Διερεύνηση της νιτρορύπανσης λεκάνης απορροής από αγροτικές δραστηριότητες:
Creators: name: Ιορδανίδης, Ηλίας Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Νιτρορύπανση
Μη σημειακή ρύπανση
GIS
Λιπάσματα
Μοντέλο ρύπανσης
Ποταμός Αγγίτης, πεδιάδα Δράμας
Nitrate pollution
Nutrients
AGNPS
Fertilizers
Pollution modelling

description: Το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της νιτρορύπανσης από αγροτικές δραστηριότητες σε μία λεκάνη απορροής. Η διερεύνηση αφορά την εκτίμηση του φορτίου και της συγκέντρωσης του αζώτου σε διάφορα σημεία της περιοχής μελέτης εξαιτίας των λιπασμάτων που περιέχουν αζωτούχες ενώσεις και χρησιμοποιούνται στη γεωργία. Πρόκειται για μία μελέτη της ρύπανσης από μη σημειακές πηγές όπου χρησιμοποιήθηκαν αριθμητικά μοντέλα, εργαλεία GIS και διάφορα άλλα εργαλεία ώστε να καταστεί δυνατή η επεξεργασία των υπαρχόντων δεδομένων και η μοντελοποίηση της περιοχής μελέτης. Η περιοχή μελέτης είναι η πεδιάδα της Δράμας στην Ανατολική Μακεδονία. Η πεδιάδα βρίσκεται στο νότιο τμήμα του Νομού και χαρακτηρίζεται από σημαντική αγροτική δραστηριότητα. Το υδρογραφικό δίκτυο της πεδιάδας δημιουργήθηκε κατά κύριο λόγο από τις πηγές που αναβλύζουν στην περίμετρό της. Πολλές από τις πηγές αυτές αποτελούν τις εκφορτίσεις του καρστικού συστήματος που εντοπίζεται κυρίως στο βόρειο τμήμα του Νομού. Ο κύριος ποταμός που διατρέχει την πεδιάδα είναι ο Αγγίτης, ο οποίος αποτελεί και τον τελικό αποδέκτη της πεδιάδας. Η παρούσα εργασία διερευνά την επιβάρυνση του ποταμού εξαιτίας των αζωτούχων ενώσεων που καταλήγουν σε αυτόν εξαιτίας των λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται στη λεκάνη απορροής του.Ένα σημαντικό τμήμα της εργασίας εστιάζει στη ρύθμιση και την επαλήθευση του AGNPS, το οποίο αποτελεί και το κύριο εργαλείο προσομοίωσης. Η ρύθμισή του απαιτεί πλήθος δεδομένων, όπως το γεωλογικό υπόβαθρο, οι μετεωρολογικοί σταθμοί και τα δεδομένα τους, οι χρήσεις γης, τα προγράμματα καλλιέργειας, οι μέθοδοι άρδευσης, η χρήση των λιπασμάτων κλπ. Μέσω του περιβάλλοντος GIS που συνοδεύει το μοντέλο κατέστη δυνατή η προετοιμασία των δεδομένων που αφορούσαν ολόκληρη τη λεκάνη και μέσω του Editor του προγράμματος ολοκληρώθηκε η προετοιμασία των δεδομένων με την εισαγωγή των υπόλοιπων παραμέτρων. Τα μετεωρολογικά δεδομένα ρυθμίστηκαν ξεχωριστά καθώς πρώτα ήταν απαραίτητη η εκτίμηση των μελλοντικών τιμών τους. Η εκτίμηση έγινε με στατιστικό τρόπο, χρησιμοποιώντας τα επιμέρους μοντέλα GlimClim (για τη βροχόπτωση) και ClimGen (για τις υπόλοιπες κλιματικές παραμέτρους). Έπειτα από την προετοιμασία των δεδομένων ακολούθησε η διαδικασία της ρύθμισης και επαλήθευσης του μοντέλου. Η διαδικασία αυτή έδωσε πολύ θετικά αποτελέσματα, καθώς κινήθηκε στα όρια που έχουν κινηθεί και οι μελέτες με το συγκεκριμένο μοντέλο παγκοσμίως. Τα σενάρια που εξετάστηκαν αφορούσαν διάφορες περιπτώσεις χρήσεων των λιπασμάτων στην περιοχή, αλλαγή στον τρόπο καλλιεργειών και αλλαγή στο κλίμα, θεωρώντας πιθανές μεταβολές στην βροχόπτωση και στην παροχή των πηγών. Από τα αποτελέσματα των σεναρίων φάνηκε ποιες περιπτώσεις είναι πιο επιζήμιες για τον αποδέκτη όπου η συγκέντρωση στην έξοδο της λεκάνης ξεπερνούσε τα επιτρεπτά όρια και δημιουργούνταν επικίνδυνες συνθήκες για το οικοσύστημα αλλά και για τον πληθυσμό. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι η μεγαλύτερη επιβάρυνση προκύπτει όταν αυξάνεται υπέρμετρα η χρήση λιπασμάτων στην περιοχή, σχεδόν ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες παραμέτρους. Παρατηρήθηκε επίσης ότι σε κάποιες περιπτώσεις όπου η απορροή του ποταμού ενδέχεται να μειωθεί από φυσικά αίτια δημιουργούνται επίσης επικίνδυνες συνθήκες για το οικοσύστημα. Τα συμπεράσματα της μελέτης αναφέρονται στις παραμέτρους που ενδέχεται να επηρεάσουν περισσότερο τη συγκέντρωση αζώτου στον υδάτινο αποδέκτη. Όλα τα μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν έδωσαν ιδιαίτερα αξιόπιστα αποτελέσματα, βοηθώντας στην κατανόηση του φαινομένου στη λεκάνη απορροής. Η έρευνα θα μπορούσε να συνεχιστεί με τη συλλογή ακόμη περισσότερων δεδομένων ώστε να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητες του AGNPS και να καταστεί δυνατή η προσομοίωση ακόμη πιο περίπλοκων σεναρίων.
description: The subject of the present thesis is the assessment of nitrate pollution from agricultural activities in a basin. This assessment refers to the estimation of nitrogen concentration and nitrogen load at the outlet and other points inside the basin caused by the use of fertilizers. It is a diffuse pollution study that uses numerical models and GIS tools amongst others in order to process existing data and model the area under study. The study area is the plain of Drama in Eastern Macedonia, Greece. The plain is located in the southern part of the Prefecture of Drama and is characterized by significant agricultural activity. The hydrological network of the plain of Drama has been created mainly by the springs which discharge at its perimeter. Many of these springs are the discharge points of the large karstic system, which is located in the northern part of the region. The plain’s primary river is the Aggitis river into which all the runoff of the plain discharges. This thesis assesses the stress on the river caused by the nutrients contained in the fertilizers used within the basin. A significant part of this study focuses on the calibration and validation of the AGNPS model, which is the primary simulation tool. Its calibration requires a very large set of parameters, such as geological data, data from meteorological stations, landuse, crop data, irrigation data, fertilizer data etc. The GIS interface of AGNPS allows the preparation of all the spatially distributed data. The other parameters are modeled using the AGNPS input file Editor. The meteorological datasets require separate processing since their future values have to be estimated. This estimation was performed statistically by the use of GlimClim (a statistical rainfall estimation tool) and ClimGen, which allowed the estimation of future values for all the other meteorological parameters. After data preparation, the next step was the calibration and validation of the AGNPS model. This process produced reliable results, since the deviations of the results were within the limits calculated in previous studies worldwide. The estimation of runoff and nutrient concentration simulated by AGNPS were in accordance to values measured at the basin’s outlet for the same period. The scenarios examined refer to various cases of fertilizer use, changes in landuse, rainfall and changes in spring discharge. The results of the scenarios indicated the cases which exert more stress on the river, when nitrogen concentration at the basin’s outlet is above permitted limits and causes hazardous conditions for the ecosystem and the population. The comparison of the results has shown that the greatest stress is caused by the increased use of fertilizers. It was also observed that when river discharge is reduced due to natural causes hazardous conditions for the ecosystem may be created. The conclusions of this thesis refer to the parameters which primarily affect nitrogen concentration in the river. All the models in this study have produced reliable results, aiding the better understanding of diffuse pollution in the basin. Further research should be conducted by collecting more detailed datasets, which will allow the full exploitation of the capabilities of the AGNPS model and the examination of even more complicated scenarios.