Διερεύνηση των αποθέσεων φερτών υλικών σε υδροηλεκτρικούς ταμιευτήρες

Abstract

The deposition of sediment in reservoirs can variously impact their performance through storagecapacity losses, damage to valves and conduits, reduced flood attenuation and changes in waterquality. Sediment yield is the sediment load normalized for the catchment area and is the netresult of erosion and depositional processes within a basin. Thus, it is controlled by those factors that control erosion and sediment delivery, including local topography, soil properties, climate,vegetation cover, catchment morphology, drainage network characteristics and land use. Predicting the sediment discharge of a river section or the sediment yield of an upstreamcatchment has always been an ambitious goal for a number of different earth scientists, such asengineers, hydrologists, geomorphologists and others. In particular, estimation of sedimentdischarge is a vital key point for the assessment and design of major hydraulic systems, such asirrigation dams, hydroelectric projects and flood attenuation structures. A key element of the proposed method is to construct the Digital Elevation Models (DEM) fortwo periods of interest, one prior to the dam construction (1964) and the other during the hydrographic survey (1998-99). The hydrographic survey has been carried out using a differential Global Positioning System (GPS) technique and a typical fathometer operating at the frequency of 130 kHz for depth determination. Therefore the method is subject to the usual errors e.g. GPS limited availability and the definition of the water-mud interface. The DEM at the time prior to the dam completion was constructed from digitising the original survey maps (scale 1:5000). The corresponding DEM from the hydrographic survey resulted from an irregular network of points in three dimensions (position and elevation). The associated grids were interpolated from triangulation with linear interpolation procedures available in the SURFER mapping package. The difference in elevation results in the volume of deposited sediments. The spatial distribution of accumulated sediment in the reservoir shows profoundly that the total incoming sediment remains in the reservoir and particularly at the uppermost parts (deltaic deposits). The total sediment deposits volume was calculated equal to 69.6 hm3. To convertvolumetric changes to sediment yield in mass units the material properties of the deposited sediment were also investigated by collecting two core samples from the reservoir invert using appropriate instrumentation (LONGYEAR 36 hydraulic corer). Direct measurement of deposits density was not possible mainly because it was impossible to collect undisturbed samples. However, density was estimated from the proportion of sand, silt and clay in the samples using the Lane and Koelzer (1943) formula. The total sediment mass accumulated in the reservoir for the whole period of dam operation was estimated at 112.5 Mt. Therefore the mean annual sediment yield is estimated equal to 1005 t/km2 and the corresponding mean annual sediment dischargeequal to 106.4 kg/s. Agrafiotis River basin, which is the smallest one, contributes the mostconsiderable sediment load per unit catchment area. The corresponding value is one of the highestmean annual sediment yield found in international literature and is a result of rainfall intensity, geology, morphology and the small extent of its area.The hydrographic survey of a reservoir is a quite satisfactory procedure for reconstructing sediment yield records of a drainage basin. An apparent weakness of the method is that it givesonly an over year average of the sediment yield and not its temporal evolution. However, iffrequent hydrographic surveying of the reservoir is permitted (e.g. every 5 years) then sediment yield can be computed in finer time scales. Alternatively, this method can be combined with 28 hydrological models as well as sediment discharge measurements in upstream locations to reconstruct the temporal evolution of reservoir sedimentation. Its strongest merit, however, remains the illustration of the spatial distribution of accumulated sediments with in the reservoir. Dead storage remains almost free of deposited sediments whilstparts of the nominal useful storage are occupied from accumulated sediments. This obviously means that the total loss of stored water is significantly greater than it was originally assumed and it certainly becomes a waste of a valuable natural resource. In this specific case, the depositional pattern inside the reservoir reveals the apparent necessity of reconsidering the dead volume principle, in terms of a thorough investigation and modelling of sediment yield in the water resources management context. The main scope of the research is to compute the mean annual sediment yield and discharge for 14 river cross-sections in NW Greece. The basic data were the sediment discharge measurements and the mean daily stream discharges, all available from the PPC. The original suspended sediment measurements have been collected from the Public Power Corporation (PPC) andnormally cover a time span from 1965 to 1980. The number of measurements varies from site to site (e.g. 36 measurements at Poros Riganiou to 121 at Plaka Bridge) and the frequency of measurement is highly variable. Then mean daily sediment discharges were computed from the mean daily stream discharges and the mean annual sediment discharge is finally estimated. The cornerstone of this approach is the correspondence of the mean annual sediment discharge of Acheloos River at Avlaki gauging station computed by the broken line rating curve with the corresponding value computed by the sediment deposits in the Kremasta Reservoir located just downstream of the Avlaki gauging station. Sediment discharge measurements were taken during 1966-1970 where as daily river stages were recorded with frequent intervals without measurements. A physicall-based, distributed hydrologic model (the MIKE SHE model) was applied to fill in the periods with missing mean daily discharges from 1966 to 1998. Two alternative rating curves were deduced from the sediment discharge measurements, the first one with a unique power law expression for the whole set of discharges and the second with different power relations for two discharge classes above and below a threshold roughly corresponding to the bankfull discharge. It is assumed that the rating relationships are valid for the whole time span of the simulation since the catchment has undergone insignificant land use changes. The application of the first rating curve to the mean daily discharge yields mean annual sediment discharge equal to 13.5 kg/s, where as the application of the different power relations for two discharge classes yields a corresponding value of 73.3 kg/s. The first equation seriously underestimates the sediment discharge where as the second one results in an estimate close to that of hydrographic survey. This indicates that sediment rating curves can give good estimates if applied carefully, otherwise can result in serious inaccuracies. The broken line interpolation was introduced by Koutsoyiannis (2000) as a simple alternative to numerical smoothing and interpolating methods and is treated here as a surrogate for the ordinary single rating curve. The main concept is to approximate a smooth curve that may be drawn for the data points with a broken line, which can be numerically estimated by means of a least squares fitting procedure. If the only objective used for fitting the broken line is the minimization of total square error then there sult might be a very rough broken line, depending on the arrangement of the data points. However, the roughness of the broken line can be controlled by introducing as a second objective the minimization of the roughness. The broken line is a concatenation of straight-line segments, where the number of the straight-line segments is numerically the outcome of the compromise between the two objectives of minimizing the fitting error and the roughness of the broken line. Considering that the prevailing fluvial form in upstream Greek rivers is the gravel-bed form, we 29 assume a broken line with two segments. In such a fluvial form, there is a distinct threshold discharge for sediment motion, which is attributed to the development of the well-known armourlayer. Below this threshold there is no exchange of the suspended sediment with the riverbed. Once the surface, coarse material, armour layer fully breaks up beyond the threshold discharge and exposes a larger range of particle sizes underneath, the transport rate significantly increases. Additionally, bank erosion during high discharges will enhance the sediment availability in the river bed. Certain geomorphologic parameters have been computed from the catchments’ DTMsand their values were introduced in non-linear correlation analyses with the mean annual sediment yield and discharge. Two equations with high values of the coefficient of determination have been calculated in order to, at least, qualitatively describe the phenomena in terms of the relation between sediment yield and catchment geomorphology.

Η πρόσχωση των ταμιευτήρων που παρατηρείται από την απόθεση των φερτών υλικών σε αυτούς λόγω της μεγάλης μείωσης έως και του μηδενισμού της ταχύτητας ροής των υδατορευμάτων αποτελεί την πιο σημαντική συνιστώσα της στερεοαπορροής που ενδιαφέρει σε ό,τι αφορά τον υδραυλικό και υδρολογικό σχεδιασμό των μεγάλων φραγμάτων. Η απόθεση φερτών υλικών σε ταμιευτήρες και η μείωση της αποθηκευτικότητας επηρεάζει αρνητικά τους σκοπούς για τους οποίους έχει κατασκευαστεί ένας ταμιευτήρας, όπως η ύδρευση, άρδευση, αντιπλημμυρική προστασία, παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, κ.ά. Ειδικότερα σε ό,τι αφορά στους υδροηλεκτρικούς ταμιευτήρες, η πρόσχωσή τους μπορεί να προκαλέσει και την εισχώρηση των φερτών υλικών διαμέσου της υδροληψίας στα συστήματα παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας που πιθανό να έχει ως αποτέλεσμα σημαντικές βλάβες. Σε άνυδρες περιοχές, τα προβλήματα από την απόθεση φερτών υλικών σε ταμιευτήρες γίνονται ιδιαίτερα έντονα όταν η απώλεια του αποθηκευτικού όγκου ξεπερνά το 1 με 2% ανά έτος και η οικονομική ζωή του έργου δεν ξεπερνά τα 20 με 30 έτη. Στην Ελλάδα είναι προφανής η απουσία οποιασδήποτε συστηματικής εκτίμησης της στερεοαπορροής και του ρυθμού διάβρωσης των κυριότερων έστω λεκανών απορροής. Μόνο η ΔΕΗ στη φάση της μελέτης κάποιου ταμιευτήρα διενεργούσε παλαιότερα στερεοϋδρομετρήσεις (ταυτόχρονες μετρήσεις παροχής και στερεοπαροχής) πριν την κατασκευή του ώστε να εκτιμήσει το νεκρό όγκο του (π.χ. Αλιάκμονας, Αχελώος, Άραχθος). Οι μετρήσεις αυτές (που είναι σποραδικές και συχνά ανεπαρκείς) αφορούν μόνο στο φορτίο σε αιώρηση και σταματούν μετά την κατασκευή του έργου. Το άμεσο αποτέλεσμα είναι ότι σε καμία περίπτωση δεν μπορεί ναεκτιμηθεί αν η πραγματική στερεοαπορροή και επομένως ο ρυθμός πρόσχωσης του ταμιευτήρα είναι στα επίπεδα εκείνου που είχε υιοθετηθεί κατά τα σχεδιασμό του έργου. Επομένως παραμένει άγνωστος ο πραγματικός ρυθμός πρόσχωσης του ταμιευτήρα, η απώλεια της χωρητικότητας του ταμιευτήρα και η πραγματική οικονομική ζωή του έργου. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η περίπτωση του φράγματος Λούρου στον ομώνυμο ποταμό της Ηπείρου,όπου οι στερεοπαροχές του ποταμού είχαν υποεκτιμηθεί σημαντικά ώστε ο ωφέλιμος όγκος του ταμιευτήρα (0.37 hm3) να καλυφθεί από τις προσχώσεις μέσα σε λίγα χρόνια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο ταμιευτήρας να έχει μηδενική αποθηκευτική ικανότητα και ο αντίστοιχος ΥΗΣ να λειτουργεί πλέον ως σταθμός βάσης αξιοποιώντας μόνο την υπάρχουσα στιγμιαία παροχή του ποταμού. Τα κύρια μέρη της παρούσας διατριβής είναι ουσιαστικά δύο. Στο πρώτο μέρος αναλύεται η μεθοδολογία εκτίμησης της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής στην υδρολογική λεκάνη του π. Αχελώου στη θέση του ταμιευτήρα Κρεμαστών μέσω της υδρογραφικής αποτύπωσης και του ογκομετρικού υπολογισμού των αποθέσεων φερτών υλικών του ταμιευτήρα. Στο δεύτερο μέρος αναλύεται η μεθοδολογία υπολογισμού της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής σε διάφορες θέσεις ποταμών στη ΒΔ Ελλάδα με βάση τη τεθλασμένη παλινδρόμηση ως καμπύλη παροχής –στερεοπαροχής και σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα του πρώτου μέρους. Η τεθλασμένη παλινδρόμηση θεωρεί δύο διαφορετικές καμπύλες για δύο διαφορετικές ομάδες μετρημένων παροχών. Η μορφή αυτή των καμπυλών παροχής – στερεοπαροχής (με μεγαλύτερο εκθετικό συντελεστή για την ομάδα των μεγαλύτερων παροχών) επιβεβαιώνεται αφενός από τη συμφωνία μεταξύ της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής στη θέση Αυλάκι του π. Αχελώου και με την αντίστοιχη μετρημένη τιμή του κεντρικού κλάδου του π. Αχελώου στον τ. Κρεμαστών και 23 αφετέρου θεωρητικά με την αποδόμηση του στρώματος θωράκισης σε χαλικόστρωτες κοίτες ποταμών (τυπική διάταξη των οποίων αποτελεί και η υπόψη διατομή του π. Αχελώου) όπου σε μια δεδομένη οριακή τιμή της παροχής η στερεοπαροχή αυξάνεται στιγμιαία σε εξαιρετικά μεγάλο βαθμό. Με βάση τη θεώρηση της τεθλασμένης παλινδρόμησης ως το κατάλληλο μαθηματικό μοντέλο για τη φυσική εξήγηση της σχέσης της στερεοπαροχής και της παροχής,υπολογίζονται οι τιμές της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής σε συνολικά 14 θέσεις ποταμών στη ΒΔ Ελλάδα όπου δηλαδή υπάρχουν διαθέσιμες ταυτόχρονες μετρήσεις της παροχής και της στερεοπαροχής αλλά και ένα ικανοποιητικά ευρύ δείγμα μέσων ημερήσιων παροχών.Συγκρίνονται τα αποτελέσματα με παλαιότερες εκτιμήσεις από άλλους ερευνητές και δίνονται τυπικές σχέσεις παλινδρόμησης με υδρολογικά κυρίως, αλλά και με γεωμορφολογικά,χαρακτηριστικά των λεκανών απορροής.Σημείο – κλειδί της ερευνητικής μεθοδολογίας είναι η υδρογραφική αποτύπωση του ταμιευτήρα Κρεμαστών που διενεργήθηκε κατά τη διετία 1998-1999. Καταρχάς η επιλογή του τ. Κρεμαστών ως πεδίου έρευνας έγινε με βάση την παλαιότητα του ταμιευτήρα, τη σημαντική διαβρωσιμότητα των λιθολογικών και εδαφολογικών χαρακτηριστικών της λεκάνης απορροής, το μέγεθος του ταμιευτήρα (που επιτρέπει η θεώρηση ότι το σύνολο των φερτών υλικών που εισρέουν τελικά αποτίθονται σε αυτόν) και τη σημαντική ετήσια κατακρήμνιση της λεκάνης απορροής. Ο κυριότερος λόγος όμως ήταν ότι λόγω της μορφολογίας του ταμιευτήρα και ειδικότερα τη δομήτων δελταϊκών συστημάτων των επιμέρους κύριων ποταμών που εισρέουν σε αυτόν, ήταν δυνατό να μελετηθεί η στερεοαπορροή τριών διαφορετικών λεκανών απορροής, δηλαδή των π. Αχελώου(κύριος κλάδος ή Ασπροπόταμος), π. Αγραφιώτη και π. Ταυρωπού. Η λεκάνη απορροής του π. Ταυρωπού θεωρείται ενιαία με τη αντίστοιχη του π. Τρικεριώτη καθώς οι αποθέσεις των δύο αυτών συστημάτων στη λεκάνη κατάκλυσης του ταμιευτήρα δεν στάθηκε δυνατό να διακριτοποιηθούν. Με άλλα λόγια με μια μόνο διάταξη πεδίου (τ. Κρεμαστών) είναι δυνατός ουπολογισμός της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής τριών διακριτών υδρολογικών συστημάτων.Η υδρογραφική αποτύπωση έγινε με τη χρήση του διαφορικού Συστήματος Δορυφορικού Εντοπισμού (differential Global Position System, dGPS) για τον προσδιορισμό της θέσης και ενός ηχοβολιστικού βυθόμετρου (echo sounder) για τον προσδιορισμό του βάθους του πυθμένα. Το Ψηφιακό Μοντέλο Αναγλύφου (ΨΜΑ) του πυθμένα πριν την κατασκευή του φράγματος καταστρώθηκε με βάση την ψηφιοποίηση των αρχικών τοπογραφικών διαγραμμάτων κλίμακας 1:5000. Αντίστοιχα το ΨΜΑ του πυθμένα στη σημερινή του μορφή έγινε από τη σύζευξη τωνψηφιακών αρχείων του dGPS και του ηχοβολιστικού βυθόμετρου. Ο κάναβος των ΨΜΑ προέκυψε ύστερα από την εφαρμογή του αλγόριθμου τριγωνισμού με γραμμική παρεμβολή που είναι διαθέσιμος στο λογισμικό πακέτο SURFER. Ο αλγόριθμος «Triangulation with LinearInterpolation» (Τριγωνισμός με γραμμική παρεμβολή) θεωρήθηκε ως ο καταλληλότερος γιατί επιβάλλει την επαφή της δημιουργούμενης επιφάνειας με όλα τα σημεία απόλυτου υψομέτρου που έχουν καταχωρηθεί και επιπλέον δίνει μια ομαλή και συνεχόμενη επιφάνεια. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει διαδικασία στην οποία όλα τα αρχικά σημεία δεδομένων ενώνονται στο χώρο με ένα δίκτυο, κατά το δυνατόν, ισόπλευρων τριγωνικών επιφανειών και στη συνέχεια διενεργεί τη γραμμική παρεμβολή για τον υπολογισμό του κανάβου. Ο υπολογισμός του όγκου των αποθέσεων έγινε μέσω της υψομετρικής αφαίρεσης των δύο ΨΜΑ και ο συνολικός όγκος των αποθέσεων φερτών υλικών στον ταμιευτήρα των Κρεμαστών ανέρχεται σε 69.7 hm3. Το συνολικό διάστημα λειτουργίας του τ. Κρεμαστών έως το έτος της υδρογραφικής αποτύπωσης είναι 33 έτη, ενώ η αρχική εκτίμηση του αντίστοιχου όγκου 50-ετίας στη μελέτη του έργου του φράγματος ήταν ίσος με 394 hm3 ενώ ο αντίστοιχος όγκος 100-ετίας που εκφράζει και την οικονομική ζωή του έργου ήταν ίσος με 782 hm3. Διαπιστώνεται ότι η υπερεκτίμηση του όγκου των αποθέσεων στη μελέτη του έργου ήταν εξαιρετικά σημαντική με αποτέλεσμα την αντίστοιχη 24υπερδιαστασιολόγηση του νεκρού όγκου του έργου εις βάρος της ωφέλιμης αποθήκευσης και της παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας.Η σάρωση του ταμιευτήρα έγινε με βάση προκαθορισμένες πρωτεύουσες βολιστικές γραμμές (ή γραμμές πλεύσης του υδρογραφικού σκάφους), που είχαν σχεδιαστεί από πριν με βάση την επιθυμητή ακρίβεια του ΨΜΑ που θα προκύψει. Η ισαπόσταση των πρωτευουσών βολιστικών γραμμών εξαρτάται από το τμήμα του ταμιευτήρα που αποτυπώνεται κάθε φορά. Για παράδειγμα,σε ένα στενό τμήμα των εκβολών των ποταμών στον ταμιευτήρα (όπου αναμένεται και η μεγαλύτερη απόθεση φερτών υλικών και επομένως η μέγιστη απαιτούμενη ακρίβεια) η ισοαπόσταση μπορεί να είναι και μικρότερη των 50 m ενώ στο εσωτερικό τμήμα του ταμιευτήρα η απόσταση αυτή είναι σημαντικά μεγαλύτερη αλλά πάντως παραμένει γύρω στα 100 με 150 mπάνω από τις αρχικές κοίτες των ποταμών που αναμένεται να συγκεντρώνουν ένα σημαντικό ποσοστό των αποθέσεων. Οι πρωτεύουσες βολιστικές γραμμές έγιναν κατά την έννοια της διάστασης του μήκους δηλαδή παράλληλα στις όχθες για τα ποτάμια και προσανατολισμένες στη μεγάλη διάσταση για κάθε επιμέρους τμήμα του κεντρικού ταμιευτήρα. Επιπροσθέτως, για την καλύτερη αξιοποίηση της πληροφορίας των πρωτευουσών γραμμών διενεργήθηκαν και δευτερεύουσες γραμμές ελέγχου σε διεύθυνση 45ο ως προς τις πρωτεύουσες βολιστικές γραμμές.Με γνωστή τη στάθμη του ταμιευτήρα υπολογίζονται οι ισοβαθείς σε απόλυτο υψόμετρο ώστε να γίνει αργότερα η σύγκριση και η ογκομετρική αφαίρεση με βάση κοινό επίπεδο αναφοράς(datum) μεταξύ των ΨΜΑ πριν την κατάκλυση του ταμιευτήρα και της υδρογραφικής αποτύπωσης. Ο συνολικός όγκος των αποθέσεων εμφανίζεται μόνο στις εκβολές των κλάδων ποταμού στον ταμιευτήρα ενώ το εσωτερικό τμήμα του ταμιευτήρα είναι σχεδόν κενό από φερτά υλικά. Η παρατήρηση αυτή θέτει καταρχήν υπό σοβαρή αμφισβήτηση την έννοια του νεκρού όγκου στη διαστασιολόγηση των ταμιευτήρων, όπως αυτή εννοείται σήμερα. Συγκεκριμένα θεωρείται συμβατικά ότι νεκρός όγκος είναι ο όγκος του ταμιευτήρα ο οποίος βρίσκεται χαμηλότερα από μία δεδομένη στάθμη. Αυτό όμως δεν αντιστοιχεί στην πραγματική εικόνα των αποθέσεων των φερτών υλικών, αφού οι αποθέσεις καταλαμβάνουν τμήμα του ωφέλιμου όγκου, ενώ ο νεκρός όγκος είναι άδειος από φερτά υλικά. Αυτή η μορφή των αποθέσεων εμφανίζεται και σε άλλους ταμιευτήρες στη διεθνή βιβλιογραφία που ασκούν υπερετήσια ρύθμιση με γενικά μικρή μεταβολή της στάθμης. Αντίθετα σε αντιπλημμυρικούς ταμιευτήρες που είναι κατά κανόνα άδειοι πριν την είσοδο της πλημμύρας το σημαντικότερο ποσοστό των αποθέσεων εμφανίζεται στην περιοχή κοντά στο φράγμα. Επομένως στην περίπτωση του τ. Κρεμαστών η συνολική απώλεια του ταμιευτήρα σε όρους αποθηκευμένου όγκου νερού σε χρονικό ορίζοντα 100-ετίας, θα είναι πλέον των 782 hm3 του νεκρού όγκου που παραμένει αφενός αναξιοποίητος και αφετέρου κενός από φερτά υλικά συν το αντίστοιχο ποσό των αποθέσεων φερτών υλικών που στην πραγματικότητα αποτίθονται στον ωφέλιμο όγκο του ταμιευτήρα.Ο άμεσος υπολογισμός της ξηρής πυκνότητας (dry bulk density) των αποθέσεων φερτών υλικών,η οποία απαιτείται για τη μετατροπή του όγκου των αποθέσεων σε αντίστοιχη μάζα, δεν στάθηκε δυνατός λόγω της αδυναμίας λήψης αδιατάρακτων δειγμάτων κατά τη διενέργεια των δύο δειγματοληψιών από τον πυθμένα του ταμιευτήρα στον κλάδο του π. Αχελώου. Η εκτίμηση της ξηρής πυκνότητας των αποθέσεων γίνεται έμμεσα με τη χρήση σχετικού πίνακα και με βάση τις εργαστηριακές αναλύσεις κοκκομετρίας των δειγμάτων. Αν υποθέσουμε ότι η σύσταση των αποθέσεων σε άμμο, ιλύ και άργιλο σε όλη την έκταση των αποθέσεων μπορεί να προσεγγιστεί από τις τιμές των δύο μόνο γεωτρήσεων, είναι δυνατό να υπολογιστεί η μέση ξηρή πυκνότητα των αποθέσεων. Με βάση τις εργαστηριακές αναλύσεις της κοκκομετρίας των δειγμάτων και την εύρεση της σύστασης των φερτών υλικών διαπιστώνεται ότι η πλειονότητα των φερτών υλικών είναι γενικά αμμώδους σύστασης και προέκυψε ότι η συνολική ξηρή πυκνότητα των αποθέσεων 25 είναι ίση με 1518.5 kg/m3. Επομένως η μέση ετήσια στερεοαπορροή της συνολικής υδρολογικής λεκάνης υπολογίστηκε ίση με 1005 t/km2 και η μέση ετήσια στερεοπαροχή ίση με 106.4 kg/s. Οι επιμέρους τιμές της στερεοαπορροής για τους κλάδους του π. Αχελώου, Αγραφιώτη και Ταυρωπού / Τρικεριώτη υπολογίστηκαν ίσες με 1184, 2035 και 490 t/km2 αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές είναι από τις μεγαλύτερες που έχουν καταγραφεί στον Ευρωπαϊκό φυσικό χώρο αλλά και διεθνώς, αν εξαιρέσει κανείς τις εξαιρετικά υψηλές αντίστοιχες τιμές που απαντώνται σε περιοχές της ΝΑ Ασίας.Στο Β΄ Μέρος της Διατριβής συγκεντρώθηκαν για κάθε θέση μέτρησης των στερεοπαροχών τηςΔΕΗ, οι στερεοϋδρομετρήσεις από τα αντίστοιχα φύλλα καταγραφών για την κατάστρωση των καμπυλών παροχής – στερεοπαροχής καθώς και οι μέσες ημερήσιες παροχές του ίδιου χρονικού διαστήματος για την εξαγωγή των στερεοπαροχών. Οι θέσεις αυτές είναι συνολικά 11, η πλειονότητα των οποίων ανήκουν στο υδατικό διαμέρισμα της Ηπείρου. Στις 11 αυτές θέσεις θα προστεθούν και οι τρεις κλάδοι του π. Αχελώου (Αχελώος, Αγραφιώτης και Ταυρωπός/Τρικεριώτης), οι τιμές στερεοαπορροής των οποίων έχουν υπολογιστεί κατά την υδρογραφική αποτύπωση του ταμιευτήρα Κρεμαστών. Έτσι σχηματοποιείται ένα δείγμα 14 θέσεων εκτίμησης της στερεοαπορροής στον Ελληνικό φυσικό χώρο, το οποίο είναι και το μεγαλύτερο από αυτά που έχουν παρουσιαστεί από τους κυριότερους μελετητές σε αυτό το θέμα.Γενικά παρατηρούνται σημαντικές διαφορές σε θέσεις λεκανών όπου η απόκλιση των εκτιμήσεων της στερεοπαροχής με την υιοθέτηση ενιαίων καμπυλών παροχής – στερεοπαροχής από τις μετρημένες είναι επίσης σημαντική. Οι μεγαλύτερες διαφορές απαντώνται στη λεκάνη του π. Εύηνου στη θέση Πόρος Ρηγανίου και του π. Αχελώου στη θέση Αυλάκι, όπου οι προηγούμενες εκτιμήσεις δίνουν πολύ μικρότερες τιμές της στερεοαπορροής. Αντίστοιχα στη θέση Γ. Πλάκας του π. Άραχθου οι εκτιμήσεις της ΔΑΥΕ/ΔΕΗ είναι πολύ μεγαλύτερες ενώ στις υπόλοιπες θέσεις υπάρχει μα γενικότερη συμφωνία.Οι κοινές και ευρέως χρησιμοποιούμενες καμπύλες παροχής – στερεοπαροχής, για τον υπολογισμό της στερεοπαροχής από το αντίστοιχο δείγμα παροχής, έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: είναι ενιαίες, με την ίδια κλίση για όλες τις μετρημένες παροχές και δίνονται με τη μορφή εξίσωσης δύναμης Qs=aQb, όπου Qs η στερεοπαροχή, Q η παροχή και a και bπαράμετροι. Αυτό σημαίνει ότι η σχέση παροχής – στερεοπαροχής παραμένει σταθερή και με τα ίδια χαρακτηριστικά για όλο το εύρος των μετρημένων παροχών. Όπως αποδεικνύεται στα πλαίσια της διατριβής ότι αυτό γενικά δεν ισχύει καθόσον είναι διαφορετική η προέλευση των φερτών υλικών, τα οποία μεταφέρονται με την ποτάμια απορροή σε περιόδους πλημμυρικών και βασικών απορροών. Η στερεομεταφορά κατά τη διάρκεια της βασικής απορροής αφορά αποκλειστικά στο φορτίο κοίτης ενώ στη διάρκεια των πλημμυρικών απορροών στο φορτίο απόπλυσης, το οποίο προέρχεται από τη λεκάνη απορροής. Επίσης, στις υψηλές απορροές θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και άλλες πηγές φερτών υλικών, όπως για παράδειγμα η διάβρωση της όχθης των ποταμών, ή, πολύ περισσότερο, σε διατομές χαλικόστρωτων ποταμών (gravel bedrivers) η αποδόμηση του στρώματος θωράκισης (armoring layer). Στις συνήθεις ποτάμιες παροχές, όπου η διατμητική τάση της ροής είναι μικρότερη της διατμητικής αντοχής του στρώματος των επιφανειακών χαλίκων, τα αμμώδη υλικά που υπόκεινται σε χαμηλότερο στρώμα δεν μετακινούνται επίσης (παρόλο που αν ήταν εκτεθειμένα στις παροχές αυτές θα ήταν πιθανό να συμβεί μετακίνηση) καθόσον «προστατεύονται» από το υπερκείμενο στρώμα των περισσότερο χονδρόκοκκων υλικών. Σε μεγαλύτερες παροχές, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια ενός έντονου πλημμυρικού γεγονότος, όπου η διατμητική τάση της ροής γίνεται ίση και μεγαλύτερη με τη διατμητική αντοχή του επιφανειακού στρώματος, τότε έχουμε μετακίνηση των χαλίκων προς την κατεύθυνση της ροής. Σε αυτό ακριβώς το σημείο, τα κατώτερα λεπτόκοκκα φερτά υλικά βρίσκονται πλέον εκτεθειμένα στις υψηλές παροχές και επομένως διατμητικές τάσεις και 26 επαναιωρούνται προς την κατεύθυνση της ροής αυξάνοντας σημαντικά και αιφνίδια τη στερεοπαροχή. Η επιβεβαίωση της ισχύος της τεθλασμένης παλινδρόμησης ως καμπύλης παροχής – στερεοπαροχής έγινε για τις στερεοϋδρομετρήσεις στη θέση Αυλάκι του π. Αχελώου,λίγο ανάντη της εισόδου του π. Αχελώου στον τ. Κρεμαστών. Η εφαρμογή διάφορων τύπων καμπυλών παροχής – στερεοπαροχής που κοινό τους χαρακτηριστικό είχαν την ενιαία κλίση σε όλο το εύρος των μετρημένων παροχών (εκτός εκείνης της τεθλασμένης παλινδρόμησης)παρουσίασαν σημαντική υποεκτίμηση της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής για τη θέση Αυλάκι, η οποία θα πρέπει να είναι σχετικά παραπλήσια με την αντίστοιχη του κλάδου του π. Αχελώου στη θέση του ταμιευτήρα Κρεμαστών. Η εφαρμογή της τεθλασμένης παλινδρόμησης στα δεδομένα ήταν η μοναδική που παρουσίασε σημαντική σύγκλιση με τη μετρημένη στερεοαπορροή στη θέση του ταμιευτήρα.Η διατριβή αυτή περιλάμβανε και τη λεπτομερή υδρολογική προσομοίωση του π. Αχελώου στη θέση του ΥΗΣ Κρεμαστών με ταυτόχρονη βαθμονόμηση σε πολλαπλές θέσεις εντός της ευρύτερης λεκάνης απορροής με τη χρήση ενός ημι-κατανεμημένου, φυσικά θεμελιωμένου,μαθηματικού μοντέλου βροχής – απορροής (MIKESHE) το οποίο εφαρμόστηκε σε ημερήσιο χρονικό βήμα. Σκοπός του υδρολογικού μοντέλου είναι η παραγωγή της χρονοσειράς των μέσων ημερήσιων παροχών για τη θέση Αυλάκι του π. Αχελώου για όλο το διάστημα λειτουργίας του ταμιευτήρα Κρεμαστών από την έναρξη λειτουργίας του (το έτος 1966) έως το έτος διενέργειας της υδρογραφικής αποτύπωσης στα ανάντη τμήματα του ταμιευτήρα (το έτος 1998). Η βαθμονόμηση του υδρολογικού μοντέλου γίνεται σε συνολικά 6 θέσεις υδρομετρήσεων ώστε να διασφαλιστεί στο μέγιστο βαθμό η εσωτερική συνέπεια του υδρολογικού μοντέλου. Η παραγωγή της χρονοσειράς των μέσων ημερήσιων παροχών για την υπόψη θέση και η κατάστρωση των καμπυλών παροχής – στερεοπαροχής επέτρεψε τον υπολογισμό της στερεοαπορροής σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες και τη σύγκριση με τη μέση ετήσια μετρημένη τιμή της στερεοαπορροής για τον κεντρικό κλάδο του π. Αχελώου στη θέση του τ. Κρεμαστών. Η διδακτορική διατριβή ολοκληρώνεται με την εφαρμογή ενός μοντέλου διάβρωσης –στερεοαπορροής βασισμένου στην Παγκόσμια Εξίσωση Εδαφικής Απώλειας (ΠΕΕΑ) σε πλατφόρμα ενός Συστήματος Γεωγραφικής Πληροφορίας. Σκοπός της εργασίας ήταν η χωρική παρουσίαση των ζωνών παραγωγής φερτών υλικών και της στερεοαπορροής κατανεμημένης σε όλη τη λεκάνη απορροής.Τέλος για το δείγμα των 14 τιμών της μέσης ετήσιας στερεοαπορροής που υπολογίστηκαν για ισόποσες θέσεις ποταμών στη ΒΔ Ελλάδα αναπτύχθηκαν σχέσεις παλινδρόμησης με υδρολογικές και γεωμορφολογικές παραμέτρους. Από την ανάλυση αυτή διαφαίνεται ότι μόνο οι πλημμυρικές παροχές παρουσιάζουν μια σημαντική συσχέτιση με τη μέση ετήσια στερεοπαροχή ενώ οι υπόλοιπες παράμετροι δεν παρουσιάζουν αντίστοιχα σημαντικές συσχετίσεις. Ο κυριότερος λόγος είναι ότι οι υδρολογικές λεκάνες που εξετάστηκαν είναι σχετικά παρόμοιες όχι μόνο στου δρολογικό τους καθεστώς αλλά και στις γεωμορφολογικές και λιθολογικές δομές τους. Η εξάρτηση από τις πλημμυρικές αιχμές δείχνει και την επεισοδιακή και διαλείπουσα μορφή των φυσικών διεργασιών της στερεοαπορροής όπου η ετήσια στερεοπαροχή μεταφέρεται κατά τη διάρκεια λίγων πλημμυρικών γεγονότων ανά έτος και στην υπόλοιπη χρονική διάρκεια η μεταφερόμενη στερεοπαροχή είναι σχεδόν μηδενική.