title: Sediment transport in the Koiliaris River
Creators: name: Νεραντζακη Σοφια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2014

description: This work presents a study of sediment transport in a complex Mediterranean watershed (i.e. the Koiliaris River Basin of Crete) consisting of temporary flow tributaries and karstic springs. Monitoring of suspended sediment concentration in such watersheds is of utmost importance due to first flash events, when large quantities of sediments and pollutants are carried downstream. Up to now, the estimation of river suspended sediment was carried out by laboratory filtration of grab water samples. This technique provides only a rough estimation of the sediment transport. To overcome this, as well as the lack of representative sediment transport data during extreme flow events (e.g. flash floods), an automated sediment sampling device (Sediment Trap), which allows for flow weighted sampling, using turbidity and water level as a trigger for the initiation, has been developed and is presented in this study. The device is undergoing testing to ensure that it can provide accurate estimates of sediment yield, especially during a flash flood event. Field measurements of turbidity were correlated with suspended solids concentrations derived from grab sampling, and an empirical curve between turbidity and suspended sediment concentration was developed. In addition, X-Ray Fluorescence (XRF) analysis was carried out to determine the chemical characterization of the samples, for a comprehensive understanding of the sediments, and the grain size distribution was determined by a laser diffraction particle size analyzer. The automated system will be used to collect data for the calibration of model simulations of the hydrology and sediment transport of the Koiliaris River watershed. Specifically, both daily flow data (2005-2014) and monthly sediment concentration data (2011-2014) were used to calibrate the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model, designed to simulate the hydrology, sediment yield and water quality of ungauged watersheds, augmented with a karst flow model in order to simulate the contribution of the extended karst to the spring discharge in the basin. The results showed good agreement between observed and model values for both flow and sediment concentration.
description: Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η μελέτη στερεομεταφοράς σε μια σύνθετη μεσογειακή υδρολογική λεκάνη (τη λεκάνη απορροής του ποταμού Κοιλιάρη στην Κρήτη) που αποτελείται από προσωρινούς παραποτάμους και καρστικές πηγές. Η παρακολούθηση της συγκέντρωσης αιωρούμενων στερεών σε τέτοιες λεκάνες απορροής είναι αναγκαία, λόγω του φαινομένου των «επεισοδιακών πλημμυρών», κατά το οποίο μεταφέρονται κατάντη μεγάλες ποσότητες ιζημάτων και ρυπαντών. Μέχρι τώρα, η εκτίμηση των αιωρούμενων στερεών για τον ποταμό του Κοιλιάρη πραγματοποιούταν στο εργαστήριο με διήθηση των δειγμάτων που λαμβάνονταν στο πεδίο με το χέρι. Η τεχνική αυτή παρέχει όμως μόνο προσεγγιστική εκτίμηση για τη στερεομεταφορά στο ποτάμι. Για να ξεπεραστεί αυτό, καθώς και η έλλειψη αντιπροσωπευτικών δεδομένων στερεοπαροχής κατά τη διάρκεια ακραίων γεγονότων ροής (π.χ. πλημμύρες), έχει αναπτυχθεί και παρουσιάζεται εδώ μια αυτοματοποιημένη συσκευή δειγματοληψίας αιωρούμενων στερεών (Παγίδα Ιζημάτων), η οποία πραγματοποιεί δειγματοληψία ανάλογη της ροής, χρησιμοποιώντας μετρήσεις θολερότητας και στάθμης σαν έναυσμα. Η συσκευή υποβάλλεται σε δοκιμές για να διασφαλιστεί ότι μπορεί να παρέχει ακριβείς εκτιμήσεις της στερεοπαροχής, ειδικά κατά τη διάρκεια πλημμυρών. Οι μετρήσεις θολερότητας από το πεδίο συσχετίστηκαν με τις συγκεντρώσεις αιωρούμενων στερεών από τις δειγματοληψίες που γίνονταν χειροκίνητα και αναπτύχθηκε έτσι εμπειρική καμπύλη μεταξύ θολερότητας και συγκέντρωσης αιωρούμενων στερεών. Επιπλέον, διεξήχθη ανάλυση Φθορισμού Ακτίνων Χ (Χ-Ray Fluorescence analysis) για να προσδιοριστεί ο χημικός χαρακτηρας των δειγμάτων, με σκοπό την πλήρη κατανόηση των στερεών, ενώ η κατανομή του μεγέθους των κόκκων προσδιορίστηκε με συσκευή περίθλασης λέιζερ. Το αυτοματοποιημένο σύστημα θα χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή δεδομένων με στόχο τη βαθμονόμηση μοντέλου προσομοίωσης της υδρολογίας και της στερεομεταφοράς της λεκάνης του ποταμού Κοιλιάρη. Συγκεκριμένα, ημερήσια δεδομένα παροχής (2005-2014) και μηνιαία δεδομένα συγκέντρωσης αιρωρούμενων στερεών (2011-2014) χρησιμοποιήθηκαν για τη βαθμονόμηση του μοντέλου SWAT (Soil and Water Assessment Tool – Εργαλείο Εκτίμησης Εδαφών και Νερού), σχεδιασμένο για την προσομοίωση της υδρολογίας, της παραγωγής ιζημάτων και της ποιότητας του νερού, επαυξημένου με ένα καρστικό μοντέλο ροής για την προσομοίωση της συμβολής του εκτεταμένου καρστ στην παροχή της πηγής στη λεκάνη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι τιμές του μοντέλου συμφωνούν με τις παρατηρημένες τόσο για την περίπτωση της παροχής όσο και της συγκέντρωσης αιωρούμενων στερεών.