title: Modelling assessment of water quality and quantity at the basin level

title: Μοντελοποίηση και αξιολόγηση της ποιότητας και ποσότητας νερού σε επίπεδο λεκάνης
Creators: name: Μαραγκακη Αντωνια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: This thesis aims to implement and evaluate Nature-Based Solutions (NBS) to improve water quality and assess the adequacy of available water resources at the watershed level. The studied watersheds are located on the island of Crete, specifically in the Chania region. The implementation and evaluation of NBS were carried out in the Koiliaris watershed, which covers an area of 210 km² and falls within the municipality of Apokoronas. Previous studies have indicated that the Koiliaris watershed suffers from severe soil degradation and the measurement of sediments in Ag. Georgios station is high. Utilizing the Karst-SWAT model, after updating the hydrological modeling of the area, three different NBS (terraces, riparian forests, and livestock management) were evaluated regarding their impact on water quality. The results of the Karst-SWAT model demonstrated that the combination of terraces and riparian forests resulted in a maximum reduction of soil erosion and sediment load by 83%. The adequacy of available water resources was assessed within a Chania prefecture region, encompassing the Keritis and Koiliaris watersheds. The Keritis watershed, covering an area of 130 km², is part of the Platanias municipality. These basins represent typical Mediterranean river systems characterized by complex hydrogeology and serve as crucial sources for meeting the water demands of the Chania prefecture. Following the update of the hydrological modeling of the area using the Karst-SWAT model, the WEAP model was selected to manage and distribute the availability of water resources for the period 2000-2020. Furthermore, climate scenarios RCP4.5 and RCP8.5 were applied for the period 2020-2100 to assess future water resource availability under projected rainfall conditions. The WEAP model results indicated no unmet water demand for the current period and for the periods under the applied scenarios. Based on the results of this study, the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model has proven to be a reliable tool for simulating Nature-Based Solutions (NBS) within watersheds, while the WEAP (Water Evaluation and Planning) model has demonstrated its reliability as a tool for water management, offering a comprehensive framework for evaluating water allocation, demand, and supply scenarios.
description: Ένα από τα πλέον δυσκολότερα προβλήματα που αφορούν τους υδάτινους πόρους που καλείται η Ελλάδα να αντιμετωπίσει, είναι η διαθεσιμότητα και η διαχείριση αυτών. Τα τελευταία χρόνια, το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής έχει επηρεάσει αναμφισβήτητα τόσο την ποσότητα όσο και την ποιότητα των υδάτινων πόρων. Επομένως, η βελτίωση της ποιότητας τους καθώς και η βέλτιστη της διαχείρισης τους καθίστανται ένα από τα πρωτεύοντα ζητήματα διαχείρισης. Στο νησί της Κρήτης και πιο συγκεκριμένα στον Νομό Χανιών, συγκαταλέγονται οι δύο κυριότερες λεκάνες απορροής που είναι υπεύθυνες για την κάλυψη των υδάτινων αναγκών τόσο για ύδρευση όσο και για άρδευση του μεγαλύτερου μέρους του νομού. Οι λεκάνες απορροής αυτές, είναι η λεκάνη απορροής του Κοιλιάρη και η λεκάνη απορροής του Κερίτη. 
Σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες στη λεκάνη απορροής του Κοιλιάρη, η οποία αποτελεί περιοχή εκτεταμένης έρευνας από το Πολυτεχνείο Κρήτης, έχει παρατηρηθεί η υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων που παρέχει, λόγω της ύπαρξης υψηλού φορτίου  νιτρικών και ιζημάτων. Τα υψηλά αυτά φορτία, προέρχονται από την αλόγιστη και ανεξέλεγκτη βόσκηση ζώων καθώς και από τις λανθασμένες γεωργικές δραστηριότητες. Η Εικόνα 1, απεικονίζει τις περιοχές στις οποίες υφίστανται  τα ανωτέρω προβλήματα. Η παρούσα διπλωματική, έχει ως στόχο την αξιολόγηση του αντίκτυπου στη μείωση των ιζημάτων και των νιτρικών που θα επιφέρει  η εφαρμογή των Λύσεων Βασισμένων στη Φύση (NBS -Nature Based Solution) στις περιοχές 1 και 2 (Εικόνα 1).
 Όσον αφορά την περιοχή 1 (Area 1), μέσω του μοντέλου SWAT προσομοιώθηκαν τρία διαφορετικά σενάρια. Το σενάριο 1, αφορά την εφαρμογή αναβαθμίδων στις υπολεκάνες που βρίσκεται ο ποταμός “ Κεραμιανός“ όπου από εκεί  έχει καταγραφεί ότι προέρχονται αυξημένες ποσότητες ιζημάτων. Το σενάριο 2, αφορά την εφαρμογή παρόχθιου δάσους 20 μέτρων εκατέρωθεν του ποταμού και το σενάριο 3 αποτελεί τον συνδυασμό των δύο παραπάνω NBS. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης (Εικόνα 2), έδειξαν ότι ο συνδυασμός των δύο NBS θα επιφέρει τη μεγαλύτερη μείωση των ιζημάτων κατά 83%. Το ποσοστό απομάκρυνσης κατά την εφαρμογή των αναβαθμίδων ανέρχεται στο 79% ενώ κατά την εφαρμογή του παρόχθιου δάσους 38%.
Όσον αφορά την περιοχή 2 (Area 2), στο μοντέλο του  SWAT  αφαιρέθηκαν όλες οι διεργασίες που σχετίζονται με τις δραστηριότητες λίπανσης από τα αιγοπρόβατα. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι η απομάκρυνση αυτή, μειώνει περίπου κατά 19% (Εικόνα 3) την ύπαρξη των νιτρικών στην έξοδο της υπολεκάνης.
Εικόνα 1: Περιοχές στην λεκάνη απορροής του Κοιλιάρη με υφιστάμενα προβλήματα
Εικόνα 2: Ποσοστό απομάκρυνσης σωματιδίων στην υπολεκάνη του Αγίου Γεωργίου
Εικόνα 3: Μέση ετήσια έξοδος των Νιτρικών από τη λεκάνη απορροής.
Ο έλεγχος της επάρκειας της διαθεσιμότητας των υδάτινων πόρων, πραγματοποιήθηκε στην ευρύτερη περιοχή των Χανίων η οποία περιλαμβάνει τις δύο λεκάνες  απορροής του Κερίτη και του Κοιλιάρη. Για τον έλεγχο αυτό, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο KARST-SWAT και το μοντέλο  WEAP.  Με τη χρήση του μοντέλου του KARTS-SWAT, υπολογίστηκαν οι παροχές εισροής σε κάθε ποτάμι και η συνεισφορά των καρστικών πηγών σε αυτό. Το μοντέλο WEAP, χρησιμοποιήθηκε στο κομμάτι της διαχείρισης και κατανομής των υδάτινων πόρων για την ενδιαφερόμενη περιοχή. Αρχικά, σε αυτό σχεδιάστηκε το δίκτυο κατανομής του νερού και στη συνέχεια αφαιρώντας τις αντλήσεις που πραγματοποιούνται για την ύδρευση και άρδευση της ευρύτερης περιοχής υπολογίστηκαν οι ανάγκες ύδατος που δεν έχουν ικανοποιηθεί για τα έτη 2010-2020 . Επιπλέον, εφαρμόστηκαν  τα σενάρια κλιματικής αλλαγής RCP4.5 και RCP8.5 για την περίοδο 2020-2100, με σκοπό την αξιολόγηση της μελλοντικής διαθεσιμότητας υδάτινων πόρων. Τα αποτελέσματα του μοντέλου WEAP τόσο για την περίοδο 2010-2020 όσο και για την περίοδο 2020-2100 έδειξαν ότι δεν υπάρχει και δεν θα υπάρξει κάποια έλλειψη στη διαθεσιμότητα των υδάτινων πόρων.