TIME SERIES ANALYSIS OF RAINFALL DATA OF NESTORIO – KASTORIA – GAUGE STATION USING A RECURRENT NEURAL NETWORK MODEL

Στην  παρούσα  εργασία,  εφαρμόζεται  ένα  μοντέλο  προσομοίωσης  χρονοσειράς βασισμένο σε  δομές Τεχνητών Νευρωνικών  δικτύων (ΤΝΔ). Τα ΤΝΔ,  τα οποία  είναι μοντέλα «μαύρου κουτιού», χρησιμοποιούνται αφενός επειδή μπορούν να εφαρμοστούν σε  συστήματα  οι  διεργασίες  των  οποίων  χαρακτηρίζονται  από  υψηλό  βαθμό πολυπλοκότητας και αφετέρου λόγω της σημαντικής απλότητας που τα χαρακτηρίζει. Η χρονοσειρά στην οποία εφαρμόζονται, προέρχεται από τα δεδομένα 41 ετών μηνιαίων παρατηρήσεων (1962 – 2003)  των  βροχοπτώσεων  του  βροχομετρικού  σταθμού Νεστορίου – Καστοριάς. Το τελικό προτεινόμενο μοντέλο που διαμορφώνεται είναι ένα (12,5,3,1) επανατροφοδοτούμενο δίκτυο (recurrent network) το οποίο αποτελείται από 12  κόμβους  εισόδου (βροχόπτωση  κατά  τους 12  προηγούμενους  μήνες),  δύο  κρυφά επίπεδα  5  και  3  κόμβων  αντίστοιχα  και  1  κόμβο  εξόδου (βροχόπτωση  του  μήνα αναφοράς). Το μοντέλο εμφανίζει καλή προσαρμογή στα δεδομένα λόγω της σύγκλισης των  τιμών  σφάλματος  των  δεδομένων  εκπαίδευσης  και  των  δεδομένων  δοκιμής.  Το τελικό  εκτιμώμενο  σφάλμα (RMSE)  είναι  ίσο  με 0,94,  είναι  της  τάξης  του  ενός χιλιοστού  βροχής  και  κρίνεται  πολύ  ικανοποιητικό.  Η  πλατφόρμα  λογισμικού  που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του  μοντέλου ήταν το Neurosolution της εταιρείας Neurodimension (http://www.nd.com).In the present study, a time series model is applied based on Artificial Neural Network algorithms. Neural Networks are applied because, as “black box” models, they can simulate systems which are characterized  by very complicated natural processes and moreover it is easy to be applied. The time  series in which the Neural Network is applied, is the monthly rainfall data of Nestorio – Kastoria – rainfall gauge for a period of 41 years (1962 – 2003). The final proposed model that is formulated, is a (12,5,3,1) recurrent network, which consists of 12 nodes of the input layer, two hidden layers of 5 and 3 nodes respectively and 1 node of the output layer. The model reveal good fitting in the raw data because of the convergence between the training and validation errors. The final RMSE value is equal to 0,94 and is correspond to one mm of rainfall, so the method obtain very satisfactory results. The software package which has been used for the development of the model is Neurosolution of Neurodimension Company (http://www.nd.com)

CONTRIBUTION OF MONITORING IN SUSTAINABLE MANAGEMENT AND PREVENTION OF ENVIRONMENTAL HAZARDS IN THE TRANSBOUNDARY RIVER NESTOS. THE PERSPECTIVE OF APPLICATION OF DIRECTIVE 2000/60

Η συστηματική τηλεμετρική παρακολούθηση (monitoring) είναι βασική προϋπόθεση για την ορθολογική διαχείριση των υδάτων της Ευρώπης με βάση την Οδηγία 2000/60. Η ερευνητική ομάδα «ΠΕΡΣΕΑΣ», είναι πρωτοπόρος σε θέματα αυτοματοποιημένης παρακολούθησης. Έχει εγκαταστήσει πολλά δίκτυα σταθμών παρακολούθησης REMOS (Remote Environmental MOnitoring System) σε υγροτοπικά συστήματα στον ελλαδικό χώρο, για περιβαλλοντικούς σκοπούς. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται το δίκτυο REMOS του ποταμού Νέστου, το οποίο εγκαταστάθηκε και λειτουργεί με χρηματοδότηση της ΔΕΗ. Παρουσιάζονται και αναλύονται ορισμένα αποτελέσματα της παρακολούθησης αυτής σε 24ωρή βάση για την τριετία 2000 - 2002 και αφορά την ομάδα σταθμών που βρίσκονται στο Δέλτα του Νέστου. Οι πρώτες χρονοσειρές των ποιοτικών παραμέτρων του νερού, δείχνουν την καλή γενική κατάσταση της λειτουργίας του ποταμού μετά την κατασκευή των υδροηλεκτρικών έργων της ΔΕΗ. Αυτές οι βάσεις δεδομένων με τη συνεχή ενημέρωση και επικαιροποίησή τους αποτελούν το πρώτο βήμα για την εφαρμογή της Οδηγίας 2000/60.The systematic remote monitoring is a basic requirement for the sustainable management in water resources all over Europe, based on the Directive 2000/60. The research team “PERSEAS”, has installed, operated and maintained networks of REMOS stations in water bodies all over Greece, focused on environmental purposes. In this paper the Nestos River telemetric network is presented, which has been funded by the Public Power Corporation of Greece (DEH). Three year (2000 — 2002) daily monitoring data of quantitative and qualitative parameters are analyzed, of the deltaic area of Nestos River. This is a first approach to the water management problem of the River Nestos after the construction and the operation of two hydroelectric dams by DEH. These data bases can be the first step for the application of the Directive 2000/60 in Nestos River

TIME SUPERPOSITION REMOVAL FROM UNIT RESPONSE MATRIX USED IN GROUNDWATER MANAGEMENT

Η αντιμετώπιση των προβλημάτων διαχείρισης των υδατικών πόρων σε υδροφορείς της χώρας μας υπήρξε μέχρι σήμερα προβληματική για πολλούς και διάφορους λόγους. Ένας από αυτούς ήταν η περιορισμένη χρήση μοντέλων βέλτιστης διαχείρισης με τα οποία μέσω μεθόδων προσομοίωσης και βελτιστοποίησης οδηγείται το πρόβλημα της βέλτιστης κατανομής περιορισμένων υδατικών πόρων σε μία και μοναδική βέλτιστη λύση η οποία προκύπτει από μοντέλα επιχειρησιακής έρευνας και μαθηματικού προγραμματισμού. Τα μοντέλα διαχείρισης χρησιμοποιούν τη μέθοδο του μητρώου μοναδιαίας ανταπόκρισης, η οποία βασίζεται στη χωρική επαλληλία ή στο συνδυασμό της χωρικής με τη χρονική επαλληλία για τα μόνιμα και τα μη μόνιμα προβλήματα αντίστοιχα. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος ελαχιστοποίησης του μεγέθους του μητρώου ανταπόκρισης που αφορά την απαλοιφή της διάστασης του χρόνου, σε έναν ελεύθερο υδροφορέα.One of the problems in water management and especially in optimal distribution of limited groundwater resources is the lack of using groundwater management models. These are combined models and via simulation and optimization algorithms, one optimal solution is obtained through operational research and mathematical programming models. The groundwater management models are based on the method of space superposition or the combination of space and time superposition for steady and non-steady state problems respectively. In the present study, an algorithm is presented, which minimizes the dimension of response matrix concerning the removal of time superposition in an unconfined aquifer

SENSITIVITY ANALYSIS OF COST COEFFICIENTS IN GROUNDWATER MANAGEMENT WITH LINEAR PROGRAMMING

Η εργασία αυτή έχει ως αντικείμενο την ανάλυση ευαισθησίας των συντελεστών μιας αντικειμενικής συνάρτησης ελαχιστοποίησης του κόστους των αντλήσεων σε έναν ελεύθερο υδροφορέα. Χρησιμοποιήθηκαν καταρχήν μοντέλα προσομοίωσης και σε δεύτερη φάση διαχειριστικά μοντέλα με τη βοήθεια του Γραμμικού Προγραμματισμού. Για την ανάλυση ευαισθησίας εντοπίστηκε το εύρος των συντελεστών κόστους μέσα στο οποίο δε μεταβάλλεται η βασική δυνατή λύση που έχει προκύψει από τη διαδικασία βελτιστοποίησης. Στη συνεχεία εξετάστηκε η συμπεριφορά της αντικειμενικής συνάρτησης και ως βέλτιστης λύσης, όταν οι συντελεστές αυτοί μεταβληθούν έξω από αυτό το εύρος, δηλαδή η ανάλυση ευαισθησίας.The subject of the present research is the sensitivity analysis of the coefficients of a linear objective function that has to do with pumping cost minimization in a phreatic aquifer. In the first step a simulation model was used and in the second step, management models were applied based on Linear Programming methods. In the third step, the range of the cost coefficients values is detected, in which the optimum solution remains the same. Finally, the behavior of the objective function is examined for values out of this range, which is the sensitivity analysis

Comparison of ARIMA and Transfer Function (TF) models in Water Temperature simulation in dam - Lake Thesaurus, eastern Macedonia, Greece

In the present work, two modelling and forecasting techniques were evaluated on the basis of: a) their efficiency to forecast and b) their ability to utilize auxiliary environmental information: ARIMA and Transfer Function (TF) models. For this purpose, almost three years (2005-2007) daily measurements of Water Temperature (Tw) data in four different depths (1 m, 20 m, 40m and 70 m) of Thesaurus dam-lake in River Nestos, were used to obtain the best models for these time series. For all seven models, the Mean Square Error (MSE) was calculated and used to evaluate the accuracy of the forecast and to compare the forecasting ability of each approach. © 2010 Taylor & Francis Group, London

Comparison of trend analysis models in water quality and quantity data in lignite mines in Western Macedonia, Greece

In this study, daily measures of three water quality and quantity parameters from one monitoring Telemetric Stations (T.S.) were examined for trend. "PERSEAS" Research Team in cooperation with "Public Power Corporation" (DEH) of Greece, installed, operates and maintains four "R.E.MO.S." (Remote Environmnetal MOnitoring System) T.S., near the plant of "Kardia" & "Notio Pedio" mines in Western Macedonia, Greece. The two of the T.S., monitor the stagnant surface waters in the bottom of the mines while the other two, monitor ground water in specific well positions. The statistical sample of each one of the parameters consisted of 950 values based on daily measures for the period 2007 to 2009. Two statistical tests based on the least square method and one based on the Spearman's rank correlation test were used for the trend analysis. These tests were applied in the data of the one T.S. called "GEO-108"

Assessment of the Typology and the Trophic Status of Two Mediterranean Lake Ecosystems in Northwestern Greece

The objective of this study is the assessment of the typology and the trophic relevant water quality parameters in two Mediterranean lakes (Lake Ziros and Lake Kastoria) under the view of the WFD. Lake types were identified based on characteristics specified in Annex II of the WFD, while trophic indexes (OECD, TSI Carlson) were used in order to assess their trophic status. A modified TSI index appropriate for warmer lakes was also applied. According to our results, Lake Kastoria is classified as eutrophic lake with a tendency to hypertrophication while Lake Ziros is a mesotrophic ecosystem with clear signals of eutrophication. Both ecosystems are considered "at risk" of not fulfilling the WFD environmental objectives due to the existence of certain anthropogenic pressures