Εργαστήριο Ζωολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Σχολή Θετικών Επιστημών Α.Π.Θ.

Υδρομορφολογία (RHS, QBR, IHF, MQI)

RHS

Η καταγραφή των ποτάμιων ενδιαιτημάτων πραγματοποιείται με τη μέθοδο RHS (River Habitat Survey, Raven et al. 1998 a, b) και εν συνεχεία πραγματοποιείται εκτίμηση της ποιότητας των ενδιαιτημάτων (Habitat Quality Assessment, HQA) και του βαθμού τροποποίησης των ενδιαιτημάτων (Habitat Modification Score, HMS) με το σύστημα βαθμονόμησης διαφόρων κατηγοριών της υποβάθμισης των ενδιαιτημάτων. Η καταγραφή των ενδιαιτημάτων πραγματοποιείται σε ειδικά πρωτόκολλα (UKTAG 2003) που συμπληρώνονται στο πεδίο. Η εκτίμηση με βάση τον HQA δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί στην Ελλάδα λόγω έλλειψης σταθμών αναφοράς.

Εξοπλισμός

Για τις εργασίες πεδίου απαιτείται GPS, χάρτης, φαρμακείο, καπέλα, αντηλιακό, εκτυπωμένα πρωτόκολλα δειγματοληψίας, μολύβια με γομολάστιχα, ξύστρα.

Συλλογή Δεδομένων

Δεδομένα από υφιστάμενους χάρτες όπως υψόμετρο, κλίση, γεωλογία, το υψόμετρο της πηγής και η απόσταση του σταθμού/περιοχή δειγματοληψίας από την πηγή. Είναι επιτακτικό να προσδιορίζονται πριν την επίσκεψη στο πεδίο μέσω της επεξεργασίας χαρτών με τη χρήση των συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών (GIS). Καταγράφονται επίσης στοιχεία που αφορούν στα φυσικά χαρακτηριστικά της κοίτης όπως είναι η διάβρωση, η εναπόθεση, η δομή της βλάστησης, η ροή και οι χρήσεις γης. Επιπρόσθετα καταγράφονται ανθρωπογενείς τροποποιήσεις που αναφέρονται στο πλαίσιο διαχείρισης για παράδειγμα του καθεστώτος ροής στην κοίτη, του πυθμένα του ποταμού όπως επίσης την παρουσία δρόμων και γεφυρών που διασχίζουν εγκάρσια την κοίτη. Κατά τη διάρκεια της έρευνας πεδίου καταγράφονται τα χαρακτηριστικά του καναλιού τόσο στο τμήμα πλήρους ανάπτυξης της ροής όσο και στις όχθες. Τόσο τα δεδομένα από το πεδίο όσο και τα δεδομένα από το χάρτη εισάγονται σε μια Βάση δεδομένων ώστε να είναι δυνατή η γρήγορη ανάλυσή τους.

Διαδικασία καταγραφής δεδομένων

Το σύστημα RHS αποτελείται από τέσσερις διαφορετικές συνιστώσες: (i) μια τυποποιημένη μέθοδο έρευνας πεδίου (ii) μια ηλεκτρονική βάση δεδομένων η οποία περιλαμβάνει σταθμούς αναφοράς της Αγγλίας και η οποία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην Ελλάδα (iii) ένα σύστημα για την ποσοτικοποίηση της έκτασης των διάφορων τροποποιήσεων των τεχνητών καναλιών και (iv) ένα σύνολο μεθόδων για την αξιολόγηση της ποιότητας του βιοτόπου οι οποίες όμως δεν μπορούν να καταλήξουν σε αξιολόγηση στην Ελλάδα γιατί στηρίζονται σε σταθμούς αναφοράς της Αγγλίας. Η καταγραφή του RHS οργανώνεται στο 25% τουλάχιστον της λεκάνης απορροής και συνίσταται από δύο κύρια μέρη:

  • τα σημεία ελέγχου ή spot checks (10 σημεία κάθε 50 m, σε απόσταση 500 m)
  • την εποπτική καταγραφή ή sweep up στα 500 m.

underconstruction

Εικόνα 1: Περιγραφή του τρόπου λειτουργίας του RHS (τροποποιημένο από Raven et al., 1998, Διαλέξεις καθηγήτρια Λαζαρίδου Μ., 2009).

Η μέθοδος RHS στο πεδίο περιλαμβάνει τη συστηματική συλλογή των χαρακτηριστικών που σχετίζονται με τη φυσική δομή της κοίτης του ποταμού κατά μήκος μιας πρότυπης μονάδας δείγματος της τάξης των 500 m. Περιλαμβάνει τις παρατηρήσεις του υποστρώματος, της ροής, των χαρακτηριστικών της διάβρωσης και της απόθεσης που εμφανίζονται στο κανάλι, της μορφολογίας και της διάβρωσης των οχθών, των χρήσεων γης των παρακείμενων εκτάσεων. Όλα τα παραπάνω καταγράφονται μέσω 10 επιτόπιων ελέγχων (spot checks) των 50 m  πλάτους όπου γίνεται σάρωση καταγραφή της περιοχής σύμφωνα με το σχετικό πρωτόκολλο (UKTAG 2003) και κατόπιν ακολουθεί και σάρωση των 500 m μέσα στα οποία γίνεται καταγραφή των 10 σημείων ελέγχου. Σημειώνονται ακόμη τα χαρακτηριστικά των ενδιαιτημάτων, τα υδρόβια είδη βλάστησης, η πολυπλοκότητα της δομής της παρόχθιας βλάστησης, το είδος της τεχνητής τροποποίησης στο κανάλι και στην κοίτη τα οποία καταγράφονται ανά διαστήματα των 50 m, μετρήσεις της κατά πλάτος διατομής του ποταμού, του ύψους της κοίτης και το βάθος του νερού σε μια αντιπροσωπευτική θέση προκειμένου να προκύψουν οι γεωμορφολογικές διαδικασίες που αφορούν στο κανάλι.

2

Εικόνα 2. Πεδίο δειγματοληψίας κατά την εφαρμογή της μεθοδολογίας RHS (τροποποιημένο από Raven et al)

Επίσης, καταγράφεται ο αριθμός των κυματισμών (riffles), των pools και των στενώσεων του ποταμού στην υπό μελέτη θέση. Τα χαρακτηριστικά που καταγράφονται από τη μέθοδο αυτή σχετίζονται με ένα ευρύ φάσμα οργανισμών που περιλαμβάνει μικροσκοπικά φύκια, ψάρια, πτηνά και θηλαστικά. Η διαδικασία αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά τη διάρκεια συνθηκών χαμηλής ροής καθώς τα ενδιαιτήματα διακρίνονται ευκολότερα κατά τη σάρωση της περιοχής.
Με βάση την εμπειρία των ερευνών που έχουν πραγματοποιηθεί, η μέθοδος έχει αναπτυχθεί και τελειοποιηθεί από εκτεταμένες δοκιμές πεδίου και μετέπειτα αναλύσεις των δεδομένων. Δεν απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις βοτανολογίας ή γεωμορφολογίας αλλά επειδή βασίζεται στην παρατήρηση είναι απαραίτητη η έγκυρη αναγνώριση των χαρακτηριστικών. Από την παραπάνω μέθοδο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην Ελλάδα μόνον ο δείκτης τροποποίησης (HMS) γιατί ο δείκτης ποιότητας (HQA) στηρίζεται σε σταθμούς αναφοράς τους οποίους δεν έχει η Ελλάδα.

 

QBR

Ο δείκτης ποιότητας παρόχθιων ενδιαιτημάτων QBR (Riparian Habitat Quality) (Munné et al, 2003) έχει ως σκοπό να παράσχει μια απλή μέθοδο για την εκτίμηση της ποιότητας των παρόχθιων ενδιαιτημάτων. Ο δείκτης βασίζεται σε τέσσερις παραμέτρους των παρόχθιων ενδιαιτημάτων: την συνολική παρόχθια βλάστηση, την δομή και ποιότητα κάλυψης και τις διευθετήσεις του καναλιού. Επιπρόσθετα λαμβάνει υπόψη τις διαφορές στην γεωμορφολογία του ποταμού από τα νερά των πηγών μέχρι τα νερά κοντά στις εκβολές του. Η βαθμολογία του δείκτη κυμαίνεται από 0 έως 100 και αντιστοιχεί στις πέντε κατηγορίες οικολογικής ποιότητας που προτείνει η Οδηγία 2000/60/ΕΚ.

Για τον προσδιορισμό του δείκτη QBR είναι πολύ σημαντική η διαίρεση του ποταμού σε δυο τμήματα: το  κυρίως κανάλι και την παρόχθια περιοχή, αφού πρώτα γίνει ο προσδιορισμός της πλημμυρικής ζώνης. Τέλος γίνεται σάρωση της περιοχής 50m ανάντη της θέσης δειγματοληψίας και γίνεται εκτίμηση και καταγραφή των ποτάμιων ενδιαιτημάτων (Munné et al, 2003).

Πίνακας 1. Κατηγορίες ποιότητας και χρωματικές κλάσεις του δείκτη παρόχθιων ενδιαιτημάτων

3

 

IHF

Ο δείκτης IHF (Fluvial Habitat Index) βρίσκει εφαρμογή στα Μεσογειακά ποτάμια, εκτιμά οπτικά τα ποτάμια ενδιαιτήματα μέσα στο κυρίως κανάλι και δίνει πληροφορίες σχετικά με παραμέτρους όπως ιζηματοποίηση/συχνότητα ρηχών υφάλων, σύσταση του υποστρώματος, καθεστώς της ροής, ετερογένεια των συστατικών, κάλυψη της υδρόβιας βλάστησης (Pardo et al, 2002), βοηθώντας στην συμπλήρωση της γνώσης για την κατάσταση των ενδιαιτημάτων ενός ποταμού.

Κατά την εφαρμογή στο πεδίο συμπληρώνεται η φόρμα με τις βαθμονομημένες παραμέτρους που αφορούν τον δείκτη IHF, με σκοπό τον υπολογισμό του σε κάθε σταθμό. Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται η χρωματική διαβάθμιση σε σχέση με την ποιότητα που προκύπτει από την βαθμολόγηση των επί μέρους χαρακτηριστικών του δείκτη.

Πίνακας 2.  Κατηγορίες ποιότητας και χρωματικές κλάσεις του δείκτη ποτάμιων ενδιαιτημάτων (Pardo et al, 2002)

4

 

MQI

Στο τελευταίο ECOSTAT προτάθηκε η μεθοδολογία του Δείκτη ΜQI (Morphological Quality Index) η οποία αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράμματος για τις υδρομορφολογικές διαδικασίες  (REFORM). Το MQI (Morphological Quality Index, Rinaldi et al. 2015) αποτελεί μέθοδο εκτίμησης της υδρομορφολογικής κατάστασης, η οποία βασίζεται σε γεωμορφολογική προσέγγιση υπό το πρίσμα  εξέτασης των φυσικών διεργασιών (process–based methodology) που λαμβάνουν χώρα σε μία λεκάνη απορροής. Απώτερος σκοπός είναι η σύνδεση των φυσικών διεργασιών με την σωστή λειτουργία (functioning) του ποταμού και κατά πόσο αυτή επηρεάζεται από τις επί μέρους τροποποιήσεις (alterations, adjustments) με στόχο τη λήψη μέτρων διαχείρισης.

 

Υδρομετρήσεις

Οι μετρήσεις ροής διενεργούνται με φορητό ροόμετρο μυλίσκου, της εταιρείας Swoffer Intruments INC (model 2100) και η παροχή (m3/s) υπολογίζεται από τη ροή, με μετρήσεις σε τουλάχιστον 8 σημεία κατά πλάτος του ποταμού, και το πλάτος της υγρής διατομής, οι διαστάσεις της οποίας προσδιορίζονται επιτόπια. Το ροόμετρο είναι εφοδιασμένο με προπέλα για μετρήσεις ταχυτήτων από 0,035 έως 5 m/sec.

Μεθοδολογία μέτρησης παροχής υδατορρεύματος με μυλίσκο

Η μέτρηση της παροχής με μυλίσκο βασίζεται σε μέτρηση της σημειακής ταχύτητας ροής, και στη συνέχεια στον υπολογισμό της μέσης ταχύτητας ροής. Η μέση ταχύτητα ροής V πολλαπλασιάζεται επί το εμβαδόν της υγρής διατομής B του υδατορρεύματος, και η παροχή προκύπτει από το γινόμενό τους (Q=VB), σύμφωνα με την εξίσωση συνέχειας [Henderson 1966, Τερζίδης Γεώργιος 1997, Αναστασιάδου-Παρθενίου 2007]. Δυσκολία εμφανίζεται στον υπολογισμό της ακανόνιστης διατομής των φυσικών υδατορρευμάτων, όπως είναι τα ποτάμια, τα οποία συνήθως έχουν και μεγάλο πλάτος. Η τακτική που ακολουθείται για τη μέτρηση της παροχής τους, έτσι ώστε να περιορίζονται τα σφάλματα, είναι η παρακάτω:

5

Εικόνα 3. Χωρισμός διατομής φυσικού υδατορρεύματος σε επί μέρους διατομές Αi.

Στη θέση μέτρησης η υγρή διατομή B χωρίζεται σε επί ν μέρους μικρά τμήματα με εμβαδά Α1, Α2, ,Αi, Aν, όπως φαίνεται στην εικόνα 5. Τα εμβαδά αυτών των τμημάτων υπολογίζονται γεωμετρικά προσεγγίζοντάς τα με τραπέζια (στα ενδιάμεσα τμήματα) ή τρίγωνα (στα ακραία τμήματα). Στη συνέχεια γίνεται μέτρηση της μέσης ταχύτητας Vi σε κάθε τμήμα Αi και υπολογίζεται η παροχή Qi που περνάει από κάθε επί μέρους τμήμα. Η συνολική παροχή Q που περνάει από τη διατομή B του ποταμού θα ισούται με το άθροισμα των επί μέρους παροχών Qi , δηλαδή θα υπολογίζεται από τον τύπο:

2 7

Εικόνα 4: Φορητό ροόμετρο μυλίσκου.

8

Εικόνα 5: Μέτρηση ροής σε ένα από τα 8 σημεία του ποταμού.

 

2_2

River Habitat Survey Manual: 2003 version                                                           2.2

 

2_3

2.3                                             River Habitat Survey Manual: 2003 version

 

 

2_4

River Habitat Survey Manual: 2003 version                                                          2.4

 

 

2_5

2.5                                             River Habitat Survey Manual: 2003 version

 

 

2_6

River Habitat Survey Manual: 2003 version                                                      2.6

 

 

 

2_7

2.7                                                        River Habitat Survey Manual: 2003 version

 

 

2_8

River Habitat Survey Manual: 2003 version                                                 2.8

 

 

2_9

 

 

 

2_10

 

 

2_11

 

 

2_12

 

RHS.XLSX


 

Henderson F.M., (1966). “Open Channel Flow”. MacMillan Co, New York.

Munne A, Prat N, Sola C, Bonda N and Rieradeval M (2003). A simple field method for assessing the ecological quality of riparian habitat in Rivers and streams: QBR index.

Pardo I, Álvarez M, Casas JJ, Moreno JL, Vivas S, Bonada N, Alba – Tercedor J, Jáime P, Moyá G, Prat N, Robles S, Suárez ML, Toro M, Vidal-Abarca MR (2002). El hábitat de los ríos mediterráneos. Diseño de un índice de diversidad de hábitat. Limnetica, 21: 115-133.

Raven, P. J. River Habitat Quality: the physical character of rivers and streams in the UK and Isle of Man. Environment Agency, 1998.

M. Rinaldi, A. M. Gurnell, M. González Tánago, M. Bussettini, D. Hendriks, Classification of river morphology and hydrology to support management and restoration, Aquatic Sciences, 2015, Page 1

Αναστασιάδου-Παρθενίου Ε., (2007). «Μέτρηση παροχής σε επιφανειακά
υδατορρεύματα (διώρυγες, ποτάμια)». Σημειώσεις για τη Θερινή Πρακτική Άσκηση των φοιτητών
Γεωπονίας. Θεσσαλονίκη.

Τερζίδης Α. Γεώργιος, (1982). «Μαθήματα Υδραυλικής – 3. Ανοικτοί
Αγωγοί». Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη.

Τερζίδης Α. Γεώργιος, (1997) «Εφαρμοσμένη Υδραυλική». Εκδόσεις Ζήτη,
Θεσσαλονίκη.

 

Πίσω