EXTENDED ABSTRACT INTRODUCTION RESULTS PROPOSALS...16

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ "ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ" ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΩΝ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΥΛΙΣΟΥ ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΓΙΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΝΕΡΩΝ ΠΗΓΗΣ ΑΛΜΥΡΟΥ Γεώργιος Εµµ. Βέργης ιπλ. Αγρονόµος Τοπογράφος Μηχανικός Α.Π.Θ. Επιβλέπων: Ιωάννης Κουµαντάκης, Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Φεβρουάριος 2006

2 Πρόλογος Ευχαριστίες Μετά την εξάµηνη ενασχόληση µου µε τη µεταπτυχιακή εργασία στο.π.μ.σ. "ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ" του Ε.Μ.Π. αποκόµισα µια σφαιρική εικόνα του πώς εκπονείται µια υδρολογική µελέτη αλλά και µια γενικότερη εµπειρία σε θέµατα Συστηµάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (G.I.S.). Η ολοκλήρωση της εργασίας αυτής δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη βοήθεια και τις συµβουλές ορισµένων ανθρώπων από τον πανεπιστηµιακό χώρο αλλά και από τις διάφορες υπηρεσίες και οργανισµούς του Ηρακλείου Κρήτης. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον επιβλέποντα της εργασίας κ. Ιωάννη Κουµαντάκη, Καθηγητή ΕΜΠ, ο οποίος µε βοήθησε στην επιλογή του θέµατος µε προσανατολισµό στην ειδικότητα των βασικών σπουδών µου, του Τοπογράφου Μηχανικού, και µου έδωσε απαντήσεις σε πολλά πρακτικά ζητήµατα. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. ηµήτρη Κουτσογιάννη, Αναπληρωτή Καθηγητή ΕΜΠ και τον κ. Νικόλαο Μαµάση, Λέκτορα ΕΜΠ, για τη βοήθειά τους σε υδρολογικά θέµατα. Πολύτιµη ήταν η βοήθεια και η στήριξη που είχα από τη.ε.υ.α. Ηρακλείου. Συγκεκριµένα θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον κ. Παναγιώτη Σοφίου, Γεωλόγο, ο οποίος πρότεινε το θέµα της µεταπτυχιακής εργασίας και µου παραχώρησε υλικό παλιότερων µελετών και χαρτών καθώς και τον κ. Μιχάλη Καδιανάκη, Γεωλόγο, ο οποίος µου προσέφερε σηµαντική βοήθεια σε γεωλογικά ζητήµατα και στην επιτόπια έρευνα. Επίσης ευχαριστίες οφείλω στην κ. Πόπη Τζαβλάκη, Πολιτικό Μηχανικό, και στον κ. Μιχάλη Ταµιωλάκη, Πολιτικό Μηχανικό Τ.Ε., για το υλικό και τη βοήθειά που µου παρείχαν. Ευχαριστώ τέλος τον κ. ηµήτρη Παπαµαστοράκη (Περιφέρεια Κρήτης, ιεύθυνση Σχεδιασµού και Ανάπτυξης, Τµήµα Υδατικών Πόρων), τον κ. Μιχάλη Λυπάκη (Ο.ΑΝ.Α.Κ.), τον κ. Στέργιο Κοκολάκη (Υ.Ε.Β. Ηρακλείου) και τους µελετητές κ. Μανόλη Πολυδάκη και κ. Βασίλη Περλέρο για το υλικό που µου παρείχαν χωρίς το οποίο δεν θα ήταν δυνατή η ολοκλήρωση της εργασίας. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ...2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ...5 EXTENDED ABSTRACT INTRODUCTION RESULTS PROPOSALS ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ - ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ - ΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΗΓΗ ΑΛΜΥΡΟΥ ΗΜΕΡΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Περιγραφή της πηγής Φαράγγι και υγρότοπος Αλµυρού ΛΕΚΑΝΗ ΤΡΟΦΟ ΟΣΙΑΣ ΤΗΣ ΠΗΓΗΣ ΤΟΥ ΑΛΜΥΡΟΥ Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΡΟΦΟ ΟΣΙΑΣ ΚΑΙ ΥΦΑΛΜΥΡΩΣΗΣ ΤΗΣ ΠΗΓΗΣ ΤΟΥ ΑΛΜΥΡΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ "ΗΜΕΡΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ" - ΕΠΙΚΑΙΡΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΓΕΝΕΣΤΕΡΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Εισαγωγή εδοµένα - Μεθοδολογία Ανάλυση - Επεξεργασία εδοµένων Συµπεράσµατα Υ ΡΟΛΟΓΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Εισαγωγή Βροχοµετρικοί σταθµοί και δεδοµένα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Έλεγχοι οµογένειας Συµπλήρωση δειγµάτων σηµειακής βροχόπτωσης ηµιουργία αρχικών γεωγραφικών επιπέδων (υδρογραφικό δίκτυο, λεκάνη απορροής, ψηφιακό µοντέλο εδάφους) Υπολογισµός των γεωγραφικών χαρακτηριστικών της λεκάνης απορροής Υπολογισµός επιφανειακής βροχόπτωσης µε την χρήση G.I.S ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ Υ ΡΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Υ ΡΟΛΙΘΟΛΟΓΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΑΝΑΝΤΗ ΤΗΣ ΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΚΑΤΑΚΛΥΣΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Πιθανή µέγιστη κατακρήµνιση - Μέθοδος Hershfield Βροχόπτωση σχεδιασµού - Όµβριες καµπύλες Τελικές τιµές εφαρµογής Επιφανειακή αναγωγή ΠΛΗΜΜΥΡΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Ορθολογική µέθοδος Περίοδοι επαναφοράς Εκτίµηση του χρόνου συγκέντρωσης

4 6.6.4 Υπολογισµοί και αποτελέσµατα ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΧΑΡΤΗ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ Καµπύλες στάθµης - επιφάνειας - όγκου Νεκρός όγκος ταµιευτήρα Ωφέλιµος όγκος ταµιευτήρα Όγκος αποθήκευσης πληµµύρας ΤΡΙΣ ΙΑΣΤΑΤΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ (ΕΤΗΣΙΟ) Εκτίµηση των συνολικών κατακρηµνίσεων στην επιφάνεια της λεκάνης Κλιµατικά εδοµένα - Εκτίµηση της εξάτµισης υνητική εξατµοδιαπνοή Πραγµατική εξατµοδιαπνοή Εκτίµηση των υπόγειων εκροών Εκτίµηση της επιφανειακής απορροής ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ (ΕΤΗΣΙΟ) Εκτίµηση των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου ταµιευτήρα Εφαρµογή της εξίσωσης του υδατικού ισοζυγίου ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΜΗΝΙΑΙΑ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΗΓΗΣ ΑΛΜΥΡΟΥ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΧΑΡΤΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα µεταπτυχιακή εργασία αποτελεί µια πρώτη διερευνητική φάση για την δηµιουργία ταµιευτήρα στην περιοχή Τυλίσου Ηρακλείου Κρήτης και συγκεκριµένα στον χείµαρρο Ταβερώνα, ο οποίος αποτελεί παραπόταµο του Γαζανού ποταµού. Σκοπός ενός τέτοιου έργου θα είναι η αποταµίευση τόσο των νερών της επιφανειακής απορροής της λεκάνης όσο και των νερών της πηγής Αλµυρού Ηρακλείου, τις ηµέρες που αυτό είναι γλυκό. Η εργασία περιλαµβάνει επεξεργασία και ανάλυση των δεδοµένων ποιότητας και παροχής της υφάλµυρης πηγής Αλµυρού, των βροχοµετρικών δεδοµένων των σταθµών που βρίσκονται στην περιοχή µελέτης και των γεωλογικών δεδοµένων της περιοχής της υδρολογικής λεκάνης. Επίσης δίδεται µια εκτίµηση για τα µεγέθη της βροχόπτωσης και πληµµύρας σχεδιασµού υπολογίζοντας τις όµβριες καµπύλες της περιοχής µελέτης και χρησιµοποιώντας απλά µοντέλα βροχής απορροής. Για τον προσδιορισµό του υδατικού ισοζυγίου και κατά συνέπεια των επιφανειακών απορροών της λεκάνης απορροής του χειµάρρου Ταβερώνα στην προτεινόµενη θέση του φράγµατος χρησιµοποιήθηκαν εργαλεία όπως το Γεωγραφικό Σύστηµα Πληροφοριών της ESRI, ArcGIS 9.0 και το AutoCAD 2006 της AutoDesk. Τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των βροχοµετρικών δεδοµένων σε συνδυασµό µε τα γεωλογικά χαρακτηριστικά της περιοχής έδωσαν το υδρολογικό ισοζύγιο της λεκάνης µε επιφανειακή απορροή της τάξης των 6 hm 3 ανά έτος. Η ανάλυση των διαθέσιµων δεδοµένων ποιότητας παροχής βροχοπτώσεων για την πηγή Αλµυρού Ηρακλείου έδωσε τα παρακάτω αποτελέσµατα: 1. Υπολογίσθηκε ο µέσος όρος ηµερών "γλυκού νερού" ( Cl < 300 ppm) σε ηµέρες ανά έτος για τα 8 υδρολογικά έτη που διαθέτουµε πλήρεις ή σχεδόν πλήρεις µετρήσεις και εκτιµήθηκε για το σύνολο των µη πλήρων ετών σε 34 ηµέρες ανά έτος. 2. Ο τελικός αριθµός ηµερών "γλυκού νερού" (Cl < 300 ppm) που χρησιµοποιήθηκε στο υδατικό ισοζύγιο ορίσθηκε σε 30 ηµέρες ανά έτος (συντηρητική πρόβλεψη). 3. ιαπιστώθηκε ότι οι ηµέρες γλυκού νερού παρουσιάζονται ταυτόχρονα µε τις υψηλές παροχές της πηγής ( 12 m 3 /s) και ως εκ τούτου υπολογίστηκε ο εκµεταλλεύσιµος όγκος γλυκού νερού από την πηγή ίσος µε 31 hm 3 ετησίως. Στη συνέχεια δίνονται τα στοιχεία του φράγµατος λαµβάνοντας υπόψη δύο σενάρια, το πρώτο ορίζοντας την στέψη του υπερχειλιστή σε απόλυτο υψόµετρο +120 m και το δεύτερο στα +140 m. Το 1 ο σενάριο είναι εφικτό σύµφωνα µε την γεωλογική διερεύνηση που έγινε στην περιοχή ενώ για το 2 ο σενάριο πρέπει να γίνουν περαιτέρω 5

6 γεωλογικές έρευνες για να διαπιστωθεί αν τα πετρώµατα που βρίσκονται σε υψόµετρο µεγαλύτερο του +120 m είναι στεγανά ή υδροπερατά και η ευστάθεια των πρανών είναι ικανοποιητική. Τα στοιχεία του ταµιευτήρα για τα δύο σενάρια είναι: 1 ο σενάριο Υψόµετρο φυσικού εδάφους στη θέση του φράγµατος: +52 m Ανώτατη Στάθµη Αποθήκευσης (Στέψη Υπερχειλιστή): +120 m Κατωτάτη Στάθµη Αποθήκευσης: +85 m Επιφάνεια ταµιευτήρα: 0.44 km 2 Ωφέλιµος όγκος ταµιευτήρα: 9 hm 3 Νεκρός όγκος ταµιευτήρα: 1 hm 3 (τιµές από βιβλιογραφία) 2 ο σενάριο Υψόµετρο φυσικού εδάφους στη θέση του φράγµατος: +52 m Ανώτατη Στάθµη Αποθήκευσης (Στέψη Υπερχειλιστή): +140 m Κατωτάτη Στάθµη Αποθήκευσης: +85 m Επιφάνεια ταµιευτήρα: 0.8 km 2 Ωφέλιµος όγκος ταµιευτήρα: 21 hm 3 Νεκρός όγκος ταµιευτήρα: 1 hm 3 (τιµές από βιβλιογραφία) Το υδατικό ισοζύγιο του ταµιευτήρα µας τη δυνατότητα να εκτιµήσουµε την ποσότητα του νερού που θα µπορεί να µεταφέρεται κάθε έτος σ αυτόν από την πηγή Αλµυρού. Όπως είδαµε παραπάνω η εκµεταλλεύσιµη ποσότητα νερού της πηγής είναι πολύ µεγαλύτερη από την ωφέλιµη χωρητικότητα του ταµιευτήρα για οποιοδήποτε σενάριο. Συνεπώς κάθε έτος, ανάλογα µε τις επιφανειακές απορροές της λεκάνης, θα είναι δυνατή η πλήρωση του ταµιευτήρα µε επί πλέον νερό καλής ποιότητας από την πηγή Αλµυρού απ όπου θα αντλείται και θα µεταφέρεται τις ηµέρες βέλτιστης ποιότητας εκροών. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία συµπεραίνεται πως πρόκειται για έργο µεγάλης σηµασίας, ιδίως στην περίπτωση που γίνει εφικτό το 2 ο σενάριο τοποθέτησης της Ανώτατης Στάθµης Αποθήκευσης στα +140 m. Προφανώς πρέπει να γίνουν περαιτέρω έρευνες στην περιοχή για να διερευνηθεί κατά πόσο είναι οικονοµικά συµφέρουσα η κατασκευή ενός τέτοιου έργου και πώς αυτό εντάσσεται σ ένα µακροχρόνιο πρόγραµµα αειφορικής διαχείρισης των υδατικών πόρων. 6

7 EXTENDED ABSTRACT 1. Introduction It is known that the Prefecture of Heraklion Crete has intense problem of lack of water resources. For the partial cover of water demands of the town of Heraklion, a network of drills was made, aiming at the pumping of the water bearing layer that gives genesis in the Almyros spring of Heraklion. Underground waters are also pumped from regions east of the town of Heraklion, in Malia and Thrapsano. The Almyros spring could constitute the solution for the water resources problem of city of Heraklion because the water discharge for each year is on average m 3. The basic problem however is that the water is brackish and the mechanism of salinity has not been clarified completely up to today. There is however a possibility to utilize significant volumes of water for certain days per year where the water of the spring is fresh. The present postgraduate thesis is based on a former study (Monopolis, et al., 1996a) about the utilization of the Almyros spring of Heraklion Crete. One of the examined solutions was the building of a dam (water reservoir) in a sub-basin of Gazanos river that is determined by the proposed place of the dam. The aim of the water reservoir is to collect the basin surface run-off and also to collect the fresh water that will be transported in the reservoir by the Almyros spring, at the days where the water of the spring is fresh. However, the present postgraduate thesis constitutes a more systematic study about the proposed dam in the region of Tylisos, south of the Alymros spring and particularly in the Taveronas stream, which constitutes a tributary of Gazanos River. The study examines the water balance of the basin with the purpose of the optimal management of the water surface run-off and the fresh water of Almyros spring. Finally the quantities of design rainfall and flood are determined with the use of rainfall intensity-duration-frequency curves (IDF curves). Below in figures 1,2 the map of Greece and the map of the Prefecture of Heraklion appear and in figure 2 the exact position of the region of study is shown. 7

8 Fig. 1 Map of Greece with the area of interest This postgraduate thesis is composed of 9 chapters: 1 st chapter: Introduction. The basic plan of the available data processing is given. 2 nd chapter: Description of region of study from geological and tectonic viewpoint. 3 rd chapter: There is a description of the Almyros spring and the swampy system of the spring. The mechanism of water supply and salinity of the spring is analysed. The data of water quantity and quality of the spring associated with the time are analyzed. Finally, a previous study that concerns the estimation of days of fresh water per year is evaluated and modernized. 8

9 Gazanos River Fig.2 Map of the Heraklion Crete with the area of interest 4 th chapter: In this chapter the hydrological data and their processing with the use of Geographic Information System (G.I.S.) are presented. The vectorisation of geographic layers that will be used in the G.I.S. (hydrographic network, watershed, contours and elevation points) for the creation of Digital Elevation Model (D.E.M.) of the watershed and the calculation of geographic characteristics of the basin are presented. Finally the average annual surface rainfall is estimated with various methods of interpolation. 5 th chapter: The geological and hydrogeological data of the region of study are given (Hydrolithological classification, geology of the watershed, geology of catchment basin). 9

10 6 th chapter: Floods Study. The probable maximum precipitation [PMP] is estimated with the Hershfield method, the rainfall IDF curves for the region of study are calculated and finally the design flood is estimated with simple models. 7 th chapter: The elements of dam are calculated. The curves of level surface and level volume are given; the dead volume, the effective volume and the flood volume are estimated. 8 th chapter: Water balance. The water balance of the watershed is estimated in annual time step (precipitation, evaporation - evapotranspiration, underground flows and surface flow). Also the water balance of the reservoir is estimated in annual time step for the calculation of the fresh water taken from the Almyros spring. 9 th chapter: Conclusions - Proposals. The basic conclusions that result from the analysis - processing of the available data are given. Certain proposals for further study that should be done in the region of study are suggested so that the exported results are safer. 10

11 2. Results The results of the processed data are shown below: The analysis of the available data of water quality - discharge about the Almyros spring in relation with the rainfall gave the following results: 1. The average number of days with "fresh" water (Cl < 300 ppm) were found to be 46.5 days per year for the 8 hydrological years that we have complete * or almost complete quality measurements. For the rest of the 29 years of not complete quality measurements, the average number of days with "fresh" water was estimated to be 34 days per year. 2. The final number of days with "fresh" water (Cl < 300 ppm) that was used in the water balance was fixed in 30 days per year (conservative forecast). 3. It was found that the days of fresh water appear when the discharge of the spring is very high ( 12 m 3 /s) and consequently the exploitable volume of the fresh water from the spring was calculated to be 31 hm 3 per year (conservative forecast). The analysis with the use of G.I.S. gave us the possibility of calculation the D.E.M. of the watershed that appears in figure 3 below. Fig. 3 D.E.M. of Taveronas Basin * Complete measurements are considered to be the ones which are done in a weekly time step. 11

12 The calculation of D.E.M. gives the possibility of estimating the characteristics of the region of study which is usefull in the further analysis (estimation of water collection time, rainfall IDF curves, design rainfall, design flood). The average annual surface rainfall was estimated with various methods of interpolation. The most common method of Thiessen polygons is given in following figure 4. Fig.4 Thiessen polygons and the weight coefficients of the pluviometers The average annual surface rainfall of the basin was estimated to be mm. Thus for the basin of km 2 the equivalent volume of water will be hm 3. The analysis of geological maps of the basin gave a first picture for the permeability of the rocks. The results showed that the basin consists of rocks of high, mediocre and small permeability in percentages 52.1%, 13% and 34.9% respectively. The reservoir basin is structured from Neogene rocks, in their majority white-yellow marls with layers of marl limestones that usually are on top of the marls. The rocks of the wider region are practically impermeable while the area should be investigated with further geological mapping for permeable rocks. 12

13 The floods study was processed on the basis of the available hydrological data that were 30 years of daily rainfalls of stations around the basin. The estimation of the 24hr Probable Maximum Precipitation [PMP] was done with the Hershfield method and it gave the results that appear in the table 1 below: Pluviometer Kroyson Foinikia Anoyia Elevation (m) h PMP (mm) Table 1. 24hr PMP results with the Hershfield method The rainfall IDF curves of the basin were calculated based on the data of the most representative station (Kroyson) using the Gumbel-max distribution. The estimation of the design rainfall was very small compared to that of the flood study of another dam (using the General Extreme Values GEV distribution) near the town of Heraklion. Thus it was considered the best to calculate the IDF curves using the GEV distribution: ln(1 i = 0.74 d 1 ) Τ The quantities of rainfall intensity i (mm/hr) for various durations d (hr) and return periods T (years) are presented in table 2 based on the above relationship. T (years) d (hr) i (mm/hr) Table 2 Quantities of rainfall intensity (i) for various durations (d) and return periods (T) using the General Extreme Values GEV distribution 13

14 The elements of the reservoir have been calculated with the use of GIS and CAD applications. The level - surface and level - volume curves are presented below in figures 5,6. Level (m) Level - Surface Curve Area (km²) Fig. 5 The level surface curve of the reservoir Level (m) Level - Volume Curve Volume (hm³) Fig. 6 The level volume curve of the reservoir 14

15 The Maximum Level of Storage (M.L.S.) is placed in the +120 m elevation because of geological restrictions. If a further geological investigation has positive results as far as the permeability of the rocks is concerned, the M.L.S. could be placed in the +140 m elevation where the capacity of the reservoir is over doubled. Thus we consider two possible scenarios: 1 st scenario Surface Elevation: +52 m Maximum Level of Storage (Spillway crest): +120 m Minimum Level of Storage: +85 m Maximum Level of Flood: Not calculated Reservoir surface: 0.44 km 2 Effective volume of reservoir: 9 hm 3 Dead volume of reservoir: 1 hm 3 (quantities from bibliography) Volume of flood: Not calculated 2 nd scenario Surface Elevation: +52 m Maximum Level of Storage (Spillway crest): +140 m Minimum Level of Storage: +85 m Maximum Level of Flood: Not calculated Reservoir surface: 0.8 km 2 Effective volume of reservoir: 21 hm 3 Dead volume of reservoir: 1 hm 3 (quantities from bibliography) Volume of flood: Not calculated The water balance that was applied in the flow basin has annual time step and its result is the calculation of surface flow in 6 hm 3 per year. The reservoir water balance has also annual time step and differs depending on the scenario of placement the M.L.S in the +120 m or in the +140 m elevation. For the 1 st scenario it was calculated that the water taken from the Almyros spring is roughly 3 hm 3 per year while for the 2 nd scenario is calculated in 15 hm 3 per year. 15

16 3. Proposals 1. Installation of monitoring station for continuous follow-up of the quality and discharge of Almyros spring. The lack of systematic measurements makes students to apply mathematic models on insufficient data which has the consequence of bringing results with limited reliability. 2. Installation of hyetograph instead of the pluviometer stations that exist in the region of study. The data that the hyetographs provide are of very small discrete timing, class of 30 min or even smaller, depending on the regulation of the recording mechanism. In this way we could follow-up the variation of rainfall intensity and export the maximum values of rainfall in various time scales (0.5hr, 1hr, 2hr, 3 hr, 6hr, 12hr, 24hr). The data can be used for the statistical analysis of extreme rainfalls with the use of rainfall IDF curves that give the possibility to estimate the design rainfall in a floods study. 3. Installation of a hydrometer station in the proposed place of the dam aiming at the compilation of level discharge curves and the creation of hydrographs. In this way we can estimate the average discharge of the river Taveronas for specific time step. Also based on the data of rain and flow we can estimate the unit hydrograph of the hydrologic basin and in consequence the maximum flow hydrograph at the place of the station. Other proposals that have to do with the region of study are: 1. Geological mapping of the reservoir basin in 1:1.000, 1:2.000 scales for the investigation of possible places where permeable rocks exist. If their surface spread is above the +140 m or still more highly, or if their extent is limited and can become water-proofing, then the possibility of a bigger reservoir of over double capacity exists (2 nd scenario). 2. Geological mapping of 1:500 scale of the area of foundation and geotechnical research. 3. Research for the existence and appropriateness of materials to be used in the construction of the dam. 16

17 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Είναι γνωστό ότι ο Νοµός Ηρακλείου Κρήτης έχει ιδιαίτερο πρόβληµα έλλειψης υδατικών πόρων. Προκειµένου να καλυφθούν µερικώς οι υδρευτικές ανάγκες της πόλης του Ηρακλείου, κατασκευάσθηκε από την ηµοτική Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Ηρακλείου (.Ε.Υ.Α.Η.) δίκτυο γεωτρήσεων, µε σκοπό την άντληση του υδροφορέα που δίνει γένεση στην πηγή Αλµυρού Ηρακλείου. Πέραν των γεωτρήσεων αυτών για την ύδρευση της πόλης αντλούνται υπόγεια νερά και από τον καρστικό υδροφορέα των Μαλίων και από τους κοκκώδεις υδροφορείς του Θραψανού µε πολυάριθµες γεωτρήσεις. Οι αυξηµένες ανάγκες γενικά τόσο για ύδρευση όσο και για άρδευση έχουν οδηγήσει σε πολλές περιπτώσεις στην υπεράντληση των υπόγειων υδροφορέων, σε διάφορες περιοχές του νοµού, µε αποτέλεσµα την πτώση της στάθµης του υδροφόρου ορίζοντα και εν συνεχεία την αναπόφευκτη για τους παραλιακούς υδροφορείς υφαλµύρωση των νερών γεγονός που τα καθιστά µη εκµεταλλεύσιµα. Έτσι η συνεχής αναζήτηση για υδατικούς πόρους έχει φέρει στην επιφάνεια πολλές προτάσεις όπως την κατασκευή φραγµάτων, ταµιευτήρων, στοών υδροσυλλογής και άλλων τεχνικών έργων για την εκµετάλλευση των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων. Η πηγή του Αλµυρού Ηρακλείου θα µπορούσε να αποτελέσει την λύση για το υδρευτικό πρόβληµα της πόλης του Ηρακλείου µιας και οι όγκοι νερού που εκφορτίζονται κάθε χρόνο είναι κατά µέσο όρο m 3. Το βασικό πρόβληµα όµως είναι ότι το µεγαλύτερο µέρος από τα νερά αυτά είναι υφάλµυρο και ο µηχανισµός της υφαλµύρωσης δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως µέχρι σήµερα. Παρόλα αυτά, υπάρχει δυνατότητα εκµετάλλευσης σηµαντικών όγκων νερού για κάποιες µέρες το χρόνο όπου το νερό της πηγής είναι γλυκό. Η µεταπτυχιακή αυτή εργασία ξεκίνησε µε αφορµή την αναγνωριστική έκθεση "Υ ΑΤΟΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑΣ ΓΑΖΑΝΟΥ" που έχει συνταχθεί στα πλαίσια ερευνητικού προγράµµατος του Πολυτεχνείου Κρήτης (Μονόπωλης, κ.α., 1996α), για την αξιοποίηση των πηγών Αλµυρού Ηρακλείου. Σκοπός του ερευνητικού προγράµµατος ήταν η αναζήτηση λύσης για ασφαλή, µακρόχρονη και ικανοποιητική ύδρευση της πόλης Ηρακλείου από τον καρστικό υδροφορέα που δίνει γένεση στις παραπάνω πηγές. Μια από τις εξεταζόµενες λύσεις ήταν και η κατασκευή φράγµατος (υδατοταµιευτήρα) στην υπολεκάνη του Γαζανού ποταµού, που προσδιορίζεται από την προτεινόµενη θέση του φράγµατος και σκοπός του οποίου είναι να συλλέγει τα 17

18 νερά της επιφανειακής απορροής της λεκάνης και επιπρόσθετα να αποταµιεύει το "γλυκό" νερό που θα µεταφέρεται στον ταµιευτήρα από την πηγή Αλµυρού, κατά τις µέρες που το νερό της πηγής είναι καλής ποιότητας. Η παρούσα µεταπτυχιακή εργασία αποτελεί µια συστηµατικότερη µελέτη για την κατασκευή του προτεινόµενου φράγµατος στην περιοχή Τυλίσου, νότια της πηγής Αλµυρού και συγκεκριµένα στον χείµαρρο Ταβερώνα, ο οποίος αποτελεί παραπόταµο του Γαζανού ποταµού. Εξετάζεται το υδατικό ισοζύγιο της περιοχής µελέτης µε σκοπό να γίνει µια βέλτιστη διαχείριση του νερού τόσο των επιφανειακών απορροών, όσο και των νερών της πηγής Αλµυρού. Επίσης προσδιορίζονται τα µεγέθη της βροχόπτωσης και πληµµύρας σχεδιασµού του υπερχειλιστή και της σήραγγας εκτροπής για διάφορες διάρκειες και περιόδους επαναφοράς. 1.2 εδοµένα - Επεξεργασία Τα δεδοµένα που συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν στα πλαίσια αυτής της µεταπτυχιακής εργασίας είναι: 1) Τοπογραφικοί χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (Γ.Υ.Σ.) κλίµακας 1: και 1:5.000, 2) Γεωλογικοί χάρτες του Ι.Γ.Μ.Ε. κλίµακας 1:50.000, 3) Βροχοµετρικά δεδοµένα (µηνιαία και ηµερήσια) 4 σταθµών στην περιοχή µελέτης από την αρχή λειτουργίας τους µέχρι το έτος 2004, 4) Στοιχεία πηγής Αλµυρού Ηρακλείου (χλωριόντα συναρτήσει του χρόνου για τα έτη και µηνιαίες παροχές της πηγής για τα έτη ), 5) Επεξεργασία και επικαιροποίηση της µελέτης "Ηµέρες Γλυκού Νερού" µε νεότερα δεδοµένα 10 επιπλέον ετών, 6) Επεξεργασία των χαρτών και προσδιορισµός της λεκάνης απορροής από τη θέση του προτεινόµενου φράγµατος µε την χρήση Συστηµάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π. G.I.S.), 7) Προσδιορισµός της λεκάνης κατάκλυσης του φράγµατος και υπολογισµός καµπυλών στάθµης επιφάνειας όγκου, 8) Προσδιορισµός της βροχόπτωσης και πληµµύρας σχεδιασµού για διάφορες διάρκειες και περιόδους επαναφοράς, 9) Προσδιορισµός του υδατικού ισοζυγίου και εκτίµηση της επιφανειακής βροχόπτωσης µε χρήση Συστηµάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π. G.I.S.). 18

19 2. Περιγραφή της περιοχής µελέτης 2.1 Γενικά Η περιοχή της µελέτης εκτείνεται µεταξύ της ορεινής µάζας του Ψηλορείτη και της πεδινής ή λοφώδους λεκάνης του Ηρακλείου. Λόγω της θέσης της αυτής, παρουσιάζει γεωλογικά χαρακτηριστικά τα οποία συνδέονται στενά, τόσο µε την γεωλογική εξέλιξη του Ψηλορείτη, όσο και µε την εξέλιξη της νεογενούς λεκάνης του Ηρακλείου. 2.2 Γεωλογικά - Τεκτονικά χαρακτηριστικά Στα δυτικά της περιοχής Τυλίσου βρίσκεται η µάζα του Ψηλορείτη, που αποτελείται κυρίως από ασβεστολιθικούς σχηµατισµούς. Τα βαθύτερα στρώµατα περιλαµβάνουν τους πλακώδεις µεταµορφωµένους ασβεστόλιθους της Ιονίου ζώνης, ενώ στα ανωτέρα στρώµατα συναντούµε τους ασβεστόλιθους και δολοµίτες της ζώνης της Τρίπολης. Μεταξύ των δύο ασβεστολιθικών σειρών παρεµβάλλεται η σχιστολιθική σειρά των Φυλλιτών, η οποία είναι παχύτερη στον βόρειο τοµέα του Ψηλορείτη και λεπτότερη (ή λείπει, τελείως) στον νότιο τοµέα. Ανατολικά της περιοχής Τυλίσου, αναπτύσσεται η λεκάνη του Ηρακλείου, που αποτελείται από νεογενείς σχηµατισµούς: γκρι µάργες και κροκαλοπαγή του Τορτονίου, µαργαϊκούς ασβεστόλιθους και γύψους του Μεσσηνίου και κίτρινες µάργες του Πλειόκαινου. Στην επιφάνεια της λεκάνης σπανίως εµφανίζεται το προνεογενές υπόβαθρο της. Σε ορισµένα σηµεία, όπου αυτό έχει εντοπισθεί, πρόκειται συνήθως για ασβεστόλιθους ή φλύσχη της σειράς της Τρίπολης. Από τεκτονικής πλευράς παρατηρείται, ότι η περιοχή που σήµερα αντιστοιχεί στην λεκάνη του Ηρακλείου, βυθίσθηκε µετά το Νεογενές, ενώ συγχρόνως η περιοχή του Ψηλορείτη ανυψώθηκε σηµαντικά. Η σχετική κατακόρυφη µετακίνηση ξεπερνά τα 1000 m και συντελέσθηκε κατά µήκος σηµαντικών ρηγµάτων, που δηµιουργήθηκαν κατά µήκος της νοητής γραµµής Άνω Ασιτών - Τυλίσου. Στην περιοχή αυτή τα ρήγµατα έχουν διεύθυνση Β Ν και έχουν προκαλέσει την κλιµακωτή και προοδευτική βύθιση των ασβεστόλιθων του Ψηλορείτη προς τα ανατολικά, όπου και καλύπτονται από το Νεογενές της Λεκάνης του Ηρακλείου. Από υδρογεωλογική σκοπιά σηµειώνεται, ότι στην ασβεστολιθική µάζα του Ψηλορείτη αναπτύσσεται το υδροφόρο σύστηµα του Αλµυρού Ηρακλείου. Το σύστηµα αυτό πήρε την ονοµασία του από την οµώνυµη πηγή, που εµφανίζεται στην βάση του υψώµατος της Κέρης, σε απόσταση 1 km περίπου από την παραλία. Από 19

20 µελέτες (Κ. Μπεζές, 1992) υπολογίσθηκε ότι η επιφανειακή λεκάνη απορροής, που αναλογεί στην τροφοδοσία της πηγής του Αλµυρού, έχει έκταση 200 km 2. Εκτός από το σύστηµα του Αλµυρού, θα πρέπει να αναφερθεί, ότι στη νεογενή λεκάνη αναπτύσσεται καρστικός υδροφορέας µέσα σε µαργαϊκούς ασβεστόλιθους και γύψους του Μεσσηνίου. Όµως λόγω του µικρού σχετικά πάχους των στρωµάτων αυτών και των πολυάριθµων µικρορηγµάτων που διασχίζουν την λεκάνη του Ηρακλείου, ο υδροφορέας του Μεσσηνίου δεν είναι ενιαίος. Η τροφοδοσία του από τα νερά των βροχών φαίνεται ότι είναι περιορισµένη, διότι το Μεσσήνιο καλύπτεται συνήθως από πλειοκαινικές µάργες. Από υδροχηµικής πλευράς σηµειώνεται, ότι το νερό του υδροφορέα του Μεσσηνίου είναι γενικά ακατάλληλο για πόση, επειδή περιέχει µεγάλη ποσότητα αλάτων, θειικών και ασβεστίου, προερχόµενων από την διάλυση της γύψου. Στην στενή περιοχή της Τυλίσου συναντάµε το Νεογενές να καλύπτει µε ένα στρώµα πάχους m τον φλύσχη και τους ασβεστοδολοµίτες της ζώνης της Τρίπολης, καθώς και τους φυλλίτες και τους υποκείµενους πλακώδεις ασβεστόλιθους. Με γεωτρήσεις είναι δυνατόν να συναντηθεί τόσο ο υδροφορέας του Μεσσηνίου (στα ανώτερα στρώµατα), όσο και ο βαθύτερος υδροφορέας των ασβεστόλιθων της Τρίπολης (στα κατώτερα στρώµατα). Καµία γεώτρηση µέχρι σήµερα δεν συνάντησε τους φυλλίτες ή τους πλακώδεις ασβεστόλιθους. Όπως αποδείχθηκε (Κ. Μπεζές, 1992), ο υδροφορέας της Τρίπολης στην περιοχή της Τυλίσου αποτελεί, ένα υποσύστηµα του ευρύτερου καρστικού συστήµατος του Ψηλορείτη, το οποίο ονοµάσθηκε Λεκάνη Τυλίσου. Προς βορρά τα όρια της λεκάνης φθάνουν µέχρι το ύψωµα της Κέρης. Προς τις άλλες όµως διευθύνσεις τα όρια της λεκάνης είναι ασαφή, διότι υπάρχει επικοινωνία µε τα γειτονικά υποσυστήµατα του Ψηλορείτη (Αστυρακίου, Κρουσώνα, Ασιτών). Στο Σχήµα 2.1 που ακολουθεί φαίνεται ο χάρτης του νοµού Ηρακλείου και στο πλαίσιο η ευρύτερη περιοχή µελέτης. 20

21 Γαζανός Ποταµός Σχήµα 2.1 Χάρτης του νοµού Ηρακλείου (στο πλαίσιο φαίνεται η ευρύτερη περιοχή ενδιαφέροντος) 21

22 3. ΠΗΓΗ ΑΛΜΥΡΟΥ ΗΜΕΡΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ 3.1 Γενικά στοιχεία Περιγραφή της πηγής Η πηγή του Αλµυρού εµφανίζεται στην βάση της απόκρηµνης ασβεστολιθικής πλαγιάς του ρήγµατος του Αλµυρού, το οποίο διαχωρίζει το ύψωµα της Κέρης από την νεογενή λεκάνη του Ηρακλείου. Η πηγή βρίσκεται 8 km ανατολικά του Ηρακλείου και 1 km περίπου από την παραλία. Το νερό αναβλύζει µέσα από ένα κατακόρυφο χοανοειδές άνοιγµα, διαµέτρου 50 m περίπου. Σε περιόδους υψηλών παροχών εµφανίζεται µία δευτερεύουσα έξοδος νερού, στην πλευρά των βράχων, που ονοµάζεται "βενετικό σπήλαιο ή παράθυρο". Το επίπεδο του νερού βρισκόταν µέχρι το 1977 σε υψόµετρο 2 3 m και ρυθµιζόταν από ένα µικρό φράγµα. Μετά το 1977, και την δηµιουργία µεγαλύτερου φράγµατος, η ρύθµιση της στάθµης του νερού γίνεται σε υψόµετρο µεταξύ 3 και 10 m περίπου. Η παροχή της πηγής σε υφάλµυρο νερό κυµαίνεται µεταξύ 3.5 και 50 m 3 /sec µε µέση ηµερήσια παροχή 7 8 m 3 /sec. Το νερό είναι υφάλµυρο κατά την µεγαλύτερη περίοδο του έτους, λόγω ανάµιξης του νερού του υδροφορέα µε νερό της θάλασσας. H περιεκτικότητα του νερού σε χλωριόντα µεταβάλλεται ετησίως από 6000 έως 20 ppm και είναι αντιστρόφως ανάλογη της παροχής της πηγής, όταν η τελευταία είναι µικρότερη από 12 m 3 /sec Φαράγγι και υγρότοπος Αλµυρού Το υγροτοπικό σύστηµα του Αλµυρού αποτελείται από µια πηγή µε σηµαντική παροχή υφάλµυρου νερού, από ένα φράγµα που συλλέγει το υφάλµυρο νερό της πηγής και από ένα ποταµό µόνιµης ροής ο οποίος µεταφέρει το νερό σε µια απόσταση m µέχρι τη θάλασσα. Στις εκβολές του ποταµού σχηµατίζεται δέλτα. Η ακτή στα πλάγια της εκβολής είναι αµµώδης µε λίγους αµµόλοφους. Στο παρελθόν, ανάµεσα στους δύο βραχίονες του δέλτα υπήρχε ένα έλος σε αρκετά καλή κατάσταση, το οποίο όµως σήµερα έχει αισθητά περιοριστεί και υποβαθµιστεί λόγω της τουριστικής δραστηριότητας στην περιοχή. Στην παραλία του Αλµυρού λειτουργεί ο υποσταθµός της ΕΗ Ηρακλείου ο οποίος χρησιµοποιεί το νερό του ενός κλάδου του δέλτα του ποταµού (βλ. Φωτ. 3.1). Επάνω από τον υγρότοπο του Αλµυρού στην είσοδο του φαραγγιού υπάρχει µια συστάδα φοινίκων. 22

23 Το υδρολογικό σύστηµα του Αλµυρού (πηγή, έλος, ποτάµι και δέλτα) µαζί µε το φαράγγι του Αλµυρού αποτελούν µια τοποθεσία πολύ σηµαντική για την Κρήτη για τους παρακάτω λόγους: 1. εξαιτίας του περιορισµένου γενικά αριθµού σωµάτων επιφανειακών νερών στην Κρήτη, 2. εξαιτίας της µεγάλης ποικιλίας βιοτόπων σε µια µικρή σχετικά έκταση, 3. εξαιτίας της παρουσίας πολλών ενδηµικών και σπάνιων ειδών της χλωρίδας, καθώς και της παρουσίας του φοίνικα. Επίσης η πανίδα των ερπετών και των αµφιβίων είναι πλούσια, 4. εξαιτίας της σπουδαιότητας της περιοχής για τα µεταναστευτικά πουλιά και την αναπαραγωγή των παρυδάτιων πουλιών. Ένα είδος θηλαστικού και τα σηµαντικά αµφίβια και ερπετά της περιοχής καθώς και ένα είδος χλωρίδας προστατεύονται από την ελληνική Νοµοθεσία (Π.. 67/81). Οι βιότοποι στο έλτα του Αλµυρού ποταµού και οι αµµόλοφοι στην παραλία έχουν υποβαθµιστεί πολύ εξαιτίας του υποσταθµού της ΕΗ και της τουριστικής δραστηριότητας στην περιοχή. Αυτοί οι δύο παράγοντες πρέπει να τεθούν υπό έλεγχο. Το κυνήγι, η βόσκηση και η οικοδοµική δραστηριότητα πρέπει επίσης να τεθούν υπό έλεγχο καθόσον προκαλούν πιέσεις στα οικοσυστήµατα του Αλµυρού. Φωτ. 3.1 Ο υδροβιότοπος του Αλµυρού ποταµού και ο σταθµός της ΕΗ 23

24 3.2 Λεκάνη τροφοδοσίας της πηγής του Αλµυρού Η έκταση της λεκάνης τροφοδοσίας της πηγής του Αλµυρού Ηρακλείου ανέρχεται σε 200 km 2. Μέσα στην έκταση αυτή περιλαµβάνεται φυσικά και το υποσύστηµα της Τυλίσου και της Κέρης. Η θερµοκρασία του νερού των υδροφορέων Τυλίσου και Κέρης είναι σταθερή C, ενώ του Αλµυρού είναι µεταβαλλόµενη µεταξύ C. To γεγονός αυτό δείχνει ότι το νερό των υδροφορέων Τυλίσου - Κέρης, πριν φθάσει στην πηγή του Αλµυρού, αναµιγνύεται µε µεγάλες ποσότητες ψυχρότερου νερού, µε αποτέλεσµα το µίγµα να έχει την παρατηρούµενη στην πηγή θερµοκρασία. Το ψυχρότερο νερό πρέπει να ανήκει σε ένα υδροφορέα του Ψηλορείτη, που έχει θερµοκρασία 13.5 έως 14.0 C και παροχή περίπου 2.5 έως 4.5 φορές µεγαλύτερη από την παροχή του υδροφορέα της Τυλίσου Κέρης, ώστε από την ανάµιξη να προκύπτει το νερό της πηγής του Αλµυρού. Ο ευρύτερος αυτός υδροφορέας, ονοµάζεται (βλ. Κ. Μπεζές, 1992) υδροφορέας της Ίδης και περιλαµβάνεται στο καρστικό υποσύστηµα της Ίδης. Το καρστικό υποσύστηµα της Ίδης, εκτός του ότι έχει µεγαλύτερη λεκάνη τροφοδοσίας από το σύστηµα της Τυλίσου (περίπου 160 km 2 έναντι 40 km 2 της Τυλίσου, όπως προκύπτει από τις παραπάνω αναλογίες), εµφανίζει και ταχύτερη κυκλοφορία. Έτσι, στην διάρκεια του έτους το νερό της Ίδης παρουσιάζει διακυµάνσεις της θερµοκρασίας του, που εκδηλώνονται στην πηγή του Αλµυρού, κατά την εποχή τήξης των χιονιών του Ψηλορείτη. Ο υδροφορέας της Ίδης, µε την χαµηλή θερµοκρασία νερού, δεν έχει εντοπισθεί µέχρι σήµερα από τις γεωτρήσεις, που έχουν κατασκευασθεί στην περιοχή Τυλίσου Κέρης. Είναι πολύ πιθανό να βρίσκεται σε µεγάλο βάθος και να περιέχεται µέσα στους πλακώδεις ασβεστόλιθους της Ιονίου ζώνης, που υπόκεινται των ασβεστολίθων της ζώνης της Τρίπολης και των φυλλιτών. Σύµφωνα µε παλιότερη µελέτη (βλ. Κ. Μπεζές, 1992), επιβεβαιώνεται εµµέσως η ύπαρξη του υδροφορέα της Ίδης από την ανωµαλία (υπερύψωση στο διπλάσιο απόλυτο υψόµετρο) της πιεζοµετρίας στην περιοχή γεωτρήσεων της περιοχής. Κατά την γνώµη του µελετητή Κ. Μπεζέ, στην περιοχή συγκεκριµένης γεώτρησης (βλ. Κ. Μπεζές, 1992), το νερό του υδροφορέα της Ίδης εισβάλλει στον υδροφορέα της Τυλίσου, προερχόµενο από µεγάλο βάθος, που δεν έχει ακόµη ερευνηθεί από τις γεωτρήσεις. Εάν υποτεθεί ότι ο υδροφορέας της Ίδης αναπτύσσεται µέσα στα µάρµαρα της Ιονίου ζώνης, τότε αυτό σηµαίνει ότι στην περιοχή αυτή, το νερό του υδροφορέα της Ίδης, 24

25 έχοντας µεγάλη πίεση, κατορθώνει να περάσει µέσα από το φυλλιτικό στρώµα, που αποτελεί το υπόβαθρο των ασβεστόλιθων της ζώνης της Τρίπολης, και να εισχωρήσει στον υδροφορέα της Τυλίσου. Η δίοδος µέσα από το φυλλιτικό στρώµα είναι πιθανόν να έχει διευκολυνθεί, είτε από το γεγονός ότι οι φυλλίτες έχουν πολύ µικρό πάχος στην περιοχή, είτε από την παρουσία κάποιου ρήγµατος (π.χ. ρήγµα Τυλίσου ή ρήγµα Κουµπέδων). Μετά την ανάµιξη του ψυχρού νερού της Ίδης µε το θερµό νερό της Τυλίσου, το µίγµα ακολουθεί πορεία βορειοανατολική και µετά από διαδροµή 2.5 km φθάνει στην πηγή του Αλµυρού. Η διαδροµή αυτή πρέπει να γίνεται σε µεγάλο βάθος, πιθανώς από ένα περιορισµένο αριθµό αγωγών µεγάλη διατοµής. Η περιγραφή των παραπάνω φαινοµένων αποκτά ιδιαίτερη σπουδαιότητα εάν συσχετισθεί µε τον µηχανισµό υφαλµύρωσης της πηγής του Αλµυρού, διότι εάν αποδειχθεί ότι το ψυχρό νερό της Ίδης είναι συγχρόνως και το υφάλµυρο, που τροφοδοτεί την πηγή του Αλµυρού, τότε εξηγείται πλήρως η συµπεριφορά του Αλµυρού. 3.3 Ο µηχανισµός τροφοδοσίας και υφαλµύρωσης της πηγής του Αλµυρού Όπως αναφέρθηκε στην παρ. 3.2, το νερό της πηγής του Αλµυρού έχει θερµοκρασία C, ενώ στον υδροφορέα της Τυλίσου, που αναπτύσσεται µέσα σε ασβεστόλιθους της ζώνης της Τρίπολης, παρατηρήθηκε σταθερή θερµοκρασία νερού C. Η θερµοκρασία των C της πηγής του Αλµυρού είναι ελαφρά υψηλότερη από την συνηθισµένη θερµοκρασία των πηγών της Κρήτης που τροφοδοτούνται από υψηλά όρη µε χιονοπτώσεις κατά τον χειµώνα. Ενδεικτικά, στον παρακάτω Πίνακα Ι αναφέρονται µερικές από τις θερµοκρασίες των πηγών (Ν.Ε. Κουρµούλης Απογραφή των Καρστικών Πηγών της Ελλάδος Κρήτη, ΙΓΜΕ, 1979). 25

26 Πίνακας Ι Απογραφή καρστικών πηγών και ενδεικτικές θερµοκρασίες των νερών Πηγή Θερµοκρασία ( C) Μαλαύρα Λασιθίου 16.5 Ψυχρό Λασιθίου 14.1 Κεφαλόβρυσο Καλαµαύκας 14.2 Αλµυρός Αγ. Νικολάου 14.8 Λουτράκι Βιάννου 13.6 Αλµυρός Ηρακλείου 15.9 Φοντάνα Γέργερης 14.0 Μάτι Ζαρού 13.6 Αλµυρή Πανόρµου 14.2 Κουρταλιώτη 14.0 Αλµυρός Γεωργιούπολης 14.8 Αρµένων 11.8 Στύλου 11.7 Αγιάς Χανίων 13.4 Από τα παραπάνω συµπεραίνεται, ότι εκτός του υδροφορέα Τυλίσου Κέρης, υπάρχει και ο βαθύς και ψυχρός υδροφορέας της Ίδης, που τροφοδοτεί την πηγή του Αλµυρού. Όπως αναφέρθηκε ήδη στην παρ. 3.2 το σηµείο ανάµιξης των νερών των υδροφορέων Τυλίσου και Ίδης είναι πολύ πιθανό να βρίσκεται στην περιοχή που απέχει 2.5 km νοτιοδυτικά του Αλµυρού, διότι στην ζώνη αυτή παρατηρείται σηµαντική τοπική αύξηση των φορτίων, που δηλώνει είσοδο µεγάλων ποσοτήτων νερού προς τον υδροφορέα της Τυλίσου. Η εισβολή του νερού γίνεται εκ των κάτω και µε µεγάλη πίεση. Η µεγάλη πίεση που επικρατεί στον υδροφορέα της Ίδης και το µεγάλο βάθος στο οποίο βρίσκεται αυτός (αφού δεν έχει εντοπισθεί από γεωτρήσεις βάθους µεγαλυτέρου των 350 m), δείχνουν ότι ο υδροφορέας αυτός αναπτύσσεται µέσα στους πλακώδεις ασβεστόλιθους της Ιονίου ζώνης. Το φυλλιτικό στρώµα που υπέρκειται των πλακωδών ασβεστόλιθων, αποµονώνει µεταξύ τους σε µεγάλο βαθµό τους υδροφορείς Ίδης και Τυλίσου και εγκλωβίζει τον υδροφορέα της Ίδης. Το νερό του τελευταίου υδροφορέα δεν µπορεί να διαφύγει προς την θάλασσα (βορείως του Αλµυρού) µε αποτέλεσµα να αναπτύσσονται στο εσωτερικό του ισχυρά σχετικώς φορτία. Η µόνη διέξοδος που υπάρχει φαίνεται ότι βρίσκεται στην προαναφερθείσα ζώνη, όπου το νερό του υδροφορέα της Ίδης τροφοδοτεί εκ των κάτω τον υδροφορέα της Τυλίσου και κατ' επέκταση την πηγή του Αλµυρού. Η χαµηλή θερµοκρασία του 26

27 νερού του υδροφορέα της Ίδης οφείλεται στο µεγάλο υψόµετρο της λεκάνης τροφοδοσίας. Υπενθυµίζεται ότι οι πλακώδεις ασβεστόλιθοι εκτείνονται µέχρι τις κορυφές του Ψηλορείτη ( m). Επειδή όµως η πηγή του Αλµυρού είναι, υφάλµυρη, ενώ ο υδροφορέας της Τυλίσου έχει γλυκό νερό, είναι λογικό να υποτεθεί ότι το νερό του υδροφορέα της Ίδης, εκτός από ψυχρό, είναι και υφάλµυρο, µε αποτέλεσµα να προκαλεί την υφαλµύρωση, τόσο του υδροφορέα της Τυλίσου όσο και της πηγής του Αλµυρού. Η υπόθεση αυτή ενισχύεται από την µελέτη της εξέλιξης της υφαλµύρωσης στις γεωτρήσεις της Τυλίσου. Η υφαλµύρωση υπήρξε ένα καθολικό φαινόµενο, που εξελίχθηκε πολύ γρήγορα, ακόµη και στις γεωτρήσεις που βρίσκονται σε µεγάλη απόσταση από την πηγή του Αλµυρού. Η εξέλιξη αυτή δείχνει ότι η πηγή του υφάλµυρου νερού βρισκόταν πολύ κοντά στις γεωτρήσεις, πιθανότατα κάτω από αυτές, πριν ακόµη αρχίσουν οι αντλήσεις. Με την έναρξη των αντλήσεων το υφάλµυρο νερό µετακινήθηκε προς τα επάνω, επηρεάζοντας όλες τις γεωτρήσεις. Στην πηγή του Αλµυρού οι µεταβολές της αλατότητας και της θερµοκρασίας γίνονται µε µεγάλη ταχύτητα, της τάξης µερικών ωρών. Μετά την διατύπωση των παραπάνω υποθέσεων, σχετικά µε την ανάµιξη των νερών των υδροφόρων οριζόντων Τυλίσου και Ίδης, πρέπει να διερευνηθεί εάν αυτές επιβεβαιώνονται από τα παρατηρούµενα στην πηγή φαινόµενα. 27

28 3.4 Στοιχεία ποσότητας ποιότητας Ο όγκος εκφορτιζόµενου νερού στην πηγή Αλµυρού κυµαίνεται µεταξύ 165 και hm 3 ανά έτος µε µέση υπερετήσια εκφόρτιση hm 3, σύµφωνα µε µετρήσεις της Υ.Ε.Β. τα τελευταία 30 χρόνια. Όπως αναφέρθηκε προηγούµενα, η παροχή της πηγής σε υφάλµυρο νερό κυµαίνεται µεταξύ 3.5 και 50 m 3 /sec µε µέση ηµερήσια παροχή 7 8 m 3 /sec. Επίσης έχει παρατηρηθεί ότι όταν η παροχή ξεπερνάει τα 12 m 3 /sec τότε το νερό είναι σχεδόν γλυκό. Στον συγκεντρωτικό Πίνακα 3.1 δίνεται ο µηνιαίος όγκος νερού σε hm 3 που πηγάζει από τον Αλµυρό για τα έτη Πίνακας 3.1 Μηνιαίος όγκος νερού της πηγής Αλµυρού σε hm 3 (πηγή: Υ.Ε.Β.) Υ Ρ. ΕΤΟΣ ΣΕΠ. ΟΚΤ. ΝΟΕ. ΕΚ. ΙΑΝ. ΦΕΒ. ΜΑΡ. ΑΠΡ. ΜΑΙ. ΙΟΥΝ. ΙΟΥΛ. ΑΥΓ. ΕΤΗΣΙΟΣ Μέση τιµή Ελάχιστη Μέγιστη

29 Παρακάτω στο Σχήµα 3.1 δίνεται το διάγραµµα διακύµανσης της µέσης παροχής της πηγής Αλµυρού συναρτήσει του χρόνου για τη δεκαετία Q (m3/s) ιακύµανση της παροχής της πηγής Αλµυρού τη δεκαετία ΣΕΠ. ΟΚΤ. ΝΟΕ. ΕΚ. ΙΑΝ. ΦΕΒ. ΜΑΡ. ΑΠΡ. ΜΑΙ. ΙΟΥΝ. ΙΟΥΛ. ΑΥΓ Σχήµα 3.1 Μέση παροχή της πηγής Αλµυρού για τα έτη 1990 έως 2000 Τα στοιχεία ποιότητας συναρτήσει του χρόνου δίνονται σε µορφή διαγραµµάτων στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 και προέρχονται από σχεδόν * εβδοµαδιαίες µετρήσεις χλωριόντων (ppm Cl ) για κάθε έτος από το µέχρι και το Στην επόµενη παράγραφο ακολουθεί µια ανάλυση των στοιχείων ποιότητας συναρτήσει του χρόνου και των βροχοπτώσεων. Συγκεκριµένα πρόκειται για την επικαιροποίηση της µελέτης "ΗΜΕΡΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ" (Μονόπωλης, κ.α., 1996β) που έγινε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου "ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΠΗΓΩΝ ΑΛΜΥΡΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ". * Αναλυτικότερα στοιχεία για την συχνότητα των µετρήσεων ανα έτος υπάρχουν στην παρ. 3.5 "Ηµέρες Γλυκού Νερού επικαιροποίηση της µελέτης" 29

30 3.5 "ΗΜΕΡΕΣ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ" - Επικαιροποίηση προγενέστερης µελέτης Στην παρούσα εργασία έγινε επικαιροποίηση της προγενέστερης µελέτης (Μονόπωλης κ.ά.,1996β) προσθέτοντας δεδοµένα επιπλέον 10 ετών. Για τα τελευταία 10 έτη (1994 έως 2004) ψηφιοποιήθηκαν τα δεδοµένα ποιότητας (ppm Cl ) συναρτήσει του χρόνου (πηγή: Υ.Ε.Β. Ηρακλείου) και εξήχθησαν τα διαγράµµατα που δίνονται στο ΠΑΡΑΤΗΜΑ 3. Παρακάτω στο Σχήµα 3.2 δίνεται ενδεικτικά η διακύµανση των χλωριόντων κατά τη διάρκεια του υδρολογικού έτους (µε κόκκινη γραµµή φαίνεται το όριο των 300 ppm Cl ). Να τονιστεί στο σηµείο αυτό πως εµφανίζεται έντονα το πρόβληµα των ελλιπών και µη συστηµατικών µετρήσεων ποιότητας των νερών της πηγής. Συγκεκριµένα, όπως αναφέρεται και παρακάτω, από τα 37 έτη που υπάρχουν δεδοµένα βροχοπτώσεων και ποιότητας, µόνο τα 8 έτη καλύπτονται από συστηµατικές * µετρήσεις ποιότητας, γεγονός που δυσχεραίνει την εξαγωγή "ασφαλών" συµπερασµάτων. Παρόλα αυτά, η συγκεκριµένη ανάλυση δίνει κατά ένα βαθµό µια γενική εικόνα για τον αναµενόµενο αριθµό των ηµερών "γλυκού" νερού ανά έτος ΧΛΩΡΙΟΝΤΑ (ppm) /9/ /10/ /12/ /2/ /4/ /6/ /8/1995 Σχήµα 3.2 Χλωριόντα της πηγής συναρτήσει του χρόνου για το έτος * Στη συγκεκριµένη µελέτη, "συστηµατικές" θεωρούνται οι µετρήσεις που καλύπτονται από εβδοµαδιαία συχνότητα για την περίπτωση της ποιότητας χωρίς αυτό να σηµαίνει πως µικρότερης συχνότητας (π.χ. ηµερήσιες, 12ωρες ή και συνεχούς καταγραφής) µετρήσεις θα ήταν περιττές. 30

31 3.5.1 Εισαγωγή Έχει παρατηρηθεί ότι η υφάλµυρη καρστική πηγή Αλµυρού Ηρακλείου λειτουργεί περιοδικά και για µικρά χρονικά διαστήµατα ως πηγή "γλυκού νερού". Το φαινόµενο παρατηρείται κατά τη διάρκεια βροχερών περιόδων και εξαρτάται από τη δίαιτα των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων και τις παροχές της πηγής. Επειδή οι ηµέρες "γλυκού νερού" συνδέονται µε την περίοδο εµφάνισης των υψηλότερων παροχών της πηγής ( 12 m 3 /sec), το ενδεχόµενο της εκµετάλλευσης του φαινοµένου παρέχει τη δυνατότητα χρησιµοποίησης σηµαντικών όγκων νερού καλής ποιότητας. Για το λόγο αυτό επιχειρήθηκε η µελέτη του φαινοµένου (Μονόπωλης κ.ά., 1996β), προκειµένου να αποσαφηνιστούν η συχνότητα, η διάρκεια και το ενδεχόµενο πρόβλεψης του. Ειδικότερα, υπολογίσθηκε η διάρκεια του φαινοµένου για το µέσο υδρολογικό έτος της περιόδου και προσδιορίσθηκε η µαθηµατική σχέση που συνδέει τον αριθµό ηµερών "γλυκού νερού" µε το ύψος των βροχοπτώσεων. Έτσι συσχετίζονται οι ηµέρες "γλυκού νερού" µε το ύψος των βροχοπτώσεων, σε συνδυασµό µε διάφορα επίπεδα (βαθµίδες) συγκέντρωσης χλωριόντων στο νερό της πηγής. Τα αποτελέσµατα που προκύπτουν καθιστούν την εκροή "γλυκού νερού" προβλέψιµη στις περισσότερες διαστάσεις της (χρονική στιγµή εµφάνισης, παροχή, ποιότητα, συχνότητα, διάρκεια) και ως εκ τούτου ορθολογικά εκµεταλλεύσιµη. 31

32 3.5.2 εδοµένα - Μεθοδολογία Τα δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία καλύπτουν τα τελευταία 37 υδρολογικά έτη ( ) και περιλαµβάνουν: α) Βροχοµετρικά στοιχεία ( ) των σταθµών Ανωγείων και Κρουσώνα, που βρίσκονται ανάντη της πηγής και θεωρούνται αντιπροσωπευτικοί της δίαιτας των βροχοπτώσεων στην περιοχή ενδιαφέροντος, β) Συγκεντρώσεις χλωριόντων του νερού της πηγής για την περίοδο συναρτήσει του χρόνου. Τα παραπάνω δεδοµένα παραχωρήθηκαν, σχεδόν στο σύνολο τους, από το Υπ. Γεωργίας / Π..Ε.Β. Κρήτης και την.ε.υ.α. Ηρακλείου. Η όλη έρευνα ακολούθησε τα παρακάτω στάδια εργασιών: (i) Συγκέντρωση δεδοµένων αξιολόγηση και ποιοτικός έλεγχος, (ii) Ανάλυση επεξεργασία δεδοµένων, (iii) Συµπεράσµατα Προτάσεις. Η ανάλυση επεξεργασία δεδοµένων έγινε µε τη µέθοδο συσχετισµού (ελαχίστων τετραγώνων) και περιέλαβε: 1) Ταξινόµηση µε βάση την πληρότητα τους, 2) Έλεγχο και διόρθωση, 3) Στατιστική ανάλυση συµπλήρωση ελλιπών παρατηρήσεων. 32

33 3.5.3 Ανάλυση - Επεξεργασία εδοµένων Στην ενότητα αυτή περιλαµβάνεται η ανάλυση και επεξεργασία των διαθέσιµων στοιχείων, καθώς και η παρουσίαση των αποτελεσµάτων που προέκυψαν. Η επεξεργασία των στοιχείων έγινε λαµβάνοντας υπόψη τις εξής παραδοχές: "Γλυκό νερό" θεωρήθηκε αρχικά το νερό της πηγής του οποίου η συγκέντρωση χλωριόντων είναι µικρότερη από 300 ppm, "Περίοδος βροχών" ορίστηκε το χρονικό διάστηµα Νοεµβρίου Απριλίου, στο οποίο, όπως παρατηρείται από τις διαθέσιµες µετρήσεις, περιλαµβάνεται το σύνολο των ηµερών "γλυκού νερού" του εκάστοτε υδρολογικού έτους. Εξαίρεση αποτελεί το υδρολογικό έτος (1 από τα 37 έτη παρατήρησης), στο οποίο εµφανίζεται "γλυκό νερό" και κατά τον Μάιο, που όµως συνδέεται µε το "πείραµα" ανύψωσης της στάθµης της λίµνης (Παπαµαστοράκης,., 1987) Στον Πίνακα I παρουσιάζονται τα ύψη βροχοπτώσεων των σταθµών Ανωγείων και Κρουσώνα και ο αριθµός των πραγµατικών (µετρηµένων) ηµερών "γλυκού νερού" στην πηγή, δηλαδή ο αριθµός µετρήσεων που συνέπεσαν µε ηµέρες "γλυκού νερού". Επειδή η πληρότητα των µετρήσεων ποιότητας ανά υδρολογικό έτος διαφέρει, θεωρήθηκε σκόπιµο να γίνει ταξινόµηση των υδρολογικών ετών ανάλογα µε την πληρότητα τους. Έτσι, στον Πίνακα II ταξινοµούνται τα υδρολογικά έτη µε βάση τα ποσοστά "ελλείψεων" των κατά την "περίοδο βροχών". Σύµφωνα µε τον Πίνακα II, τα υδρολογικά έτη χαρακτηρίζονται: "Πλήρη": υδρολογικά έτη των οποίων οι ελλείψεις είναι < 5%. "Ελλιπή": υδρολογικά έτη των οποίων οι ελλείψεις είναι από 5% έως 30%. "Λίαν ελλιπή": υδρολογικά έτη των οποίων οι ελλείψεις είναι > 30%. Τα ποσοστά "ελλείψεων" υπολογίσθηκαν ως εξής: Οι διαθέσιµες µετρήσεις ποιότητας (συγκέντρωση χλωριόντων) του νερού της πηγής είναι περίπου εβδοµαδιαίες. Πυκνότερες µετρήσεις αφορούν µόνον εξαιρετικές περιπτώσεις ("πείραµα", ειδικές παρατηρήσεις κ.λπ.). Η πυκνότητα αυτή έχει θεωρηθεί στην πράξη ικανοποιητική από τους ενδιαφερόµενους φορείς, δοθέντος ότι το φαινόµενο αποδίδεται στο χρονοδιάγραµµα ποιότητας της πηγής σαν "αιχµή" (peak) διάρκειας ορισµένων ηµερών. Εξάλλου και στατιστικά κρίνεται ότι είναι αντιπροσωπευτικό το δείγµα των 26 ισοκατανεµηµένων (εβδοµαδιαίων) παρατηρήσεων (ελλείψεις = 0), σε σύνολο 180 ηµερών, για την µελέτη φυσικού περιοδικού φαινοµένου. Για το λόγο αυτό 33