, the promotion of sustainable development in the greater lake Platira and Yliki area and finally the further investigation of accuracy "Lerne" Software simulation model for lake water quality.