Διερεύνηση σεναρίων για την εκτίμηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στους υδατικούς πόρους μέσω υδρολογικής προσομοίωσης
Investigation of scenarios for assessing the impact of climate change on water resources through hydrological simulation
![Thumbnail](/xmlui/bitstream/handle/11400/3929/geo_18391041.pdf.jpg?sequence=6&isAllowed=y)
Λέξεις-κλειδιά
Thomas abcd ; Thornthwaite ; Ευρώτας ; Θερμοκρασία ; Βροχόπτωση ; Εξατμισοδιαπνοή ; Απορροή ; Κλιματικά σενάρια ; Κλιματική αλλαγή ; Υδατικοί πόροιΠερίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως θέμα την διερεύνηση σεναρίων για την εκτίμηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στους υδατικούς πόρους μέσω υδρολογικής προσομοίωσης. Η αποτίμηση των επιπτώσεων που έχει η κλιματική αλλαγή στο υδρολογικό καθεστώς σε επίπεδο λεκάνης απορροής (ΛΑΠ) πραγματοποιήθηκε μέσα από την αξιοποίηση επικαιροποιημένων σεναρίων κλιματικής αλλαγής, και ακολούθως πραγματοποιήθηκαν ενδεικτικές προσομοιώσεις ώστε να επιτευχθεί η ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων σε μηνιαία βάση. Για την υπό μελέτη υπολεκάνη απορροής εντός της ΛΑΠ του ποταμού Ευρώτα έγινε η υδρολογική προσομοίωση εφαρμόζοντας το υδρολογικό μοντέλο «Thomas abcd» για την ιστορική περίοδο 1970-2000 και για δύο μελλοντικές περιόδους 2030-2060 και 2060-2090. Στο πλαίσιο της βαθμονόμησης του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα για την βροχόπτωση, την θερμοκρασία και την απορροή τα οποία πάρθηκαν από μετρήσεις που έγιναν από σταθμούς που βρίσκονται στην περιοχή, και ακολούθως για τη διερεύνηση σεναρίων αξιοποιήθηκαν πλεγματικά δεδομένα που παρέχει το πρόγραμμα EURO-CORDEX για τον Ευρωπαϊκό χώρο. Πιο συγκεκριμένα επί της ανάλυσης, για να μπορέσουν να βρεθούν οι κατάλληλες για την περιοχή τιμές παραμέτρων του μοντέλου «Thomas abcd», αρχικά έγινε η βαθμονόμηση του μοντέλου με βάση διαθέσιμα μηνιαία δεδομένα που κατεγράφησαν από τον υδρολογικό σταθμό Βιβάρι, ο οποίος βρίσκεται στην έξοδο της ομώνυμης υπολεκάνης απορροής του ποταμού Ευρώτα και τα οποία αφορούσαν αφορούσαν την περίοδο 2005-2009. Τα συγκεκριμένα δεδομένα είχαν επεξεργαστεί καταλλήλως και προήλθαν από την πτυχιακή εργασία της Μαρίνου (2015). Η βαθμονόμηση πραγματοποιήθηκε δυο φορές, μια για το 60% της χρονοσειράς (και επαλήθευση με το 40% αντίστοιχα) και μια για το 70% (30% επαλήθευση), ώστε μέσω αυτής της διαδικασίας να προκύψουν κατάλληλες τιμές των παραμέτρων του μοντέλου: a, b, c, d, S(0). Σαν επακόλουθο βήμα έγινε και η ανάλυση ευαισθησίας των παραμέτρων, ώστε να υπάρξει μια ολοκληρωμένη εικόνα όσον αφορά την γενικότερη επιρροή που έχουν αυτές στο μοντέλο. Ακολούθως, οι χρονοσειρές που αφορούν σε κλιματικά σενάρια αξιοποιήθηκαν για τρεις περιόδους: 1970 - 2000 (περίοδος αναφοράς για λόγους σύγκρισης) και 2030 - 2090 (μελλοντική περίοδος για την οποία τα σενάρια παρουσιάζονται ανά επιμέρους τριακονταετία). Χρονοσειρές βροχόπτωσης και θερμοκρασίας χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των τελικών αποτελεσμάτων, αφού πρώτα επεξεργάστηκαν καταλλήλως για να μπορέσουν να εισαχθούν στο υδρολογικό μοντέλο. Για τον υπολογισμό της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, που είναι απαραίτητο δεδομένο για την λειτουργία του υδρολογικού μοντέλου, επιλέχθηκε η μέθοδος Thornthwaite εξαιτίας των χαμηλών απαιτήσεων σε δεδομένα εισόδου, η οποία προστέθηκε στο σύνολο των υπολογισμό που διεξάχθηκαν στην παρούσα εργασία. Η προσομοίωση του υδρολογικού μοντέλου έγινε για δεδομένα που αφορούσαν την ιστορική περίοδο και στην συνέχεια τα αποτελέσματα αυτής της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των πειραμάτων της κλιματικής αλλαγής με την χρήση δύο εκ των επικαιροποιημένων κλιματικών σεναρίων (RCP 4.5, RCP8.5). Το ένα είναι πιο ευνοϊκό (μέσο σενάριο, RCP4.5) και το δυσμενέστερο είναι το RCP8.5. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση της μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης μηνιαίας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, ως αναμενόταν. Μέσα από την ανάλυση ευαισθησίας που έγινε για τις παραμέτρους του μοντέλου «Thomas abcd» προέκυψε ότι η πιο ευαίσθητη παράμετρος είναι η c. Μέσω της διαδικασίας της προσομοίωσης για διάφορα σενάρια έγινε σαφές ότι η υπερετήσια τιμή για τη μέση μηνιαία απορροή παρουσιάζει έντονες διακυμάνσεις και προβλέπεται η σημαντική μείωση στις δύο μελλοντικές περιόδους που μελετήθηκαν.
Περίληψη
The objective of this undergraduate thesis is the investigation of scenarios to assess the impact of climate change on water resources through a hydrological simulation. The impact of climate change was assessed through the use of updated climate change scenarios. The hydrological simulation for a subbasin in the Eurotas river basin was carried out by applying the hydrological model «Thomas abcd», for the historical period 1970-2000 and for two future periods 2030-2060 and 2060-2090. Data on precipitation and temperature were used, which were taken from measurements recorded at stations located in the area (monthly data for 2005-2009) and from gridded datasets provided by the EURO-CORDEX program for the European domain (both for the historic period and for future projections). In order to find the appropriate model parameters’ values for «Thomas abcd», the model was first calibrated using the available monthly timeseries of precipitation, temperature and runoff for Vivari, which is a subbasin of the Eurota River, for the period from 2005 to 2009. These data were appropriately processed in the frame of the postdraduate thesis of Marinou (2015). The calibration was performed twice, once for the 60% and once for the 70% of the timeseries (accordingly, 40% and 30% of the timeseries used for verification process). The aim of this procedure was to obtain the suitable values of parameters a, b, c, d, S(0). As a subsequent step, a sensitivity analysis on the model parameters was carried out in order to have a comprehensive view of their overall influence on the model. Data relating the periods: (i) 1970-2000 (historic; reference period) and (ii) 2030-2090 (future projections, studied as two subperiods of 30 years each) were used for the hydrological model simulation. Particularly, for the calculation of the potential evapotranspiration (ET), which is a necessary input in the hydrological model, the Thornthwaite method was chosen as it only requires timeseries of temperature, and subsequently ET was added to the set of calculations that carried out in this thesis. The simulation of the hydrological model was initially performed for a historical period between 2005 and 2009, where available records for the study area were used. Then, results of this simulation were compared with the results obtained by applying the climate change experiments using two of the updated climate scenarios (the moderate one RCP 4.5, and the worst-case scenario RCP8. 5).The results showed that an increase in average monthly temperature results in an increase in average monthly potential evapotranspiration, as expected. Based on a sensitivity analysis that was carried out for the model’s parameters, it was found that the most sensitive parameter is c. Through the simulation process, it became clear that the interannual variability in monthly runoff is high, while mean monthly runoff is expected to decrease significantly in the future periods that examined.