ΒΕΛΤΙΣΤΕΣ ΑΡΧΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΗΣ ΟΔΗΓΙΑΣ 2000/60 ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

1. ΒΕΛΤΙΣΤΕΣ ΑΡΧΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΣΤΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΤΗΣ ΟΔΗΓΙΑΣ 2000/60 ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΗΜΕΡΙΔΑ ΤΟΜΕΑ ΥΠΥΘΕ Α. Στάμου, Γ. Χριστοδούλου, Α. Νάνου, Ι. Δημητρίου Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Υδραυλικής Τομέας ΥΠΥΘΕ –ΕΜΠ MΕΡΗ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥΣ 3. ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 4. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ

2. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο σκοπός της Οδηγίας 2000/60 είναι η θέσπιση ενός πλαισίου για την προστασία των επιφανειακών και των υπόγειων νερών. 1.1 ΕΦΑΡΜΟΓΗ Επίτευξη των περιβαλλοντικών στόχων της Οδηγίας Χρήση Μαθηματικών Μοντέλων (ΜΜ) Στόχος: Εξέταση θεμάτων διαχείρισης νερών Απλά θέματα : Εξέλιξη της ρύπανσης σε ένα 1-D ποταμό Πολύ σύνθετα: Διαχείριση των νερών ενός ταμιευτήρα (σημαντικά τροποποιημένου ή τεχνητού επιφανειακού σώματος νερών) με 3-DΜΜ υδροδυναμικής συμπεριφοράς και ποιότητας νερών

3. 1.2 ΣΤΑΔΙΑ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ Διαδικασία της μοντελοποίησης: Σε στάδια Απλοποιητική παραδοχή 3 σταδίων: Δόμηση του μοντέλου Βαθμονόμηση - επιβεβαίωση του μοντέλου 3. Εφαρμογή του μοντέλου

4. 1.3 ΕΠΙΔΙΩΞΕΙΣ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Ειδικότερα για τηνεπίτευξη των στόχων της Οδηγίας, συνιστάται να επιδιώκονται ταακόλουθα: • Δόμηση ->Με σημαντικό βαθμό ολοκλήρωσης • Ποσότητα (υδροδυναμικό) – ποιότητα • Επιφανειακά - υπόγεια • Εσωτερικά-Μεταβατικά-Παράκτια • 2. Βαθμονόμηση + επιβεβαίωση-> Με μετρήσεις «υψηλής ποιότητας» • Και ανάλυση ευαισθησίας • 3. Συσχέτιση μοντελοποίησης <====> παρακολούθησης • Ένα ιδανικά δομημένο μοντέλο μπορεί να αποδειχθεί ανεπαρκές χωρίς την ύπαρξη μετρήσεων πεδίου • Βελτιστοποίηση ενός δικτύου παρακολούθησης • Απαιτείται: προγραμματισμός + συντονισμός δράσεων

5. 1.4 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ Δόμηση = δύσκολη Δύσκολη μαθηματική περιγραφή διεργασιών (υφαλμύρωση,επαναφόρτιση και μεταφορά-διάχυση ρύπων). Δύσκολη περιγραφή ορίων (οριακές συνθήκες) Νέος παράγων = έδαφος. Βαθμονόμηση-επιβεβαίωση Απαιτείται νέα με μεταγενέστερη σειρά μετρήσεων. 3. ΜΜ = συχνά το μοναδικό εργαλείοδιαχείρισης των υπόγειων νερών και κυρίως πρόβλεψης τηςσυμπεριφοράς τους (αναγνώριση τάσεων)

6. 2. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥΣ ΜΕ ΜΜ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Για κάθε υδάτινο σώμα πραγματοποιείται: Αρχικός χαρακτηρισμός Αναγνώριση θέσης και ορίων Καθορισμός συνθηκών αναφοράς για υδραυλικά μορφολογικά φυσικο-χημικά και βιολογικά(χαρακτηριστικών)στοιχείων (elements) του Συνθήκες αναφοράς:Τιμές στοιχείων που αντιστοιχούν στην υψηλή οικολογική κατάσταση ή στομέγιστο οικολογικό δυναμικό του. Υπολογισμός συνθηκών αναφοράς:«(βλ. Παραρτήμα ΙΙ,1.3iii) ... με πρακτικές ή μεθοδολογίες που περιλαμβάνουν ΜΜ μελλοντικής πρόβλεψης ή προβολής στο παρελθόν».

7. 2.2 ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΟΤΑΜΩΝ ΚΑΙ ΛΙΜΝΩΝ ΠΟΤΑΜΟΣ Βασικά υδραυλικά και μορφολογικά στοιχεία: Υ, DY, Q, U και συνέχεια της παροχής κατά μήκος του ποταμού Υδροδυναμική συμπεριφορά χαρακτηρίζεται από: Χρονικές και χωρικές μεταβολές των Y (ή DY) και Q (ή U) ΛΙΜΝΗ Βασικά υδραυλικά και μορφολογικά στοιχεία: Υ,DY καιV. Υδροδυναμική συμπεριφορά χαρακτηρίζεται από: Χρονικές μεταβολές του V Χαρακτηριστικά του πεδίου ροής(περιλ. της ανάμιξης) Χρόνος ανανέωσης των νερών της λίμνης (Θ)

8. Βάθος ροής. • Κοινό στοιχείο για όλους τους τύπους των επιφαν. υδάτινων σωμάτων. • Ισοδύναμο στοιχείο αποτελεί η στάθμη της επιφάνειας του νερού (Η) • Παροχή ποταμού. • Μέσο άμεσης συσχέτισης ποιότητας-ποσότητας • Συνθήκες αναφοράς: Καθορίζονται Qmin για λόγους ποιότητας νερού • και Qmaxγια λόγους πλημμυρικής προστασίας ή διάβρωσης του πυθμένα • Όγκος νερού λίμνης. • Υπολογίζεται από εξισώσεις της μορφήςΗ-V • Χρόνος παραμονήςή ανανέωσης νερών (Θ). • Εχει ιδιαίτερη περιβαλλοντική σημασία όχι μόνο για λίμνες, αλλά και για παράκτιες περιοχές, κυρίως ημί-κλειστές ή κλειστές. • Προσδιορίζεται πειραματικά με τις καμπύλες συγκέντρωσης-χρόνου (FlowThroughCurves ή FTC).

9. 2.3 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ Εκτίμηση βασικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων (υδρ. αγωγιμότητα, αποθηκευτικότητα, πορώδες, εισροές-εκροές από γειτονικούς υδροφορείς, συντελεστές διαρροής ημιπερατών στρώσεων) Χαρακτηρισμός= προϋπόθεση για την περιγραφή του στο παρόν και τη διαχείρισή του στο μέλλον γιαδιάφορα σενάρια διαχείρισης. Απαιτούνται 2 φάσεις: 1. Αρχικός χαρακτηρισμός όλων των σωμάτων υπογείων υδάτων και 2. Περαιτέρω χαρακτηρισμός των σωμάτων υπόγειων νερών, τα οποία έχειθεωρηθεί ότι απειλούνται. Μετά: Περιγραφή παρούσας κατάστασης (υδρολογική, υδροδυναμική και οικολογική-ποιοτική άποψη)- Επισκόπηση των επιπτώσεων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, των μεταβολών της στάθμης και της ρύπανσης των υπόγειων νερών.

10. 2.4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Υδρολογικό μοντέλο. Μεταβολές της Q σεκάθε τμήμα ποταμού. Χρονικές μεταβολές του V λίμνης. Eκτίμηση συνιστωσών του υδατικούισοζυγίουυπογείων νερών. Υδροδυναμικό μοντέλο. Κατανομές H και U κατά μήκος ενός ποταμούμε δεδομένη την κατανομή Q Υδροδυναμικήσυμπεριφορά με στοιχεία εισόδου (α) τα αποτελέσματα τουυδρολογικού μοντέλου και (β) στοιχεία περιβάλλοντος. Aντίστοιχηαντιμετώπιση για παράκτια νερά.

11. Μοντέλο ποιότητας νερών. Χωρική και χρονικήκατανομή των C ποιοτικών χαρακτηριστικών σε έναποταμό, μια λίμνη ή σε ένα σώμα υπόγειων νερών με στοιχεία εισόδου (α)αποτελέσματα του υδροδυναμικού μοντέλου, (β) τα ρυπαντικά φορτία, (γ) άλλα στοιχεία περιβάλλοντος. 4.Μοντέλο υπολογισμού καμπύλης FTC. Mεμοντέλο ποιότητας νερών (χωρίς χημικές και βιολογικές διεργασίες), τοοποίο περιγράφει τη μεταφορά και διάχυση του δείκτη στη λίμνη μεδεδομένα τα αποτελέσματα του υδροδυναμικού μοντέλου.

12. 3. ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ 3.1 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕΝΑΡΙΩΝ ΜΕ ΜΜ 1. Πραγματοποιείται χαρακτηρισμός και αναγνώριση της θέσης (οριοθέτηση) του υδάτινου σώματος. 2. Γίνεται επιλογή των μαθηματικών μοντέλων που θα εφαρμοστούν: (1) υδρολογικό, (2) υδροδυναμικό και (3) ποιότητας νερών. 3. Πραγματοποιείται βαθμονόμηση και επιβεβαίωση όλων των χρησιμοποιούμενων μοντέλων.-Μοντελοποίηση υπάρχουσας κατάστασης. 4. Για κάθε σενάριο διαχείρισης πραγματοποιούνται τα ακόλουθα: Εφαρμόζεται κατά σειρά υδρολογικό μοντέλο, υδροδυναμικό μοντέλο, μοντέλουδάτινης ποιότητας και συγκρίνονται οι κατανομές των ποιοτικών χαρακτηριστικών τουμοντέλου με οριακέςτιμές. 5. Επιλέγεται και υλοποιείται το κατάλληλο σενάριο διαχείρισης.

13. 3.1.1 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ 1. Απαίτηση ολοκληρωμένης αντιμετώπισης. 2. Επιλογή των μοντέλων. (α) σκοπός της μοντελοποίησης (β) κλίμακα εφαρμογής (π.χ. επίπεδο υδατικού διαμερίσματος) (γ) επιθυμητή ακρίβεια ή το επίπεδο εμπιστοσύνης της λύσης (δ)τεχνικά χαρακτηριστικά του υδάτινου σώματος 3. Διάσταση υδροδυναμικού μοντέλου και μοντέλου ποιότητας. Ποταμός:1-Dγια τον υπολογισμό των Υ και U κατά μήκος του ποταμού. Λίμνη:3-D, που λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά (ανάμιξης) των διάφορων στρωμάτων της λίμνης. Παράκτια περιοχή:2-D ή 2-D ολοκληρωμένο κατά βάθος ή διατυπωμένο σε στρώσεις για τον υπολογισμό του πεδίου ροής και των ανυψώσεων της ελεύθερης επιφάνειας. Μοντέλα ποιότητας: ίδια διάσταση με υδροδυναμικών μοντέλων.

14. 3.1.1 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ (συνέχεια) 4. Εφαρμογή με περιορισμένα στοιχεία πεδίου. Στοιχειώδης βαθμονόμηση + ανάλυση ευαισθησίας Περίπτωση Λίμνης Πλαστήρα (ΕΜΠ, 2002) 5. Έμφαση μοντέλου ποιότητας. έμφαση στο κύριο ποιοτικό-βιολογικό φαινόμενο, όπως π.χ. Ευτροφισμός σε μια λίμνη. Εξέταση επίδρασης υδραυλικών στοιχείων (π.χ. μείωση ή ακόμα και διακύμανση ελεύθερης στάθμης ποταμού) στα βιολογικά στοιχεία, όπως π.χ. στη μείωση πληθυσμού των προστατευόμενων ειδών της χλωρίδας και πανίδας της περιοχή μελέτης. Στην περίπτωση αυτή οι τιμές μείωσης πληθυσμού συγκρίνονται με οριακές τιμές, π.χ. 5% και εφόσον δεν τις υπερβαίνουν το σενάριο διαχείρισης θεωρείται ως αποδεκτό. 6. Οριακές τιμές ποιοτικών παραμέτρων. Μπορεί να συμπίπτουν με τις συνθήκες αναφοράς

15. 3.1.2 ΛΟΙΠΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑΣ 1. Αντιμετώπιση κρίσεων (ξηρασία, λειψυδρία, ατύχημα ρύπανσης). 2. Υπολογισμός τιμών ποιοτικών στοιχείων επιφαν. υδάτινο σώμα και σύγκριση τιμών με οριακές τιμές για σενάρια διαχείρισης. 3. Καθορισμός συνθηκών αναφοράς των ποιοτικών στοιχείων για «αδιατάρακτες συνθήκες». Καθορισμός συνθηκών αναφοράς για τα υδραυλικά-μορφολογικά στοιχεία (π.χ. Η, V λίμνης) με δεδομένες τις συνθήκες αναφοράς των ποιοτικών στοιχείων. Στα υπόγεια νερά. Διερεύνηση (α) τάσεων ρύπων, (β)υφαλμύρωσηςκαι (γ) τεχνητού εμπλουτισμού (γ1) για αντιμετώπιση υφαλμύρωσης & διείσδυσης της θάλασσας, (γ2) για βελτίωση ποιότητας ρυπασμένων υπόγειων νερών, (γ3) για τη διάθεση επεξεργασμένων λυμάτων κ.α.

16. 3.2 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΕΚΤΑΚΤΩΝ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΜΕ ΜΟΝΤΕΛΑ ΣΥΝΑΓΕΡΜΟΥ Αναμένεται να έχουν σημαντική εφαρμογή στην Ελλάδακαι ειδικότερα: (α) στους διακρατικούς ποταμούς και (β)στα τεχνητά ή ισχυρά τροποποιημένα υδάτινα σώματα, όπως π.χ. ταμιευτήρες-τεχνητές λίμνες, που χρησιμοποιούνται κυρίως για ύδρευση. Με ένα «Μοντέλο Συναγερμού» υπολογίζεται η πορεία (δηλ. η μεταφορά, η διάχυση-ανάμιξη και οι φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες) ενός ρύπου, που προκλήθηκε π.χ. από ένα ατύχημα διοχέτευσης ρύπου (ρύπανσης) σε κάποια θέση, κατά μήκος ενός διασυνοριακού ποταμού ή στον όγκο ενός ταμιευτήρα και στη συνέχεια στο δίκτυο ύδρευσης.

17. Στάδια-Στόχοι «Μοντέλου Συναγερμού» Αναγνώριση-διαπίστωση του ατυχήματος ρύπανσης. Ειδοποίηση των Αρχών Διαχείρισης για το συμβάν. Ενεργοποίηση των υπολογισμών του «Μοντέλου Συναγερμού». 4. Πραγματοποίηση των άμεσων μέτρων ελέγχου-αντιμετώπισης της κατάστασης. Προσδιορισμός και ενεργοποίηση των μέτρων για (α) αποκατάστασητων άμεσων βλαβών και (β) ελαχιστοποίηση τωνδευτερευουσών βλαβών. 6. Αναγνώριση της πηγής και του λόγου του ατυχήματος.

18. 3.3 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ Τα προγράμματα παρακολούθησης κατάστασης νερώνκαλύπτουν: (α) για τα επιφανειακά νερά όγκο,στάθμη ήπαροχή και οικολογική, χημική κατάσταση και οικολογικό δυναμικό. (β) για ταυπόγεια ύδατα χημική (τάσης ρύπων) και ποσοτική (στάθμη) κατάσταση Για κάθε περίοδο εφαρμογής ενός Σχεδίου Διαχείρισης εφαρμόζονται τα ακόλουθα Προγράμματα Πρακολούθησης: (α). Προγράμματα εποπτικής παρακολούθησης (β). Προγράμματα επιχειρησιακής παρακολούθησης (γ). Προγράμματα διερευνητικής παρακολούθησης

19. ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ • Βελτιστοποίηση= Μεγιστοποίηση της πληροφορίας που παρέχει το δίκτυο με το ελάχιστο κόστος. • Διατύπωση συνάρτησης του κόστους ενός δικτύου παρακολούθησης + χρησιμοποιώντας μοντέλα βελτιστοποίησης. • Εναλλακτικά, μπορεί να εφαρμοστούν ΜΜ και να προσδιοριστούν (α) τα απαραίτητα στοιχεία μέτρησης, (β) οι απαραίτητες θέσεις παρακολούθησης και (γ) η συχνότητα λήψης μετρήσεων. Σημ. Τα ΜΜ συμπληρώνουν τα κενά

20. 4. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ (1). Εφαρμογή μεθοδολογιών για την εξέταση σεναρίων διαχείρισης. Ενδεικτικά αναφέρονται: (α). Αντιμετώπιση κρίσεων σε ακραίες περιπτώσεις, όπως ξηρασίας, λειψυδρίας, ατυχήματος ρύπανσης (β). Υπολογισμός τιμών ποιοτικών και ποσοτικών στοιχείων για ένα υδάτινο σώμα καισύγκρισή τους με οριακές τιμές για διάφορα σενάρια διαχείρισης. (γ). Καθορισμός συνθηκών αναφοράς , π.χ. των ποιοτικών στοιχείων για«αδιατάρακτες συνθήκες», όπως π.χ. με μηδενικές πιέσεις ή τωνυδραυλικών-μορφολογικών στοιχείων με δεδομένες τις συνθήκεςαναφοράς των ποιοτικών στοιχείων. (δ). Εφαρμογές στα υπόγεια νερά με διερεύνηση θεμάτων, όπως (α) των τάσεων των ρύπων, (β) της υφαλμύρωσης και (γ) του τεχνητού εμπλουτισμού για την αντιμετώπιση της υφαλμύρωσης και της διείσδυσης της θάλασσας, για τη βελτίωση της ποιότητας ρυπασμένων υπόγειων νερών και για τη διάθεση επεξεργασμένων λυμάτων.

21. (2). Σχεδιασμόςμεθοδολογιών και συστημάτων γιατην αντιμετώπιση έκτακτων συμβάντων ρύπανσης. (α) στους διακρατικούςποταμούς και (β) στα τεχνητά ή ισχυρά τροποποιημένα υδάτινα σώματα. (3). Ελεγχος- βελτιστοποίηση σχεδιασμού κρατικού δικτύουπαρακολούθησης με τεχνικές μαθηματικών μοντέλων. Η βελτιστοποίηση μπορεί να εφαρμοστεί σε επίπεδουδάτινουσώματος ήυδατικού διαμερίσματος. Συνιστώνται (α) πιλοτική διερεύνηση σεσυγκεκριμένη περίπτωση που θα επιλεγεί για την τελική διαμόρφωση τηςμεθοδολογίας, (β) η επιδίωξη ταύτοχρονης βελτιστοποίησης του δικτύουτων επιφανειακών και υπόγειων νερών και (γ) η συσχέτιση των αναγκώνχρησιμοποίησης στοιχείων πεδίου για άλλες εφαρμογές μοντελοποίησης μετη διαδικασία της παρακολούθησης. Σημ. Ιδιαίτερη σημασία έχει η χρησιμοποίηση συστημάτων GIS.