Συγκριτική αξιολόγηση μεθοδολογιών υπολογισμού υδατικού αποτυπώματος. Χαρχούση Δεσπ.

1. Βραβευμένη Διπλωματική Εργασία για το Νερό 2014
Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Β. Τσουκαλά
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Σχολή Πολιτικών Μηχανικών
Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος
«ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΩΝ
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΥΔΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΟΣ»
Δέσποινα Χαρχούση, Πολιτικός Μηχανικός, Υ/Δ ΕΜΠ

2. Εισαγωγή στην έννοια του υδατικού
αποτυπώματος (ΥΑ)
Το υδατικό αποτύπωμα:
 Εισήχθη στην επιστημονική κοινότητα το 2002 από τον A.Y. Hoekstra
 Είναι ένας εμπειρικός, εναλλακτικός δείκτης κατανάλωσης γλυκού νερού ο οποίος
λαμβάνει υπόψη τόσο την άμεση όσο και την έμμεση κατανάλωση νερού
 Εκφράζει τον όγκο νερού που καταναλώνεται και ρυπαίνεται στο σύνολο της
διαδικασίας παραγωγής ενός προϊόντος ή μίας υπηρεσίας
 ΥΑ καλλιεργειών: εκφράζεται σε m3/ton
ΥΑgreen αφορά στο βρόχινο νερό, τον πράσινο όγκο νερού, το οποίο δεν απορρέει
επιφανειακά αλλά κατακρατείται από το έδαφος ως υγρασία και καταναλώνεται
από τις καλλιέργειες μέσω της εξατμισοδιαπνοής
ΥΑblue αναφέρεται στην κατανάλωση μπλε νερού, δηλαδή του γλυκού νερού που
δεσμεύεται από τους υδατικούς πόρους (επιφανειακούς και υπόγειους) για την
ανάπτυξη της καλλιέργειας
ΥΑgrey αναφέρεται στη ρύπανση και ορίζεται ως όγκος του γλυκού νερού που απαιτείται
για να επανέλθει η συγκέντρωση των ρυπαντών στα επιτρεπτά επίπεδα
YA = ΥΑgreen + ΥΑblue + ΥΑgrey

3. Σκοπός εργασίας
Αντικείμενο εργασίας: εφαρμογή του ΥΑ ως εργαλείο
διαχείρισης των υδατικών πόρων που διατίθενται για άρδευση
στον κάμπο Χανίων
Σκοπός εργασίας: προσδιορισμός της επιρροής της μεθόδου
υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής τόσο στο ΥΑ κάθε
καλλιέργειας όσο και στη συνολική υδατική κατανάλωση στην
περιοχή. Συγκεκριμένα:
 Σύγκριση μεθόδων εξατμισοδιαπνοής
 Σύγκριση διαφορετικών υδρολογικών σεναρίων
 Σύγκριση σεναρίων αναδιάρθρωσης των καλλιεργειών

4. Διάρθρωση εργασίας
Το ΥΑ καλλιεργειών που αναπτύσσονται στον κάμπο Χανίων υπολογίζεται για:
Τέσσερεις μεθόδους υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής
 Blaney-Criddle
 Hargreaves
 Penman-Monteith
 Πραγματική εξατμισοδιαπνοή (μοντέλο CROPWAT)
Τέσσερα διαφορετικά σενάρια
 BA Υφιστάμενες συνθήκες – μέσο υδρολογικό σενάριο
 BD Υφιστάμενες συνθήκες – ξηρό υδρολογικό σενάριο
 FA Σενάριο αναδιάρθρωσης – μέσο υδρολογικό σενάριο
 FD Σενάριο αναδιάρθρωσης – ξηρό υδρολογικό σενάριο

5. Περιοχή Μελέτης: Κάμπος Χανίων
 Σημαντική γεωργική περιοχή της
Ελλάδας
 Τουριστική ανάπτυξη
 Κύριες καλλιέργειες της περιοχής: ελιές,
εσπεριδοειδή, αμπέλια
 Εξετάζεται η αναδιάρθρωση των
καλλιεργειών
 Τα εσπεριδοειδή θα αντικατασταθούν
με αβοκάντο και αρδευόμενες
καλλιέργειες ελαιόδεντρων θα
μετατραπούν σε ξηρικές

6. CWUg πράσινο νερό (βροχόπτωση)
(m3/στρ.)
ug πράσινη μηνιαία υδατική
χρήση (mm/month)
k βλαστική περίοδος, months
Peff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm
ETc εξατμισοδιαπνοή, mm
Y/CWUWF ggreen 
CWUb μπλε νερό (άρδευση)
(m3/στρ.)
ub μπλε μηνιαία υδατική χρήση
(mm/month)
k βλαστική περίοδος, months
Peff ωφέλιμη βροχόπτωση, mm
ETc εξατμισοδιαπνοή, mm
Y/CWUWF bblue 
)ET,Pmin(u ceffg 



k
1i
gg uCWU 


k
1i
bb uCWU
)PET,0(maxu effcb 
Πράσινο υδατικό αποτύπωμα Μπλε υδατικό αποτύπωμα
Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα

7. ETc=Kc·f
Kc φυτικός συντελεστής
Tα μέση ημερήσια
θερμοκρασία αέρα, oC
P μέσο ημερήσιο ποσοστό
συνολικής ετήσιας
διάρκειας των ωρών
ημέρας
Pt μέση μηνιαία
βροχόπτωση,
mm/month
ETc=Kc·ET0
Kc φυτικός συντελεστής
RA εξωγήινη ηλικιακή
ακτινοβολία, mm/d
Tmax μέση μηνιαία μέγιστη
θερμοκρασία αέρα, oC
Tmin μηνιαία μέσης ελάχιστη
θερμοκρασία αέρα, oC
ETc = f (Kc, U, Tα, u, n, z)
Kc φυτικός συντελεστής
Tα μέση ημερήσια
θερμοκρασία αέρα, oC
U υγρασία, %
u ταχύτητα ανέμου, m/s
n ηλιοφάνεια, h/d
z υψόμετρο, m
   minmax0 8.170023.0 TTTRAET  
94.3/P)T8.132(f 
 
 cET000955.0
824.0
teff
10
93.2P25.1)D(fP


 
 cET
teff PDfP
000955.0
824.0
10
93.225.1)(


 
mm250P,
125
P2.0125P
P t
tt
eff 


mm250P,1.0125P teff 
Penman-Monteith equationHargreaves equationBlaney-Criddle equation
Μέθοδοι υπολογισμού εξατμισοδιαπνοής

8. Παράδειγμα υπολογισμού ΥΑ ξηρικών ελαιόδεντρων

9. CROPWAT (ελεύθερο λογισμικό)
 λαμβάνει υπόψη:
 τον τρόπο και την συχνότητα άρδευσης
 την υγρασία του εδάφους
κλίμα
 απαιτεί δεδομένα σχετικά με: καλλιέργεια
άρδευση
έδαφος
 19 μεταβλητές εισόδου

10. Μπλε και πράσινο υδατικό αποτύπωμα, με
βάσει την πραγματική εξατμισοδιαπνοή
 Ξηρικές συνθήκες:
 Αρδευόμενες συνθήκες:
agreen ETET 
0ETblue 
blueagreen ETETET 
(Υπολογίζεται με τη χρήση του μοντέλου
CROPWAT)
ΕΤblue = min(συνολική άρδευση, πραγματικές ανάγκες άρδευσης)
ΕΤα = πραγματική ποσότητα νερού που χρησιμοποιείται από την καλλιέργεια

11. CROPWAT - Δεδομένα εισόδου

12. Το Γκρι Υδατικό Αποτύπωμα
WFgrey = (α · AR)/(cmax – cnat)/Y
AR ποσότητα του ρυπαντή που τοποθετείται για λίπανση, kg/στρ.
α ποσοστό του ρυπαντή που εισχωρεί στο υδατικό σύστημα
cmax μέγιστη αποδεκτή συγκέντρωση ρύπου, mg/L,
cnat φυσική συγκέντρωση ρύπου στον υδατικό αποδέκτη, mg/L
Y απόδοση καλλιέργειας, ton/στρ.
Το ΥΑgrey δεν εξαρτάται από τη μέθοδο εξατμισοδιαπνοής που επιλέγεται

13. Σύγκριση μεθόδων εξατμισοδιαπνοής
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
ΥΑ(m3/ton)
Ελαιόδεντρα αρδευόμενα
Ελαιόδεντρα ξηρικά
Εσπεριδοειδή
Αβοκάντο
Αμπελοειδή αρδευόμενα
Αμπελοειδή ξηρικά
Σανά φθινοπωρινά
Τριφύλλια
Γη λαχανόκηπων

14. Υπολογισμός Υδατικής Κατανάλωσης με τη
χρήση του Υδατικού Αποτυπώματος
ΥΑ
(m3/ton)
Κατανάλωση
(m3)
Παραγωγή
(ton)

15. 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Υδατικήκατανάλωση(106m3)
green water blue water grey water
Σύγκριση υφιστάμενων συνθηκών και
μελλοντικού σεναρίου
 Ανεξάρτητα από την
εφαρμοζόμενη μέθοδο
εξατμισοδιαπνοής, η
κατανάλωση γκρι νερού
μειώνεται ~ 2.5%
 Η κατανάλωση μπλε νερού
αυξάνεται, με το ποσοστό
αύξησης να διαφέρει
ανάλογα με τη μέθοδο
υπολογισμού που
χρησιμοποιείται
Πράσινο νερό Μπλε νερό Γκρι νερό

16. 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Υδατικήκατανάλωση(106m3)
green water blue water grey water
Σύγκριση μέσου και ξηρού υδρολογικού
σεναρίου
Κατά το ξηρό σενάριο, καταναλώνεται λιγότερο πράσινο νερό σε σχέση με το
μέσο υδρολογικό σενάριο, αλλά παρατηρείται αύξηση του απαιτούμενου
αρδευτικού νερού
Πράσινο νερό Μπλε νερό Γκρι νερό
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
green water blue water grey waterΠράσινο νερό Μπλε νερό Γκρι νερό

17. Συμπεράσματα από την εφαρμογή
διαφόρων μεθόδων εξατμισοδιαπνοής
 Όταν ζητείται η σύγκριση δύο διαφορετικών σεναρίων,
είναι σκόπιμο να υιοθετείται η ίδια μέθοδος υπολογισμού ΥΑ
για τα δύο σενάρια.
 Οι διαφορές στην κατάταξη των καλλιεργειών, αναλόγως της
μεθόδου υπολογισμού, από άποψη οικονομίας νερού δεν
είναι τέτοιες ώστε να οδηγήσουν σε σημαντικά διαφορετικά
συμπεράσματα.
 Η μέθοδος CROPWAT είναι πιο ακριβής, καθώς υπολογίζει
την πραγματική εξατμισοδιαπνοή - απαιτεί περισσότερα
δεδομένα

18. Πεδιάδα Μεσσαράς
 Η πεδιάδα της Μεσσαράς βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα του Νομού
Ηρακλείου
 Σημαντική γεωργική περιοχή της Ελλάδας
 Το κλίμα στην περιοχή της Μεσσαράς είναι συγκρίσιμο με αυτό των
Χανίων
 Ελιές και εσπεριδοειδή καλλιεργούνται τόσο στην πεδιάδα της
Μεσσαράς όσο και των Χανίων

19. ΥΑ καλλιεργειών που αναπτύσσονται σε
διαφορετικές περιοχές
Τα ΥΑ των καλλιεργειών διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή λόγω:
 Της διαφορετικής ποσότητας λιπασμάτων που εφαρμόζεται
 Της διαφορετικής προσέγγισης υπολογισμού του μπλε ΥΑ
Σύγκριση ΥΑ αρδευόμενων ελαιόδεντρωνΣύγκριση ΥΑ ξηρικών ελαιόδεντρων

20. Συμπεράσματα για τον δείκτη ΥΑ
 Πολυδιάστατος δείκτης
 Υψηλό συνολικό ΥΑ → απαιτητικές σε νερό καλλιέργειες
 Σημαντικό γκρι ΥΑ → σημαντική συνεισφορά στην ποιοτική
υποβάθμιση των υδατικών πόρων της περιοχής
 Σημαντικό μπλε ΥΑ → αυξημένες αρδευτικές ανάγκες
 Ξηρικές καλλιέργειες → μηδενικό μπλε ΥΑ
 Μηδενική λίπανση → μηδενικό γκρι ΥΑ
 Κάθε συνιστώσα του ΥΑ πρέπει να μελετάται ξεχωριστά

21. Συνέχεια της έρευνας στο αντικείμενο των
υδατικών πόρων
 Παρουσίαση αποτελεσμάτων διπλωματικής εργασίας
 Charchousi D., Tsoukala V.K., Papadopoulou M.P., ‘Benchmarking Methodologies for Water
Footprint Calculation in Agriculture’, International Conference WIN4Life, 19-21 September 2013,
Tinos, Greece
 Charchousi D., Tsoukala V.K., Papadopoulou M.P., ‘How evapotranspiration process may affect the
estimation of water footprint indicator in agriculture?’, Desalination and Water Treatment, 2014
 Συνέχεια της έρευνας – χρήση του ΥΑ στη μελέτη της κλιματικής αλλαγής
 Papadopoulou M.P., Charchousi D., Tsoukala V.K., Giannakopoulos C., and Petrakis M., ‘Water
Footprint assessment of applied agricultural policies based on climate change scenarios’,
International Conference ADAPTtoCLIMATE, 27-28 March 2014, Nicosia, Cyprus
 Papadopoulou M.P., Charchousi D., Tsoukala V.K., Giannakopoulos C., and Petrakis M., ‘Water
footprint assessment considering climate change effects on future agricultural production in
Mediterranean region’, Desalination and Water Treatment, 2015
 Διδακτορική Διατριβή στην διαχείριση των υδατικών πόρων, με έμφαση στη μελέτη των υπόγειων
νερών
 Διερεύνηση του Υπόγειου Υδατικού Αποτυπώματος (ΥΥΑ) ως δείκτη χάραξης πολιτικών
ορθολογικής διαχείρισης των υπόγειων υδατικών αποθεμάτων (Επιβλέπουσα: Αν. Καθηγήτρια
Μ.Π. Παπαδοπούλου)

22. Ευχαριστώ για την
προσοχή σας