The Challenge Of River Basin Monitoring

Τα επόμενα χρόνια, η διαχείριση των υδάτων θα αντιμετωπίσει νέες προκλήσεις για διάφορους λόγους. Η υπερθέρμανση του πλανήτη μειώνει τη διαθεσιμότητα νερού, η αύξηση του πληθυσμού αυξάνει δραματικά την παγκόσμια ζήτηση νερού που γενικά συγκεντρώνεται σε μια μεγάλη μητρόπολη, η ρύπανση επηρεάζει τους διαθέσιμους πόρους, καθιστώντας τα μελλοντικά σενάρια σχετικά με τη χρήση και τη διαθεσιμότητα του νερού ακόμη πιο δραματικά (Manfreda, 2013). Επομένως, η υδρολογική παρακολούθηση των συστημάτων ποταμών είναι μια κρίσιμη πτυχή που αξίζει ιδιαίτερης προσοχής για την αξιολόγηση του προϋπολογισμού του νερού.

Η υδρολογική παρακολούθηση βασίζεται σε δύο κλασικά όργανα, όπως 1) τον πλουβιομετρικό και 2) τους υδρομετρικούς σταθμούς. Ενώ οι βροχοπτώσεις μετρώνται με ένα πυκνό δίκτυο σταθμών, ο αριθμός των υδρομετρικών σταθμών είναι σημαντικά χαμηλότερος σε όλο τον κόσμο. Από τη μία πλευρά, το πλουσιόμετρο είναι μια απλή συσκευή της οποίας η βαθμονόμηση είναι απλή. Από την άλλη πλευρά, οι μετρητές ροής παρέχουν μόνο ένα έμμεσο μέτρο της ροής που αντιπροσωπεύεται από το στάδιο της στάθμης του νερού.

Αυτή η μεταβλητή πρέπει να σχετίζεται με την εκφόρτιση μέσω μιας συνάρτησης παλινδρόμησης, η οποία είναι η λεγόμενη καμπύλη διαβάθμισης ροής (FRC). Η αξιοπιστία αυτών των συναρτήσεων δίνεται όπως παρέχεται σε πολλές υδρολογικές εφαρμογές, αλλά μπορεί να επηρεάσει τα αποτελέσματα οποιασδήποτε υδρολογικής μελέτης, τη σωστή πρόβλεψη πλημμυρών και τη σωστή εκτίμηση των χαμηλών ροών. Επομένως, η σωστή βαθμονόμησή τους είναι ζωτικής σημασίας για την έρευνα των υδάτινων πόρων.

Το FRC είναι μια εμπειρική συνάρτηση προσαρμοσμένη σε ζεύγη παρατηρήσεων σταδίου και εκροής νερού ποταμού. Ο ορισμός του επηρεάζεται έντονα από τον αριθμό των διαθέσιμων παρατηρήσεων, το εύρος της μεταβλητότητας των παρατηρήσεων και την κατανομή τους στο χρόνο. Ωστόσο, ο αριθμός των διαθέσιμων παρατηρήσεων για μια αξιόπιστη εκτίμηση του FRC δεν είναι συχνά περιορισμένος και επηρεάζεται από σφάλματα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι παραδοσιακές τεχνικές απαιτούν μεγάλες πειραματικές εκστρατείες και εξειδικευμένο προσωπικό. Αυτό καθιστά δύσκολο στην πράξη την εύρεση μιας καλά καθορισμένης και παρακολουθούμενης διατομής όπου η FRC περιγράφεται πλήρως με μια σειρά μετρήσεων που κυμαίνονται από χαμηλή έως υψηλή ροή. Κατά συνέπεια, είναι σύνηθες να υπάρχουν πληροφορίες για την ταχύτητα ροής μόνο για χαμηλές εκκενώσεις, ενώ η εξαγωγή των υψηλών ροών προκύπτει με παρέκταση (Dal Sasso et al., 2018)

Ως εκ τούτου, η παραδοσιακή μέθοδος προκαλεί σημαντική αβεβαιότητα στις εκτιμήσεις της απόρριψης, ειδικά σε περιβάλλοντα με αραιά δεδομένα, αλλά μια τέτοια κατάσταση είναι πολύ συνηθισμένη στην υδρολογία, παράγοντας, ως αποτέλεσμα, έναν περιορισμό για όλες τις αναλύσεις που σχετίζονται με τη διαχείριση και την ποσοτικοποίηση του νερού.

Είναι δυνατό να βελτιωθεί η αξιοπιστία του FRC με την υιοθέτηση μιας εναλλακτικής μεθοδολογίας σε σχέση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις. Το FRC μπορεί να ληφθεί ως το γινόμενο δύο συναρτήσεων που αντιπροσωπεύουν τη σχέση μεταξύ της μέσης ταχύτητας ροής και της περιοχής διαβροχής του ποταμού ως συνάρτηση του σταδίου του ποταμού. Οι δύο συναρτήσεις παλινδρόμησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή της απόρριψης του ποταμού, αλλά με το μεγάλο πλεονέκτημα ότι η γεωμετρική σχέση της βρεγμένης περιοχής μπορεί να ληφθεί και από την τοπογραφική αποτύπωση της διατομής. Μια τέτοια φυσική πληροφορία μπορεί να αξιοποιηθεί για να αυξηθεί η αξιοπιστία του μοντέλου (βλ. Manfreda et al., 2018), αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση χρήσιμων πληροφοριών για την υποστήριξη της παρέκτασης FRC σε υψηλότερες τιμές σταδίου ποταμού. Μια τέτοια μεθοδολογία μας επιτρέπει να αυξήσουμε σημαντικά την αξιοπιστία του FRC και μπορεί να υποστηρίξει τη διαχείριση του νερού παγκοσμίως.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο On the derivation of flow rate curves in data-scarce περιβάλλοντα, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Journal of Hydrology . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Salvatore Manfreda από το Τμήμα Ευρωπαϊκών και Μεσογειακών Πολιτισμών, Αρχιτεκτονικού Περιβάλλοντος και Πολιτιστικής Κληρονομιάς του Πανεπιστημίου της Basilicata.

Αναφορές:

1. Dal Sasso, S. F., A. Pizarro, C. Samela, L. Mita και S. Manfreda, Εξερεύνηση της βέλτιστης πειραματικής ρύθμισης για μετρήσεις ταχύτητας επιφανειακής ροής με χρήση PTV, Environmental Monitoring and Assessment, 190:460, (doi:10.1007/s10661-018-6848-3) 2018.
2. Manfreda, S., On the derivation of flow rate-curves in data-scarce περιβάλλοντα, Journal of Hydrology, 562, 151-154 (doi:10.1016/j.jhydrol.2018.04.058), 2018.
3. Manfreda, S., The Water Management in the Present Century, Hydrology Current Research, 4:1 (doi:10.4172/2157-7587.1000e105), 2013.
4. Manfreda, S., Mita, L., S. F. Dal Sasso, C. Samela, L. Mancusi, Exploiting the Use of Physical Information for the Calibration of a Lumped Hydrological Model, Hydrological Processes, 32(10), 1420- 1433, (doi:10.1002/hyp.11501), 2018.