4. ΠΑΡΑΚΤΙΟΙ ΥΔΡΟΦΟΡΟΙ - ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ

Transcript

1 4. ΠΑΡΑΚΤΙΟΙ ΥΔΡΟΦΟΡΟΙ - ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ Παράκτια πεδία συναντώνται σε όλες τις ηπείρους εκτός της Ανταρκτικής. Είναι τοπικοί γεωμορφολογικοί χαρακτήρες που οριοθετουνται από την παρουσία ορεινών όγκων και από την ακτογραμμή. Απαντούν σε περιοχές όπου το πετρολογικό υπόβαθρο είναι σε κατάσταση ισορροπίας αλλά και σε περιοχές όπου αυτό βυθίζεται. Τα παράκτια πεδία μπορεί να περιλαμβάνουν μεγάλες περιοχές που κάποτε αποτελούσαν τμήματα του πυθμένα κάποιας θάλασσας. Η γεωλογία των παράκτιων ζωνών μπορεί να είναι παρόμοια με αυτήν του γειτονικού ηπειρωτικού κρασπέδου. Τα ιζήματα και τα ιζηματογενή πετρώματα δημιουργήθηκαν είτε ως χερσαίες είτε ως θαλάσσιες αποθέσεις. Οι χερσαίες αποθέσεις συναντώνται κυρίως προς την ενδοχώρα ενώ οι θαλάσσιες προς την πλευρά της θάλασσας. Υπάρχουν και εναλλαγές των δύο τύπων απόθεσης λόγω της διακύμανσης του θαλασσίου επιπέδου. Οι ιδιαίτερες ενότητες έχουν μια ποικιλία σχημάτων αλλά σαν σύνολα έχουν μεγαλύτερο πάχος προς τη θάλασσα με παρουσία πάντοτε Τεταρτογενών ιζημάτων και συχνά και παλαιότερων. Τα παλαιότερα ιζήματα εμφανίζονται στην ενδοχώρα ενώ τα νεώτερα στις ακτές. Τα ιζήματα είναι χαλαρά ή συνεκτικά χωρίς αυτό να έχει κάποια σχέση με την ηλικία τους. Οι υδροφόροι είναι συνήθως ηπειρωτικές άμμοι, χάλικες, κροκάλες, θαλάσσιες άμμοι ή ασβεστόλιθοι. Οι σχηματισμοί που δημιουργούν εδώ τις συνθήκες αρτεσιανισμού είναι ηπειρωτική ιλύς και άργιλοι. Γενικά συμπεριλαμβάνονται εναλλασόμενες και αποσφηνούμενες λιθολογικές φάσεις. Μερικές ενότητες είναι μεγάλου πάχους και εκτείνονται σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων. Αλλες εκτείνονται σε απόσταση μικρότερη από μερικά χιλιόμετρα. Ο αριθμός των σχηματιζόμενων υδροφόρων οριζόντων ποικίλει. Μερικοί από τους πιο παραγωγικούς υδροφόροι σε παγκόσμια κλίμακα βρίσκονται σε παράκτια πεδία. Τα ιζήματα σε περιοχές παράκτιων πεδίων αποτέθηκαν ή πλησίον σε ή σε αβαθή θαλάσσια νερά, ενώ το νερό των πόρων ήταν αρχικά αλμυρό. Οι διακυμάνσεις του θαλασσίου επιπέδου κατά το Πλειστόκαινο κάλυψαν με θαλάσσιο νερό πολλές από τις εκτάσεις που σήμερα είναι στεριά. Σαν αποτέλεσμα, τα αλμυρά νερά κατέλαβαν μερικούς από τους σύγχρονους γλυκούς υδροφόροι Σε ένα όχι και τόσο μακρυνό παρελθόν, το σχετικό επίπεδο της θάλασσας ήταν κατά το τελευταίο Wisconsinan (γεωλογική χρονική περίοδος) περισσότερο από 90 μέτρα χαμηλώτερο από το σημερινό, αποκαλύπτοντας μεγαλύτερα τμήματα των ηπειρωτικών κρασπέδων απ ότι σήμερα. Κατά την περίοδο αυτή οι υδροφόροι απέβαλαν τα αλμυρά νερά προς αξιοσημείωτα βάθη. Εξαιτίας της κλίσης των παράκτιων σχηματισμών προς την πλευρά της θάλασσας η τροφοδοσία των βαθιών υδροφόρων γίνεται από την ενδοχώρα. Τα γλυκά νερά ρέουν σύμφωνα με την κλίση και στη συνέχεια εκρέουν μέσω διαφόρων μηχανισμών προς τα παράκτια νερά. Η ποσότητα που εκρέει από τους υδροφόροι είναι συνάρτηση Του όγκου της τροφοδοσίας και Της ποσότητας του υπόγειου νερού που μπορεί να διαφύγει μέσω των διαθέσιμων μηχανισμών Περιοχές με δυναμική διείσδυση αλμυρού νερού Σε παράκτιες περιοχές, οι υδροφόροι πολλών υδρογεωλογικών λεκανών εκτίθενται δηλαδή βρίσκονται σε υδραυλική επικοινωνία με τον πυθμένα ωκεανών και κόλπων. Κάτω 78

2 από φυσικές συνθήκες, υποτίθεται ότι στις περιπτώσεις αυτές συμβαίνει υποεπιφανειακή εκροή από τους υδροφόροι αυτούς μέσα στον ωκεανό. Σε μερικές περιοχές, αυτοί οι υδροφόροι εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις κάτω από τον ωκεανό και αποθηκέυονται σ αυτούς τεράστιοι όγκοι γλυκού νερού. Καθώς αρχίζει η εκμετάλλευση αυτών των λεκανών, οι στάθμες των υπόγειων νερών υποχωρούν και όταν τα επίπεδά τους υποχωρήσουν κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, πολύ αλμυρά νερά αρχίζουν να διεισδύουν μέσα στους γλυκούς υδροφόροι. Εάν η εκμετάλλευση της υδρολογικής λεκάνης γίνεται στη βάση της διαρκούς απόδοσης και η διείσδυση ελέγχεται, έτσι ώστε το θαλάσσιο νερό να μην φθάνει στις αντλούμενες γεωτρήσεις, το αποτέλεσμα θα είναι το επιθυμητό. Στον τύπο αυτό του εγχειρήματος το θαλάσσιο νερό το οποίο εισέρχεται στους υδροφόρους κατά τη διάρκεια ξηρών περιόδων μπορεί να αποβληθεί όταν τα επίπεδα της στάθμης αυξάνονται κατά τη διάρκεια των υγρών περιόδων που ακολουθούν. Οπωσδήποτε, για την αποτελεσματική εκμετάλλευση αυτής της αποθήκευσης, η κατανομή των γεωτρήσεων δεν θα πρέπει να γίνεται με τρόπο που να προκαλεί ακραίες υδραυλικές κλίσεις ή κώνους κατάπτωσης στην γειτονία με την ακτή. Η ανάπτυξη τέτοιων κώνων κατάπτωσης θα είχε σαν αποτέλεσμα αυξημένο ρυθμό διείσδυσης του θαλάσσιου νερού σε συγκεκριμένα σημεία, με αποτέλεσμα η αποθηκευτική ικανότητα γλυκού νερού της λεκάνης ή του υδροφόρου να εξασθενήσει. Σε μερικές περιοχές, όπου οι γεωλογικοί σχηματισμοί περιέχουν εγκλωβισμένες αλμύρες, οι οποίες παραμένουν σ αυτούς από παρελθούσες γεωλογικές περιόδους, όταν το θαλάσσιο νερό κάλυψε την περιοχή στην οποία εντοπίζονται, ή όταν η εξάτμιση του νερού προκάλεσε απόθεση αλάτων. Στη συνέχεια, γλυκά νερά τα οποία κινήθηκαν δια μέσου των σχηματισμών αυτών και σε μεγάλη έκταση, απέβαλαν πολλές από τις αλμύρες που αρχικά περιέχονταν σ αυτά τα ιζήματα. Ομως, εξαιτίας ασυνήθιστων συνθηκών, ορισμένες από αυτές τις αλμύρες παγιδεύτηκαν και παρέμειναν στη θέση τους και κατά την περίοδο που ακολούθησε. Σε ορισμένες από αυτές τις περιοχές, η επίδραση των αντλούμενων υπόγειων νερών μπορεί να οδηγήσει στην ταπείνωση των επιπέδων της στάθμης, ή αλλιώς να μεταβάλλει το υφιστάμενο καθεστώς συνθηκών, με αποτέλεσμα αυτές οι μεγάλου βάθους αλμύρες να μπορούν να αναμιγνύονται με το αντλούμενο γλυκό νερό και να προκαλούν σοβαρά προβλήματα υποβάθμισης της ποιότητάς τους (Σχήμα 4.1). Από τη στιγμή που οι αλμύρες αυτές αναμιγνύονται με το γλυκό νερό, προκαλώντας έτσι την υποβάθμισή του, θα απαιτηθεί μια μεγάλη χρονική περίοδος για την απομάκρυνση του υποβαθμισμένου νερού. Για να παρεμποδιστεί αυτό το φαινόμενο, θα πρέπει να αποφύγουμε στην γειτονία τέτοιων αλμύρων εκτεταμένη εκμετάλλευση των υπόγειων νερών, ιδιαίτερα με τη μορφή της υπεράντλησης. Οι επιφυλακτικότητες που εκφράζονται σε σχέση με τις αλμύρες ισχύουν επίσης και για άλλες περιοχές οι οποίες έχουν υψηλές συγκεντρώσεις άλλων χημικών συστατικών, όπως φθοριούχες ενώσεις, νιτρικά και σε περιοχές ρυπασμένες από επιφανειακές διαθέσεις τοξικών υλικών τα οποία έχουν μεταναστεύσει προς τα κάτω μέσα στο υπόγειο νερό. Αλμυρό νερό έχει αποβληθεί σε ένα βάθος 1800 μέτρα υπό την επιφάνεια της θάλασσας στο Karnes County, Texas. Γλυκό νερό έχει βρεθεί, σε βάθη 300 μέτρων υπό την επιφάνεια της θάλασσας ή και περισσότερο, σε πολλούς υδροφόρους παράκτιων πεδίων. Γλυκό νερό βρέθηκε σε βαθιά υπό πίεση ιζήματα παράκτιων πεδίων πολλά χιλιόμετρα μέσα στη θάλασσα 79

3 Q επιφάνεια του εδάφους αδιαπέρατο πιεζομετρική επιφάνεια r πυκνότητα ρ γλυκού νερού f d διεπιφάνεια που που φθάνει στη γεώτηση κρίσιμη ανύψωση z πυκνότητα ρs αλμυρού νερού t=t 0 t=t 1 t=t t=t t=t αρχική διεπιφάνεια 3 4 Σχήμα 4.1. Είσοδος και ανάμιξη αλμυρού νερού με γλυκό υπόγειο νερό κατά την διαδικασία της άντλησης. Σε μια ερευνητική γεώτρηση στο Nantucket Island, που βρίσκεται σε απόσταση 64 χιλιομέτρων από την ακτή της New England, βρέθηκε γλυκό νερό σε αρτεσιανούς υδροφόρους σε βάθη 3-50 και μέτρων. Αυτοί οι υδροφόροι τροφοδοτήθηκαν κατά το Πλειστόκαινο όταν το θαλάσσιο επίπεδο ήταν χαμηλότερο. Το γλυκό νερό μπορεί να εκρέει από ένα παράκτιο υδροφόρου μέσω μηχανισμών όπως: Εξατμισοδιαπνοή Με τη μορφή πηγών, ρευμάτων ή σαν νερό παλίρροιας, η απευθείας στον πυθμένα των θαλασσών. Ανάμιξη με αλμυρό υπόγειο νερό σε ζώνη διάχυσης. Ροή μέσω ενός ημιπερατού σχηματισμού κάτω από την επίδραση της υδραυλικής κλίσης. Ροή μέσω ενός ημιπερατού σχηματισμού κάτω από την επίδραση της οσμωτικής πίεσης που προκαλείται από διαφορές στην αλμυρότητα. Παραδείγματα τέτοιων μηχανισμών εκροής σε μια παράκτια περιοχή εμφανίζονται στο σχήμα 4.. Οι μηχανισμοί 1 και είναι πολύ αποτελεσματικοί στους ελεύθερους υδροφόρους. Πηγές γλυκού νερού υπάρχουν στον πυθμένα των θαλασσών σε ελεύθερους αλλά και σε αρτεσιανούς υδροφόρους όταν το αδιαπέρατο κάλυμμα σπάσει (ρήγμα κ.τ.λ.). Οι βαθιοί αρτεσιανοί υδροφόροι "χρησιμοποιούν" μόνο τις τρεις τελευταίες μεθόδους. 80

4 Στην περίπτωση που όλοι οι υδροφόροι έχουν την ίδια μεταβιβαστικότητα τότε, όσο πιο βαθύς είναι ο υδροφόρος τόσο πιο λίγο νερό θα εκρέει από αυτόν, εξαιτίας της μείωσης του αριθμού αλλά και της αποτελεσματικότητας των μεθόδων εκροής. Οι αρτεσιανοί υδροφόροι μπορεί να περιέχουν γλυκό νερό ακόμη και όταν οι υπερκείμενοι υδροφόροι είναι αλμυροί. Στη νήσο Long Island της Νέας Υόρκης υπάρχουν ένας ελεύθερος και δύο βαθιοί υδροφόροι που τροφοδοτούνται από τις βροχές στο κέντρο του νησιού. διαπνοή πηγή στάθμη της θάλασσας εκροή στον πυθμένα της θάλασσας διαφορά στη αλατότητα υδραυλική κλίση διάχυση γλυκό υπόγειο νερό ημιπερατός σχηματισμός ΑΛΜΥΡΟ ΥΠΟΓΕΙΟ ΝΕΡΟ Σχήμα 4.. Τυπική σχέση γλυκού/αλμυρού νερού σε ένα παράκτιο υδροφόρο που αποτελείται από ένα αριθμό υδροφόρων οριζόντων Γεωτρήσεις σε μια φραγμονησίδα, σε απόσταση 8700 μέτρα από την ακτή, έδωσαν γλυκό νερό σε όλο το πάχος και των δύο αρτεσιανών υδροφόρων, με δυναμομετρική στάθμη 1,5-3 μέτρα στον υπερκείμενο και 6 μέτρα στον κατώτερο. Η απόσταση από το σημείο εμπλουτισμού είναι χιλιόμετρα. Ο πιο χαρακτηριστικός τύπος υποβάθμισης της ποιότητας του υπόγειου νερού σε παράκτιες περιοχές είναι η διείσδυση αλμυρού νερού. Πηγές αλμυρού νερού υπάρχουν: με τη μορφή συγγενετικών νερών στην ενδοχώρα κάτω από γλυκούς υδροφόροι σαν υποεπιφανειακό θαλάσσιο νερό κάτω από νησιώτικους υδροφόροι και Στα τμήματα των υδροφόρων προς την πλευρά της θάλασσας και σαν επιφανειακά παλιρροιακά νερά σε φυσικές εκβολές ποταμών και σε τεχνητά κανάλια 81

5 Το σχήμα και η θέση του ορίου ανάμεσα στο αλμυρό υπόγειο νερό και στο γλυκό υπόγειο νερό είναι συνάρτηση του όγκου του γλυκού νερού που εκρέει από τον υδροφόρου. Οποιαδήποτε δραστηριότητα που αλλάζει τον όγκο εκροής του γλυκού νερού προκαλεί μια ταυτόχρονη αλλαγή στο όριο ή διεπιφάνεια αλμυρού/γλυκού υπόγειου νερού. Μικρότερης κλίμακας μεταβολές στον όγκο εκροής γλυκού νερού προκαλούν η δράση της παλίρροιας και οι εποχιακές και ετήσιες αλλαγές. Το όριο είναι σε κατάσταση φαινομενικής ισορροπίας. Φυσικές αλλαγές στη θέση ισορροπίας οφείλονται σε αλλαγές στο κλιματικό πρότυπο ή στη θέση του επιπέδου της θάλασσας. Η είσοδος αλμυρού υπόγειου νερού σε γλυκούς υδροφόρους που προκαλείται από ανθρώπινες ενέργειες ονομάζεται διείσδυση αλμυρού νερού. Αυτή προκαλείται ως αποτέλεσμα της εκτροπής της ροής του γλυκού νερού, το οποίο προηγούμενα διέφευγε από τον παράκτιο υδροφόρου. Η διείσδυση είναι παθητική ή ενεργητική (Σχήμα 4.3). Παθητική είναι η διείσδυση της θάλασσας όταν μια μικρή ποσότητα εκτρέπεται από τον υδροφόρο, η υδραυλική κλίση όμως παραμένει προς την πλευρά του ορίου αλμυρού/γλυκού νερού. υδροστατική επιφάνεια επίπεδο της θάλασσας γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό υδροστατική επιφάνεια επίπεδο της θάλασσας γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό Σχήμα 4.3. Α. Ελεύθερος παράκτιος υδροφόρος σε φυσικές συνθήκες εκροής υπόγειου νερού. Β. Παθητική θαλάσσια διείσδυση που οφείλεται σε γενική υποχώρηση της υδροστατικής στάθμης. Η ροή στη ζώνη του γλυκού νερού έχει ακόμη κατεύθυνση προς τη θάλασσα. 8

6 Η διεπιφάνεια μετατοπίζεται στην περίπτωση αυτή ελαφρώς προς τη στεριά μέχρι να αποκατασταθεί η ισορροπία κάτω από τις νέες συνθήκες εκροής. Η μορφή αυτή διείσδυσης συμβαίνει σήμερα σε πολλούς παράκτιους υδροφόρους, εκεί όπου υπάρχει εκμετάλλευση των υπόγειων υδατικών πόρων. Η διείσδυση συμβαίνει αργά και μπορεί να χρειασθούν εκατοντάδες χρόνια για να μετατοπισθεί η διεπιφάνεια σε μια σημαντική απόσταση (Σχήμα 4.3). Οι συνέπειες της ενεργητικής διείσδυσης (Σχήμα 4.5) είναι πολύ πιο σοβαρές, καθώς έχουμε αντιστροφή της φυσικής υδραυλικής κλίσης και το γλυκό νερό στην πραγματικότητα απομακρύνεται από την διεπιφάνεια. Αυτές οι συνθήκες οφείλονται στις επικεντρωμένες υπεραντλήσεις οι οποίες δημιουργούν ένα βαθύ κώνο κατάπτωσης. Η διεπιφάνεια μετακινείται πολύ πιο γρήγορα και θα σταματήσει τότε μόνο, όταν θα φθάσει στο χαμηλότερο σημείο της υδραυλικής κλίσης στο κέντρο της άντλησης. Τέτοια διείσδυση κατέστρεψε τον υδροφόρου κάτω από το Brooklyn της Νέας Υόρκης τη δεκαετία του 1930, όταν η υδροστατική στάθμη υποχώρησε κατά 9-15 μέτρα υπό την επιφάνεια της θάλασσας. Και οι δύο τύποι διείσδυσης μπορεί να συμβούν σε περιοχές της ενδοχώρας με συγγενετικά αλμυρά νερά, καθώς επίσης και σε παράκτιες περιοχές. Στην περιοχή Baton Rouge της Louisiana υπεραντλήσεις για βιομηχανική χρήση προκάλεσαν είσοδο συγγενετικού αλμυρού νερού στον υδροφόρου 600-ft sand στην περιοχή των γεωτρήσεων, λόγω της μεγάλης υποχώρησης της πιεζομετρικής στάθμης. Στο Miami της Florida στον υδροφόρο Biscayne η διείσδυση άρχισε το 1907 με την διάνοιξη καναλιών αποστράγγισης για να χαμηλώσει η υδροστατική επιφάνεια. Αυτό προκάλεσε την εκτροπή της εκροής του γλυκού νερού που πριν έρεε προς τον κόλπο Biscayne, με αποτέλεσμα την παθητική διείσδυση μέχρι την αποκατάσταση συνθηκών ισορροπίας. Εξαιτίας της μεγάλης μεταβιβαστικότητας, το αλμυρό νερό κατέλαβε πολλές περιοχές του υδροφόρου σε λίγα μόνο χρόνια. Το αλμυρό νερό κινήθηκε μέσω καναλιών προς τον υδροφόρο κατά την διάρκεια υψηλών παλιρροιών. Κατασκευάσθηκαν φράγματα για την παρεμπόδιση αυτής της διαδικασίας και το νερό πίσω από τα φράγματα είναι γλυκό και τροφοδοτεί τον υδροφόρο. Το νερό αυτό χανόταν πριν στη θάλασσα κατά τη διάρκεια των πλημμυρών. Σήμερα, προτείνεται η κατασκευή νέων καναλιών με φράγματα ελέγχου της αλμυρότητας. Η επιτυχημένη εκμετάλλευση του υπόγειου νερού σε ένα σύστημα φακού τύπου Ghyben Herzberg στηρίζεται στον σχολαστικό έλεγχο των αντλήσεων, προς αποφυγή δημιουργίας συνθηκών σταθερά μεγάλης πτώσης της στάθμης του υπόγειου νερού. Οπως έχει ήδη προαναφερθεί κάθε πτώση της στάθμης κατά 30,5 cm εισάγει μια άνοδο 13 m στην στάθμη του υποκείμενου αλμυρού νερού, αν και η απόκριση αυτή μπορεί να παρουσιαστεί με μεγάλη υστέρηση. Η σφήνα του αλμυρού νερού μπορεί εύκολα να αποφευχθεί με τη χρήση αβαθών γεωτρήσεων, στοές διήθησης ή tunnels συνετά κατανεμημένες στο χώρο, όπου οι πτώσεις της στάθμης ελέγχονται. Όταν η υδρογεωλογική λεκάνη αντλείται και τα επίπεδα της στάθμης του γλυκού νερού πέφτουν, εκεί μπορεί να αναπτυχθεί μια τάση να κινηθεί το θαλάσσιο νερό προς τη στεριά, αντικαθιστώντας το γλυκό νερό του υδροφόρου. Έτσι, θα σχηματισθεί μια διεπιφάνεια γλυκού/αλμυρού νερού με κλίση προς την ενδοχώρα, σε ένα βάθος που ελέγχεται από την αρχή Ghyben Herzberg. Καθώς τα επίπεδα του νερού συνεχίζουν να υποχωρούν, το πρίσμα του θαλάσσιου νερού, το οποίο χαρακτηρίζεται και σαν σφήνα θαλάσσιου νερού, θα συνεχίσει να προωθείται μέχρις ότου να αποκατασταθούν συνθήκες ισορροπίας. 83

7 Σχέσεις γλυκού αλμυρού νερού Μέχρι τώρα υποθέσαμε ότι η ποσότητα των διαλυμένων στερεών στο υπόγειο νερό είναι τόσο χαμηλή ώστε να μην επηρεάζει τη φυσική του ροή. Η διαφορά στην πυκνότητα όταν γλυκό και αλμυρό νερό γειτνιάζουν είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η πυκνότητα του αλμυρού νερού είναι μεγαλύτερη από αυτήν του γλυκού και αυτό απεικονίζεται στο σχήμα 4.4. h f z αλμυρό νερό γλυκό νερό Σχήμα 4.4. Σχέση γλυκού/αλμυρού νερού λόγω διαφοράς στην πυκνότητα. Αλμυρό νερό βρίσκεται πλησίον του γλυκού νερού σε: περιοχές της ενδοχώρας ακόμη και στον ίδιο υδροφόρο παράκτιες θαλάσσιες περιοχές και θαλάσσιες νήσους Σε υδροφόρους της ενδοχώρας το αλμυρό νερό είναι: είτε παγιδευμένο από το χρόνο σχηματισμού του πετρώματος ή δημιουργήθηκε από τη διαδικασία της ορυκτογένεσης λόγω στασιμότητας των συνθηκών ροής Θαλάσσια διείσδυση Οπουδήποτε ένας γλυκός υδροφόρους είναι σε υδραυλική επικοινωνία με τη θάλασσα ή άλλα μεγάλα σώματα αλμυρού νερού, υπάρχει πιθανότητα να εισβάλει αυτή μέσα στο σώμα του γλυκού νερού. Το θαλάσσιο νερό, εξαιτίας της μεγαλύτερης πυκνότητάς του έχει την τάση να κινηθεί προς της ενδοχώρα κάτω από το σώμα του γλυκού νερού με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια διεπιφάνεια γλυκού νερού/αλμυρού νερού. 84

8 Στις παράκτιες περιοχές το γλυκό υπόγειο νερό κάτω από την επιφάνεια της γης εκρέει πλησίον της ακτής και αναμιγνύεται με το αλμυρό υπόγειο νερό κάτω από τον θαλάσσιο πυθμένα. Το γλυκό υπόγειο νερό συνήθως μεταβάλλεται βαθμιαία σε θαλάσσιο με σταθερή αύξηση στα περιεχόμενα διαλυμένα στερεά. Σε μερικές περιπτώσεις η επαφή μπορεί να είναι αρκετά απότομη με τη μορφή μιας λεπτής ζώνης ανάμιξης νερού. Η ανάμιξη γλυκού και αλμυρού νερού δημιουργεί τη ζώνη αυτή, όπου υπάρχει διαφορά στην αλμυρότητα. Οι διακυμάνσεις στο υδραυλικό φορτίο που οφείλονται στις παλίρροιες διευρύνουν την ζώνη ανάμιξης. υπό πίεση στρώμα πίεζομετρική επιφάνεια A επίπεδο της θάλασσας υδροφορέας γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό υπό πίεση στρώμα υδροστατική επιφάνεια B επίπεδο της θάλασσας γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό Σχήμα 4.5. Α. Ενεργητική θαλάσσια διείσδυση σε ένα υπό πίεση υδροφόρου με την δυναμομετρική επιφάνεια κάτω από αυτήν του επιπέδου της θάλασσας. Β. Ενεργητική θαλάσσια διείσδυση σε ένα ελεύθερο υδροφόρου με την υδροστατική επιφάνεια κάτω από αυτήν του επιπέδου της θάλασσας. Σε παράκτιες περιοχές όπου ένας ελεύθερος υπόγειος υδροφόρος, ευρισκόμενος σε ένα σημαντικό βάθος κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, είναι σε επαφή με τη θάλασσα, το γλυκό νερό έχει την τάση να σχηματίσει ένα σώμα με την μορφή φακού που επιπλέει στο θαλάσσιο νερό (Ghyben Herzberg lens). Το φαινόμενο αυτό συναντάται στις νήσους της Hawais, σε παράκτιες περιοχές της Ελλάδας (π.χ. Αργολίδα, Ροδόπη), σε αμμώδεις θίνες 85

9 της Ολλανδίας και του Βελγίου, στην Long Island και σε πολλές άλλες παράκτιες περιοχές. Στους ελεύθερους υδροφόρους υπάρχει ροή υπόγειου νερού, τόσο στην ζώνη του αλμυρού όσο και σε εκείνη του γλυκού νερού. Το γλυκό νερό ρέει προς τα επάνω και εκρέει κοντά στην ακτογραμμή, ενώ στο αλμυρό νερό συμβαίνει μια κυκλική ροή κοντά στη διεπιφάνεια (Σχήμα 4.6). Εμείς θα κάνουμε την απλοποιημένη υπόθεση ότι: Υπάρχει μια απότομη διεπιφάνεια ανάμεσα στο γλυκό και το αλμυρό νερό. Η ζώνη της διασποράς είναι συχνά λεπτή σε σχέση με το συνολικό πάχος του φακού γλυκού νερού. Εδώ η θεώρηση της διεπιφάνειας αλμυρού νερού-γλυκού νερού γίνεται επίσης για σταθερές συνθήκες. Διάφορες λύσεις έχουν αναπτυχθεί για τα προβλήματα της μετακινούμενης διεπιφάνειας, αλλά είναι πάρα πολύ πολύπλοκες για να θεωρηθούν εδώ. Ένας σημαντικός αριθμός επιστημόνων έχει συμβάλλει ουσιαστικά στη μελέτη της διεπιφάνειας αλμυρού νερού-γλυκού νερού σε παράκτιους υδροφόροι. Μελέτες από τους W. Baydon-Ghyben ( ) και A. Herzberg (1901) στο τέλος του δεκάτου ενάτου αιώνα οδήγησαν στη αρχή των Ghyben-Herzberg. Αρχή των Ghyben-Herzberg Οι παλιοί αυτοί ερευνητές σημείωσαν, βασιζόμενοι στην τιμή 1.05 του ειδικού βάρους του θαλάσσιου νερού, ότι σε ένα ελεύθερο παράκτιο υδροφόρο το βάθος στο οποίο εκτείνεται το υπόγειο νερό κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, είναι κατά προσέγγιση 40 φορές το ύψος της υδροστατικής στάθμης πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Η αρχή των Ghyben-Herzberg εκφράζεται με την εξίσωση (1): z w ( x, y) h ( x, y) Όπου: z (x,y) είναι το βάθος στη θέση (x,y) σε m προς τη διεπιφάνεια h (x,y) είναι η ανύψωση σε m της υδροστατικής στάθμης πάνω από το θαλάσσιο επίπεδο στο σημείο (x,y) ρ w είναι η πυκνότητα του γλυκού νερού g/cm 3 ρ s είναι η πυκνότητα του αλμυρού νερού νερού σε g/cm 3 s Η εφαρμογή αυτής περιορίζεται σε καταστάσεις στις οποίες και οι δύο τύποι νερού είναι στατικοί. Το σχήμα 4.6 απεικονίζει την αρχή Ghyben-Herzberg για ένα ελεύθερο παράκτιο υδροφόρου Ο Hubbert (1940) σημειώνει ότι το h (x,y) στην πραγματικότητα είναι το υδραυλικό φορτίο στο σημείο (x,y) της διεπιφάνειας. Σε λεπτούς υδροφόρους με μεγάλη κατακόρυφη έκταση η θεώρηση του Dupuit, ότι οι ισοδυναμομετρικές γραμμές είναι κατακόρυφες, μπορεί να γίνει αποδεκτή, έτσι ώστε το υδραυλικό φορτίο στη διεπιφάνεια του αλμυρού νερού να είναι ίσο με την ανύψωση της υδροστατικής επιφάνειας στο σημείο εκείνο. Μια μελέτη της διεπιφάνειας στην ανατολική Long Island έδειξε ότι ακόμη και στην ακτογραμμή, όπου γενικά παρατηρούνται οι μεγαλύτερες αποκλίσεις της θεώρησης του Dupuit, δεν υπήρχε καμία διαφορά στη θέση της διεπιφάνειας όπως αυτή υπολογίσθηκε μέσω της δυναμικής θεωρίας με εκείνη που υπολογίσθηκε μέσω της θεώρησης Dupuit. w 86

10 επιφάνεια της γης υδροστατική στάθμη θαλασσα γλυκό υπόγειο νερό ζώνη διάχυσης θαλάσσιο νερό Σχήμα 4.6. Κυκλοφορία του γλυκού και του αλμυρού υπόγειου νερού στη ζώνη διάχυσης σε ένα παράκτιο υδροφόρου. Η ροή στους παράκτιους υδροφόρους μπορεί να περιγραφεί μέσω των εξισώσεων του Dupuit σε συνδυασμό με την αρχή των Ghyben-Herzberg. Η σταθερή ροή δίνεται από τη μερική διαφορική εξίσωση () Οπου: w είναι ο εμπλουτισμός προς τον υδροφόρου σε m/day K είναι η υδραυλική αγωγιμότητα σε m/day και G (αδιάστατο) είναι ίσο με: Εάν το βάθος της διεπιφάνειας όπως υπολογίσθηκε με την εξίσωση (1) υπερβαίνει το βάθος του υδροφόρου τότε αυτή παύει να υπάρχει (περίπτωση σχήματος 4.7 αριστερό σκέλος). Στην περίπτωση αυτή ισχύει η εξίσωση (3): h x h x h y s h y w w w K (1 g) w K ( z h) όπου z m είναι το πάχος του υδροφόρου υπό την επιφάνεια της θάλασσας. Και οι δύο εξισώσεις μπορούν να επιλυθούν στην περίπτωση μιας άπειρης λωρίδας ακτογραμμής, δηλαδή με ροή μόνο προς μία κατεύθυνση. Το μοντέλο των Dupuit- Ghyben-Herzberg για μονοδιάστατη ροή σε παράκτιους υδροφόρους συναρτήσει των συντεταγμένων x και z της διεπιφάνειας, δίνεται από την εξίσωση (4) m 87

11 ισοδυναμικη γραμμή z q' xg K Oπου: q είναι η εκροή στην ακτογραμμή ανά μονάδα εύρους [(L 3 /T)/L]. υδροστατική επιφάνεια μέσο επίπεδο της θάλασσας γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό πυκνότητα πυκνότητα Σχήμα 4.7. Σχέσεις της στάθμης του γλυκού νερού με το βάθος της διεπιφάνειας. Μια από τις αδυναμίες του μοντέλου αυτού των παράκτιων υδροφόρων είναι ότι η διεπιφάνεια τέμνει την υδροστατική επιφάνεια στην ακτογραμμή και δεν αναγνωρίζει τις κατακόρυφες συνιστώσες ροής και εκροής του γλυκού νερού μέσα στον θαλάσσιο πυθμένα. Γι αυτό αναπτύχθηκε ένα απλό μοντέλο στο οποίο οι συντεταγμένες x και z της διεπιφάνειας δίνονται από τη σχέση (5): z Gq ' K Gq ' x K Η εξίσωση αυτή είναι ίδια με την προηγούμενη, εκτός της σταθεράς, Gq /K. Ετσι όταν x=0, το z θα εξακολουθεί να έχει μια τιμή. Η διεπιφάνεια φαίνεται στο σχήμα 4.8. Το εύρος του μετώπου εκροής x 0 μπορεί να βρεθεί από την εξίσωση (6) Gq' x0 K και το ύψος της υδροστατικής στάθμης σε οποιαδήποτε απόσταση x από την ακτή δίνεται από την εξίσωση (7): h q' x GK 88

12 Παραδείγματα θαλάσσιας διείσδυσης τύπου Ghyben-Herzberg Αυτός ο τύπος της θαλάσσιας διείσδυσης υπάρχει στην Δυτική παράκτια λεκάνη της νοτιότερης California. Ο υδροφόρος Silverado, ο οποίος αποτελεί την κύρια πηγή υπόγειου νερού για την περιοχή αυτή, είναι ένας αρτεσιανός υδροφόρος ο οποίος εμπλουτίζεται με γλυκό νερό από μια περιοχή της ενδοχώρας, σε αρκετή απόσταση από τις ακτές. Αυτός αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της θάλασσας σε κάποια απόσταση κάτω από τον ωκεανό και εμφανίζεται στο πυθμένα του κόλπου της Santa Monica. Η λεκάνη αυτή έχει υπάρξει για πολλά χρόνια μια παραγωγική πηγή παροχής νερού, παρά την συνεχή διείσδυση θαλάσσιου νερού. Τα επίπεδα του νερού υποχώρησαν κάτω από το επίπεδο της θάλασσας εδώ και πολλά χρόνια και η διείσδυση στην West Coast Basin, παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 191. Ένα μεγάλο μέρος του αντλούμενου υπόγειου νερού προέρχεται από γλυκό νερό αποθηκευμένο στις θαλάσσιες προεκτάσεις των αρτεσιανών υδροφόρων. επιφάνεια της γης ακτογραμμή θαλάσσιο επίπεδο γραμμή ροής ισοδυναμική γραμμή ροή διεπιφάνεια γλυκό υπόγειο νερό αλμυρό υπόγειο νερό Σχήμα 4.8. Πρότυπο ροής κοντά σε μια ακτή όπως υπολογίστηκε από την εξίσωση (7). Κάτω από φυσικές συνθήκες, οι υδροφόροι αυτοί τροφοδοτούνται από απόμακρες περιοχές της ενδοχώρας. Με τα επίπεδα του νερού κάτω από αυτό του επιπέδου της θάλασσας, η διεύθυνση της ροής στους υποθαλάσσιους αυτούς υδροφόρους αντιστράφηκε και το αποθηκευμένο υπόγειο νερό άρχισε να κινείται προς την ενδοχώρα σε ποσότητες ισοδύναμες με αυτές της υπεράντλησης στην ενδοχώρα. Η μέση ροή προς την ενδοχώρα ανερχόταν την περίοδο στα m 3 /έτος περίπου. Τα επίπεδα της στάθμης των υπόγειων νερών της λεκάνης υποχώρησαν κατά 30 m ή και περισσότερο κάτω από το επίπεδο της θάλασσας και η διείσδυση του θαλάσσιου νερού προωθήθηκε προς την ενδοχώρα περισσότερο από 4.8 km. Με στόχο να περισωθεί ο υπόγειος αυτός ταμιευτήρας νερού, άρχισαν να λαμβάνονται διάφορα μέτρα για την προστασία του. Οι αντλήσεις του υπόγειου νερού περιορίστηκαν με εθελοντική συμφωνία και σε μεγάλη έκταση αντικαταστάθηκαν οι παροχές με εισαγόμενο νερό. Επιπροσθέτως, σχεδιάστηκαν προγράμματα για την αύξηση του εμπλουτισμού της λεκάνης με γλυκό νερό και δημιουργήθηκε ένας υδραυλικός φραγμός για να σταματήσει η θαλάσσια διείσδυση. Η επιδεκτικότητα στη θαλάσσια διείσδυση δεν περιλαμβάνει αναγκαστικά την χρησιμοποίηση και λειτουργία ενός υπόγειου ταμιευτήρα. Οπωσδήποτε, αυτή εισάγει έναν 89

13 παράγοντα ο οποίος πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον σχεδιασμό ενός προγράμματος εκμετάλλευσης του ταμιευτήρα. Είναι φανερό ότι η θαλάσσια διείσδυση μπορεί να σταματήσει ή να παρεμποδιστεί με τη διατήρηση των επιπέδων της στάθμης του υπόγειου νερού σε επίπεδο αρκετά πάνω από αυτό της θάλασσας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη μείωση των αντλούμενων ποσοτήτων και αν αυτό κριθεί αναγκαίο, με την τροποποιήση του προτύπου της άντλησης. Σαν μια εναλλακτική λύση, η φυσική αναπλήρωση της λεκάνης μπορεί να αυξηθεί με τον τεχνητό εμπλουτισμό από τοπικές ή εισαγόμενες παροχές νερού. Μια άλλη προσέγγιση για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης περιλαμβάνει την «φυσική» αποκοπή της υδραυλικής επικοινωνίας με την θάλασσα. Μπορούμε δηλαδή να κατασκευάσουμε ένα υποεπιφανειακό τεχνητό φραγμό που μειώνει επαρκώς την διαπερατότητα σε μια διατομή του υδροφόρου ώστε να παρεμποδίζεται η κίνηση του υπόγειου νερού (Σχήμα 4.9). Σχήμα 4.9. Τεχνητός φραγμός που διακόπτει την φυσική υδραυλική επικοινωνία αρτεσιανού υδροφόρου με την θάλασσα παρεμποδίζοντας έτσι τη διείσδυση της θάλασσας. Αυτό μπορεί να συνοδεύεται από την πραγματική κατασκευή ενός τοιχίου ανακοπής της ροής, χρησιμοποιώντας πασσαλοσανίδες (sheet piling), εμποτισμό με ρευστό κονίαμα, μπεντονιτικές αργίλους κ.τ.λ. Ακόμη η αδιαπέρατη αυτή ζώνη μπορεί να δημιουργηθεί με έγχυση ασφάλτου, πυριτικής γέλης, calcium acrylate, διάφορων πλαστικών, ή παρόμοιων υλικών. Σε ένα αρτεσιανό υδροφόρο όπου έχει αναπτυχθεί μια σφήνα θαλάσσιου νερού, το θαλάσσιο νερό μπορεί να κινηθεί προς την ενδοχώρα. Ανεξάρτητα από το πόσο χαμηλά είναι τα επίπεδα της στάθμης του υπόγειου νερού, εκεί φυσιολογικά δεν συμβαίνει καμία προοδευτική κίνηση του υπόγειου νερού προς την ενδοχώρα, όπου η υδροστατική ή δυναμομετρική επιφάνεια κλίνει προς τη θάλασσα. Έτσι, ένα ύβωμα ή ένα κοίλωμα στην αντίστοιχα στην υδροστατική ή δυναμομετρική επιφάνεια θα περιορίσει αποτελεσματικά την κίνηση του θαλάσσιου νερού προς την ενδοχώρα. Μια τέτοια κάμψη, όταν διατηρείται πλησίον της ακτής, μπορεί να προστατεύσει τμήματα της υδρογεωλογικής λεκάνης στην ενδοχώρα από την διείσδυση. Ένα προστατευτικό κοίλωμα μπορεί να αναπτυχθεί μέσω μιας γραμμής από αντλούμενες γεωτρήσεις, κατάλληλα διευθετημένες κατά μήκος της ακτής. Αυτές οι γεωτρήσεις μπορούν να αντλούν ένα μίγμα αλμυρού και γλυκού νερού και μπορούν να προκαλέσουν την υποβάθμιση αξιόλογων ποσοτήτων γλυκού νερού. Το κόστος των αντλήσεων που περιλαμβάνονται στη διαδικασία αυτή και η υποβάθμιση του υπό διαφορετικές συνθήκες χρησιμοποιήσιμου νερού, είναι οι κυρίαρχοι παράγοντες που θα πρέπει να εξεταστούν κατά την αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητας της μεθόδου αυτής. Η διείσδυση αλμυρού νερού μπορεί να αντιστραφεί μέσο επικεντρωμένου εμπλουτισμού του υδροφόρου, για τη δημιουργία ενός υβώματος ή ράχης υπόγειου νερού. 90

14 Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, μια σειρά από λεκάνες κατάκλυσης ή γεωτρήσεις έγχυσης ή ένας συνδυασμός των δύο, όπως αυτό υπαγορεύεται από τις ιδιαίτερες γεωλογικές συνθήκες. Περιορισμένη υποβάθμιση του γλυκού νερού θα μπορούσε να προκληθεί. Η μεγαλύτερη ποσότητα από το νερό που χρησιμοποιείται για να διατηρηθεί το ύβωμα θα συνέβαλε στην αύξηση του εμπλουτισμού της υδρογεωλογικής λεκάνης και θα ήταν επαναχρησιμοποιήσιμο. Το πραγματοποιήσιμο της εγκαθίδρυσης και διατήρησης ενός υβώματος υπόγειου νερού σε ένα αρτεσιανό υδροφόρο μέσω έγχυσης νερού με γεωτρήσεις έχει επιδειχθεί στις περιοχές Orange Counties και Los Angeles της California καθώς επίσης και σε πολλές άλλες περιοχές. Κάθε μια από τις προαναφερθείσες μεθόδους για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης έχει ορισμένα χαρακτηριστικά τα οποία επηρεάζουν τη λειτουργία της υδρογεωλογικής λεκάνης. Η διατήρηση των επιπέδων της στάθμης του νερού πάνω από το επίπεδο της θάλασσας θα μείωνε το κόστος της άντλησης. Όμως, αυτό θα είχε δυσμενείς επιπτώσεις στη χρήση του αποθηκευμένου στους παράκτιους υδροφόρους υπόγειου νερού. Πολλοί από τους υδροφόρους αυτούς έχουν πάχος εκατοντάδων μέτρων και εκτείνονται πολύ κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Η πρακτική αυτή θα μπορούσε να περιορίσει τον φυσικό εμπλουτισμό των υπόγειων νερών, τόσο από τις υποεπιφανειακές εισροές όσο και από της διηθήσεις επιφανειακών απορροών, καθώς η διαθέσιμη αποθηκευτικότητα θα μπορούσε να μην είναι επαρκής για την πλήρη συντήρηση των τοπικών υδατικών πόρων. Η δημιουργία κοιλώματος άντλησης ξεπερνά αυτό το μειονέκτημα σε κάποιο βαθμό, καθώς τα επίπεδα του νερού προς την ενδοχώρα μπορούν να διατηρούνται χαμηλότερα από το επίπεδο της θάλασσας. Όμως, το βάθος του κοιλώματος περιορίζει το βάθος του κοιλώματος μέχρι το οποίο μπορεί να υποβιβαστεί η υδροστατική επιφάνεια και έτσι περιορίζεται παράλληλα και η αποθήκευση υπόγειου νερού. Τόσο το ύβωμα υπόγειου νερού όσο και ο υποεπιφανειακός φραγμός, θα μπορούσαν να επιτρέψουν την πλήρη χρησιμοποίηση του υπόγειου ταμιευτήρα, εφόσον τα επίπεδα της στάθμης του υπόγειου νερού διατηρηθούν προς την ενδοχώρα, τόσο χαμηλά όσο είναι επιθυμητό. Τα μεγαλύτερα περιθώρια αξιοποίησης κατά την λειτουργία μιας υδρογεωλογικής λεκάνης παρέχονται είτε από το ύβωμα του υπόγειου νερού, είτε από του υποεπιφανειακό φραγμό. Το κοίλωμα άντλησης επιτρέπει περιορισμένη ελευθερία δράσης, αλλά οδυνηροί περιορισμοί επιβάλλονται στην χρησιμοποίηση της υδρογεωλογικής λεκάνης μέσω της διατήρησης των επιπέδων της στάθμης πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Πολλοί άλλοι παράγοντες εμπλέκονται στην αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητας της προστασίας μιας υδρογεωλογικής λεκάνης από τη θαλάσσια διείσδυση. Αυτοί περιλαμβάνουν τα κεφάλαια και το ετήσιο κόστος των φυσικών έργων που απαιτούνται (για γεωτρήσεις, γραμμές παροχής και κατανομής, υποεπιφανειακούς φραγμούς κ.τ.λ.). η διαθεσιμότητα και το κόστος των πρόσθετων συμπληρωματικών παροχών νερού, τα δικαιώματα στη χρήση του νερού και άλλα νομικά ζητήματα, οι απαιτήσεις για αποχέτευση και ισορροπία αλάτων, οι δυνατότητες για συντήρηση των πλημμυρικών απορροών και των νερών που προέρχονται από επεξεργασία υγρών αποβλήτων και η αξία της περιοχής που θα χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση. Όλοι αυτοί οι παράγοντες πρέπει να θεωρηθούν για τον καθορισμό της πιο πλεονεκτικής μεθόδου για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης. Νησιά Τα νησιά επικάθονται σε αλμυρά υπόγεια νερά και περιβάλλονται από θαλάσσιο νερό. Το γλυκό νερό παίρνει τη μορφή ενός φακού γλυκού νερού που επιπλέει σε πιο πυκνό 91

15 αλμυρό νερό. Η εξίσωση () περιγράφει και τη ροή του νερού σε ένα νησί. Αυτή μπορεί να επιλυθεί για νησιά με κανονικό σχήμα κύκλου ή λωρίδας. Για μια νήσο με σχήμα λωρίδας που δέχεται εμπλουτισμό με ρυθμό W, με εύρος ίσο με α, η στάθμη της υδροστατικής επιφάνειας h, σε οποιαδήποτε απόσταση, x από την ακτογραμμή δίνεται από τη σχέση (8): h w[ a ( a x) K (1 G ) ] Για μία κυκλική νήσο με ακτίνα απόστασης R μπορεί να αξιολογηθεί από τη σχέση (9): h w( R r K (1 G) Όπου h είναι η στάθμη πάνω από το επίπεδο της θάλασσας σε κάποια ακτινωτή απόσταση r, από το κέντρο του νησιού. ) 9

16 5. ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ Εισαγωγή Με σκοπό να σχεδιάσουμε, να κατασκευάσουμε αλλά και να θέσουμε αποτελεσματικά σε λειτουργία ένα φραγμό στη θαλάσσια διείσδυση, θα πρέπει να αξιολογηθούν οι πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις των γεωλογικών, υδρολογικών και οικονομικών συνθηκών. Οι συνθήκες αυτές περιλαμβάνουν: τη μετανάστευση του θαλάσσιου νερού μέσω των διαφόρων διαδρομών και την είσοδό του στους υδροφόρους τις μεταβολές στις παροχές των παραγωγικών γεωτρήσεων καθώς η ζήτηση σε νερό ποικίλει τις μεταβολές στον εποχιακό φυσικό εμπλουτισμό το κόστος και τη διαθεσιμότητα του νερού που θα χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία του υδραυλικού φραγμού (π.χ. εκχύσεις μέσω γεωτρήσεων κ.λ.π) και τέλος την ανάλυση κόστους κέρδους η οποία συντονίζει όλους αυτούς τους παράγοντες. Καθώς οι συνθήκες μεταβάλλονται ή συγκεντρώνονται περισσότερες πληροφορίες, οι φραγμοί τροποποιούνται όσο αυτό είναι αναγκαίο, για να ανταποκρίνονται στις καινούριες συνθήκες. Οι μέθοδοι προστασίας των υπόγειων νερών από την θαλάσσια διείσδυση είναι δυνατόν να αποβλέπουν (Bear, 1979): 1. Στην εμπόδιση της πλήρους η μερικής διαφυγής του γλυκού νερού προς τη θάλασσα.. Στην αύξηση του υδραυλικού φορτίου του γλυκού νερού, με σκοπό την αύξηση του ρυθμού ροής στον υδροφόρου ή του μεγέθους του φακού του γλυκού νερού έτσι ώστε να μειωθεί το μέγεθος της σφήνας του αλμυρού νερού. 3. Στη ρύθμιση των δραστηριοτήτων άντλησης νερού σε ορισμένες ζώνες με σκοπό να διατηρηθεί μια κατάσταση διείσδυσης αλμυρού νερού, η οποία δεν θα οδηγήσει σε κρίσιμη ανύψωση αυτού στις γεωτρήσεις και στα αποστραγγιστικά συστήματα Η θεωρητική βάση για τη λειτουργία των φραγμών στηρίζεται στην αρχή των Chyben- Herzberg, η οποία απλά διατυπωμένη φανερώνει ότι το βάθος υπό την επιφάνεια της θάλασσας, της διεπιφάνειας αλμυρού-γλυκού νερού είναι περίπου 40 φορές το ύψος της δυναμομετρικής στάθμης του γλυκού νερού πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Οι φραγμοί λειτουργούν μέσω της δημιουργίας μιας δυναμομετρικής επιφάνειας στους γλυκούς υδροφόρους, η οποία είναι σε ικανοποιητικό ύψος πάνω από το επίπεδο της θάλασσας, έτσι ώστε να κλίνει προς την πλευρά της θάλασσας και να εμποδίζει την διείσδυση αλμυρού νερού προς την ενδοχώρα. Οι λύσεις για την αντιμετώπιση της θαλάσσιας διείσδυσης περιλαμβάνουν: Μείωση και έλεγχος των αντλήσεων υπόγειου νερού με στόχο να τεθεί φραγμός στο καθεστώς υπερεκμετάλλευσης που ενεργοποιεί το φαινόμενο της θαλάσσιας διείσδυσης και να εναρμονισθεί η αξιοποίηση των υπόγειων νερών με τους περιορισμούς που υπαγορεύονται από τη φύση της υδρογεωλογικής λεκάνης. Χρησιμοποίηση εισαγόμενου νερού για την κάλυψη των απαιτήσεων που δεν ικανοποιούνται από το υφιστάμενο καθεστώς διαχείρισης των υπόγειων νερών. 93

17 Κατασκευή υδραυλικών φραγμών γλυκού νερού πλησίον της ακτής, για να είναι δυνατός ο υποβιβασμός της στάθμης του υπόγειου νερού, κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, χωρίς να προκληθεί περαιτέρω διείσδυση αλμυρού νερού. Ένα διαχειριστικό πρόγραμμα για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Ένα χαμηλότοκο χρηματοδοτικό πρόγραμμα μακρόχρονης διάρκειας για την κάλυψη όλων των απαιτούμενων αγορών και εγχειρημάτων στα πλαίσια της επίτευξης του στόχου. Η ύπαρξη μιας υπηρεσίας διαχείρισης των πόρων και χρηματοδότησης του προγράμματος. Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός παραγόντων που εμπλέκονται στο εφαρμόσιμο ή μη μιας μεθόδου προστασίας των υπόγειων νερών από τη θαλάσσια διείσδυση, όπως το απαιτούμενο κεφάλαιο, το ετήσιο κόστος των αναγκαίων φυσικών εργασιών (π.χ. γεωτρήσεις, δίκτυα παροχής και κατανομής, υπόγειοι φραγμοί κ.λ.π), η διαθεσιμότητα και το κόστος των συμπληρωματικών παροχών, νομικό καθεστώς, απαιτήσεις σε αποχέτευση και ισορροπία αλάτων, δυνατότητες συντήρησης πλημμυρικών απορροών, και η αποθηκευτική ικανότητα. Όλοι αυτοί οι παράγοντες θα πρέπει να αξιολογηθούν, όταν σκοπεύουμε να επιλέξουμε την μέθοδο που παρέχει τα περισσότερα πλεονεκτήματα για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης. Η μελέτη των παραγόντων αυτών (φυσικών και τεχνητών) που διαταράσσουν την υδραυλική ισορροπία της διεπιφάνειας αλμυρού/γλυκού νερού είναι το πρώτο βήμα στο σχεδιασμό μιας επιτυχούς μεθόδου ελέγχου της θαλάσσιας διείσδυσης. To φάσμα των διαφόρων μεθόδων παρεμπόδισης της θαλάσσιας διείσδυσης περιλαμβάνει τις εξής μεθόδους (ASCE, 1987): Μείωση των αντλούμενων ποσοτήτων υπόγειου νερού H διείσδυση του θαλάσσιου νερού μπορεί να σταματήσει ή να εμποδιστεί με τη διατήρηση της στάθμης του υπόγειου νερού πάνω από εκείνη του επιπέδου της θάλασσας. Αυτό μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη μείωση των αντλήσεων σε ένα προσχεδιασμένο επίπεδο και εφόσον αυτό κριθεί αναγκαίο με την τροποποίηση του σχεδίου άντλησης. Η εφαρμογή της συνεπάγεται φυσικά μια μείωση των αναγκών σε νερό ή την ανεύρεση μιας εναλλακτικής παροχής νερού. Κατά τη μείωση των αντλήσεων, η κλίση στην περιοχή εμπλουτισμού εξομαλύνεται και η κλίση προς την ενδοχώρα η οποία είναι υπεύθυνη για τη διείσδυση της θάλασσας, αντικαθίσταται από μια κλίση ελαφρώς προς την πλευρά της θάλασσας με αντίστοιχη ροή του γλυκού νερού προς την ίδια κατεύθυνση. Εάν οι διαθέσιμες πληροφορίες για τη στάθμη των υπόγειων νερών, τη γεωλογία και την υδρολογία είναι επαρκείς, τότε είναι δυνατόν να αντλούμε τη μέγιστη ποσότητα υπόγειου νερού χωρίς να συμβαίνει θαλάσσια διείσδυση. Μέθοδος κατάκλυσης (spreading) Η μέθοδος ελέγχου της θαλάσσιας διείσδυσης μέσω τεχνητού εμπλουτισμού με κατάκλυση (spreading) απαιτεί ύπαρξη ευνοϊκών φυσικών συνθηκών και παρουσία πρόσθετης πηγής νερού η οποία θα είναι διαθέσιμη για το σκοπό αυτό. Με τη μέθοδο αυτή έχουμε αύξηση της υδραυλικής κλίσης στην περιοχή εμπλουτισμού με παράλληλη αναστροφή της υδραυλικής κλίσης προς την κατεύθυνση της θάλασσας στην περιοχή ανάμεσα στις γεωτρήσεις άντλησης και την ακτή. Οι συνθήκες αυτές ευνοούν τη δημιουργία 94

18 ροής γλυκού νερού προς τη θάλασσα, ενώ οι αντλήσεις συνεχίζονται στο προηγούμενο επίπεδο. Επαρκείς πληροφορίες για τις συνθήκες λειτουργίας του συστήματος επιτρέπουν την κατά το δυνατόν ελαχιστοποίηση των απωλειών γλυκού νερού προς τη θάλασσα. Σαν μια εναλλακτική λύση μπορεί να ενισχυθεί ο φυσικός εμπλουτισμός της λεκάνης μέσω τεχνητού εμπλουτισμού από τοπικές πηγές ή από εισαγόμενες ποσότητες νερού. Υπόγειος φραγμός Μια άλλη προσέγγιση για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης περιλαμβάνει τη φυσική διακοπή της υδραυλικής επικοινωνίας των υδροφόρων με τη θάλασσα. Πρακτικά ένα υπόγειος φραγμός μπορεί να δημιουργηθεί με την επαρκή μείωση της διαπερατότητας σε μια τομή του υδροφόρου για να εμποδιστεί η κίνηση του υπόγειου νερού (σχήματα 4.9 και 5.1). Η μέθοδος αυτή συνίσταται στην τοποθέτηση κάποιου τύπου αδιαπέρατης μεμβράνης ανάμεσα στην πηγή του θαλάσσιου νερού και στις αντλούμενες γεωτρήσεις. Η κατασκευή μιας τέτοιας μεμβράνης μπορεί να είναι μια τάφρος εκσκαφής που επαναπληρούται με μπεντονιτική άργιλο ή μία γραμμή από γεωτρήσεις που βρίσκονται πολύ κοντά η μία στην άλλη και μέσω των οποίων εγχέεται στο υπέδαφος αδιαπέρατο ρευστό κονίαμα. Θα μπορούσε επίσης να δημιουργηθεί φυσικός φραγμός με την κατασκευή ενός μονωτικού τοίχου, χρησιμοποιώντας πασσαλοσανίδες (Sheet piling). Μια αδιαπέρατη ζώνη είναι δυνατόν να κατασκευασθεί με έγχυση γαλακτωματοποιημένης ασφάλτου, κολλοειδούς πήγματος διοξειδίου του πυριτίου, calcium argylate, διάφορων πλαστικών ή παρόμοιων υλικών. Τέτοιοι φραγμοί είναι συνήθως κατάλληλοι μόνο για αβαθείς σχηματισμούς. Ιδιαίτερης σημασίας είναι η δυνατότητα ελέγχου της αποτελεσματικότητας του φραγμού από το βαθμό διαρροής του θαλάσσιου νερού. Ένας αποτελεσματικός φυσικός φραγμός επιτρέπει τη σημαντική υποχώρηση της στάθμης του υπόγειου νερού η οποία με τη σειρά της καθιστά προσιτή την άντληση μεγάλων ποσοτήτων από το αποθηκευμένο στον υδροφόρο ορίζοντα γλυκό νερό ή αυξάνει την υδραυλική κλίση από την περιοχή εμπλουτισμού με αποτέλεσμα την αύξηση της παροχής. Μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι εμποδίζει την υποεπιφανειακή εκροή έτσι ώστε να είναι υπαρκτός ο κίνδυνος αύξησης της αλατότητας. σπήλαιο Σχήμα 5.1. Σχηματικό διάγραμμα ενός υπόγειου φράγματος σε ένα παράκτιο ασβεστολιθικό σπήλαιο για την παρεμπόδιση της ανάμιξης γλυκού και αλμυρού νερού Οι κατασκευές αυτές όμως παρά το γεγονός ότι είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές, γενικά περικλείουν κατασκευαστικές δυσκολίες και οικονομικά προβλήματα. Προβλήματα που 95

19 μπορούν να δημιουργηθούν είναι οι υποχωρήσεις του εδάφους στην περίπτωση των αρτεσιανών υδροφόρων. Οι φυσικοί φραγμοί που κατασκευάζονται σε έναν ελεύθερο υδροφόρο μπορεί να είναι οικονομικά εφαρμόσιμοι δεν παύουν όμως να παρουσιάζουν προβλήματα. Κοίλωμα άντλησης Ένα προστατευτικό κοίλωμα μπορεί να δημιουργηθεί μέσω μιας γραμμής από γεωτρήσεις άντλησης, κατάλληλα διατεταγμένες κατά μήκος της ακτής (California Department of Water Resources, 1970). Η γραμμή αυτή περιλαμβάνει ελεγχόμενες γεωτρήσεις άντλησης τοποθετημένες ανάμεσα στις παραγωγικές γεωτρήσεις και τη διαδρομή του θαλάσσιου νερού. Ο ρυθμός των αντλήσεων στη σειρά αυτή θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να διατέμνει το θαλάσσιο νερό που διεισδύει προς την ενδοχώρα σε όλο του το εύρος. Αυτές οι γεωτρήσεις παράγουν ένα μίγμα αλμυρού και γλυκού νερού και θα μπορούσαν να προκαλέσουν την επιβάρυνση αξιοσημείωτων ποσοτήτων γλυκού νερού. Όταν επιτευχθεί κατάσταση ισορροπίας, η στάθμη του κοιλώματος είναι γενικά χαμηλότερη απ' ότι στα υπόλοιπα σημεία της υδρογεωλογικής λεκάνης. Για να επιτευχθεί η κατάσταση αυτή θα πρέπει να μειωθεί η αντλούμενη ποσότητα σε επίπεδο ελαφρώς μεγαλύτερο από τον αρχικό ρυθμό διείσδυσης του θαλάσσιου νερού. Αυτό σημαίνει ότι είτε θα πρέπει να μειωθούν οι ανάγκες σε νερό ή θα πρέπει να είναι διαθέσιμη μια πρόσθετη πηγή νερού. Σε ορισμένες περιπτώσεις αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω της υποχώρησης της στάθμης του υπόγειου νερού σε τέτοιο βαθμό ώστε να αυξηθεί υδραυλική κλίση από την περιοχή εμπλουτισμού. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζονται οι πρόσθετες αναγκαίες ποσότητες γλυκού νερού. Η μέθοδος αυτή εξαρτάται από τον έλεγχο της στάθμης του υπόγειου νερού στο υδραυλικό κοίλωμα και από τον καθορισμό της ποσότητας του νερού που θα αντλείται από τις γεωτρήσεις ελέγχου. Ευνόητο είναι, ότι σε κάθε περίπτωση οι πραγματικές συνθήκες είναι αυτές που καθορίζουν τις απαιτήσεις σε ελεγχόμενες αντλήσεις. Γενικά οι αντλούμενες ποσότητες είναι μεγαλύτερες από την ποσότητα του αρχικώς διεισδύοντος θαλάσσιου νερού. Όσο πιο κοντά προς τη θάλασσα βρίσκονται οι γεωτρήσεις ελέγχου, τόσο μεγαλύτερες θα πρέπει να είναι οι αντλούμενες από αυτές ποσότητες. Η χρησιμοποίηση της μεθόδου του υδραυλικού κοιλώματος σε συνδυασμό με γεωτρήσεις εμπλουτισμού ελαχιστοποιεί τα αποτελέσματα της υποχώρησης του εδάφους και της συσσώρευσης πλεονάσματος εδαφικής υγρασίας και επιτρέπει περισσότερη ευελιξία στο όλο εγχείρημα (Bruington and Seares, 1965). Είναι φανερό όμως, πως ένας τέτοιος συνδυασμός θα προκαλέσει την επιβάρυνση σημαντικών ποσοτήτων γλυκού νερού, ενώ το κόστος αναμένεται να είναι απαγορευτικό (Bear, 1979). Οι κυριότεροι παράγοντες που πρέπει να τεθούν υπό θεώρηση κατά την αξιολόγηση του πόσο είναι εφικτό να προστατευθεί μια υδρογεωλογική λεκάνη μέσω της διατήρησης ενός κοιλώματος δια μέσου αντλήσεων, είναι το κόστος των αντλήσεων και η επιβάρυνση των κατά τα άλλα χρησιμοποιήσιμων νερών. Η περίπτωση του κοιλώματος σε αντίθεση με αυτήν του υβώματος, μετριάζει κάπως το μειονέκτημα του περιορισμού των δυνατοτήτων αποθήκευσης υπόγειου νερού, καθώς η στάθμη του υπόγειου νερού προς την πλευρά της ενδοχώρας μπορεί να διατηρηθεί σε επίπεδα χαμηλότερα από αυτό της θάλασσας. Ο Todd (1980) συμπεραίνει ότι η μέθοδος της δημιουργίας υδραυλικού κοιλώματος είναι γενικά ασύμφορη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο περιστασιακά μέχρι να εφαρμοστούν περισσότερο κατάλληλες μέθοδοι. 96

20 Η μέθοδος που προτάθηκε από τον Kashef (1971) για την παράκαμψη των μειονεκτημάτων της παραπάνω μεθόδου είναι μια συστοιχία από γεωτρήσεις άντλησης τοποθετημένες κατά μήκος της ακτής, οι οποίες θα αντλούν μόνο γνήσιο αλμυρό νερό. Η τοποθέτηση των φίλτρων, η ικανότητα άντλησης κάθε γεώτρησης και τα διαστήματα μεταξύ αυτών σχεδιάζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εμποδίζουν την οποιαδήποτε είσοδο γλυκού νερού μέσα στις γεωτρήσεις αυτές. Με την μέθοδο αυτή, η στάθμη του γλυκού νερού υποχωρεί βαθμιαία προς την ενδοχώρα έως το επίπεδο της βάσης του υδροφόρου, σαν αποτέλεσμα της αύξησης του υδραυλικού φορτίου και της υποχώρησης της αρχικής αλμυρής σφήνας. Η επιτυχία της μεθόδου μπορεί να πιστοποιείται διαρκώς μέσω ελέγχου της αλμυρότητας σε διάφορα βάθη, με τη βοήθεια γεωτρήσεων παρακολούθησης. Η μέθοδος είναι ελπιδοφόρα και με πολλά πλεονεκτήματα συγκριτικά με αυτές των υδραυλικών φραγμών και των υδραυλικών κοιλωμάτων. Δεν απαιτεί εισαγωγή γλυκού νερού ή άντληση γλυκού νερού από τον υδροφόρο. Μειονέκτημα της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι δεν έχει δοκιμασθεί επαρκώς στην πράξη. Υδραυλικό ύβωμα Η θαλάσσια διείσδυση μπορεί να αναστραφεί μέσω έντονου εμπλουτισμού του υδροφόρου, δημιουργώντας έτσι ένα ύβωμα στην δυναμομετρική επιφάνεια του υπόγειου νερού. Μια σειρά από πεδία κατάκλυσης (spread ground) ή γεωτρήσεις έγχυσης ή ένας συνδυασμός των δύο, θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί, όπως υπαγορεύεται από τις υπάρχουσες γεωλογικές συνθήκες. Με τη μέθοδο αυτή εισάγεται πρόσθετο νερό στον υδροφόρο ορίζοντα έτσι ώστε να έχουμε ανύψωση της στάθμης τέτοια, που να επιτρέπει, μέσω της ευνοϊκής υδραυλικής κλίσης που δημιουργείται, την κίνηση του νερού μακριά από το σχηματιζόμενο ύβωμα. Θα προκληθεί μόνο μια πολύ μικρή επιβάρυνση του γλυκού νερού αν το ύψος του υβώματος ελέγχεται προσεκτικά και διατηρείται σε ένα ελάχιστο επίπεδο, το οποίο απαιτείται για την προστασία του υδροφόρου. Με τη διαδικασία αυτή το μεγαλύτερο μέρος του χρησιμοποιούμενου γλυκού νερού για τη διατήρηση του υβώματος συντελεί σε αύξηση του εμπλουτισμού του υπόγειου νερού και είναι διαθέσιμο για επαναχρησιμοποίηση. Το πραγματοποιήσιμο της εγκαθίδρυσης και διατήρησης ενός υβώματος στο υπόγειο νερό σε ένα αρτεσιανό υδροφόρο με έγχυση νερού μέσω γεωτρήσεων, έχει αποδειχθεί στην πράξη και σε πολλές περιοχές (Kashef, 1976 και Larson et al., 1977). Οπωσδήποτε η εφαρμογή των μεθόδων αυτών θέτει εκ των πραγμάτων κάποιους περιορισμούς όπως η χρησιμοποίηση του αποθηκευμένου υπόγειου νερού σε παράκτιους υδροφόροι μέχρις ενός ορίου ή δημιουργεί ευνοϊκές συνθήκες άντλησης με αντίστοιχη μείωση του κόστους αυτής. Επίσης θα μπορούσε κατά κάποιο τρόπο να περιορίσει το φυσικό εμπλουτισμό εξαιτίας των συνθηκών της περιορισμένης διαθέσιμης αποθηκευτικότητας που δημιουργούνται στον υδροφόρο. Η πιο ευρεία αξιοποίηση μιας υδρογεωλογικής λεκάνης προσφέρεται είτε από την εφαρμογή της μεθόδου δημιουργίας υβώματος στο υπόγειο νερό, είτε με την κατασκευή υποεπιφανειακών φραγμών. Για τον έλεγχο της θαλάσσιας διείσδυσης είναι απαραίτητη η γνώση του υψομέτρου της βάσης του υδροφόρου. Επίσης για την δημιουργία φραγμού υδραυλικού φορτίου απαραίτητος όρος είναι, η ανύψωση της στάθμης του υπόγειου νερού πάνω από το επίπεδο της θάλασσας και κατά μήκος της γραμμής έγχυσης, σε υψόμετρο πού υπαγορεύεται από 97

21 την αναλογία 0,76 m για κάθε 30,5 m του συνολικού διαστήματος μεταξύ του θαλασσίου επιπέδου και της βάσης του υδροφόρου. Στην περίπτωση των αβαθών ελευθέρων υδροφόρων, το υδραυλικό ύβωμα μπορεί να δημιουργηθεί με τη χρησιμοποίηση κατασκευών ελέγχου της αλατότητας σε κανάλια αποστράγγισης κοντά στην ακτή, όταν είναι προσιτή μια πηγή επιφανειακού νερού,. Το σύστημα αυτό έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικό στην περιοχή της Florida (Sherwood et al., 1966). Πολύ αποτελεσματικός αποδείχθηκε για την προστασία από τη θαλάσσια διείσδυση ο τύπος της μεθόδου που συνδυάζει ένα υδραυλικό ύβωμα με ένα κοίλωμα άντλησης (Montgomery and Toups, 1967). Η ταυτόχρονη παρουσία ενός υβώματος και ενός κοιλώματος στη δυναμομετρική επιφάνεια περιορίζει αποτελεσματικά την κίνηση του θαλάσσιου νερού προς την ενδοχώρα. Ο τύπος αυτός απαιτεί απολήψεις μεγαλύτερες κατά ένα τρίτο αυτών που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός κοιλώματος άντλησης καθώς και μια μικρότερη συνολικά ποσότητα απ' αυτήν που απαιτείται για τη δημιουργία υδραυλικού υβώματος. Γενικά πρόκειται για ένα περισσότερο ευέλικτο σύστημα με λιγότερα μειονεκτήματα συγκριτικά με τα απλά συστήματα εμπλουτισμού. Τόσο η δημιουργία υβώματος όσο και ο υπόγειος φραγμός θα επέτρεπαν πλήρη χρησιμοποίηση της αποθηκευμένης ποσότητας γλυκού νερού, εφόσον το επίπεδο της στάθμης του υπόγειου νερού θα μπορούσε να διατηρηθεί, τόσο χαμηλό όσο θα ήταν επιθυμητό. Η δημιουργία υβώματος σε αρτεσιανούς υδροφόρους πραγματοποιείται με γεωτρήσεις έγχυσης (Bruington and Seares, 1965). Με τους φραγμούς αυτούς επιτυγχάνεται η εξισορρόπηση της ροής και εμποδίζεται η περαιτέρω μετανάστευση του αλμυρού νερού προς την ενδοχώρα (Brown and Signor, 1974). Δημιουργία υβώματος με τη χρήση γεωτρήσεων έγχυσης Ο εμπλουτισμός με γεωτρήσεις έγχυσης για τη δημιουργία φραγμών γλυκού νερού οι οποίοι παρεμποδίζουν την εξέλιξη του φαινομένου της θαλάσσιας διείσδυσης σε παράκτιες περιοχές, έχει δοκιμασθεί στην πράξη σε ευρεία κλίμακα. Ο έλεγχος της θαλάσσιας διείσδυσης με τη μέθοδο των γεωτρήσεων εμπλουτισμού μελετήθηκε ιδιαίτερα από τον Kashef, τόσο σαν παράγοντας επιβράδυνσης αυτής (Kashef, 1976a), όσο σαν υδραυλικός φραγμός (Kashef, 1975 και 1977). Kκάτω από ορισμένες συνθήκες μια συστοιχία από γεωτρήσεις εμπλουτισμού, διευθετημένες κατάλληλα και παράλληλα προς την ακτή, έχει μια συνδυασμένη επίδραση στη φυσική ροή, επιτρέποντας μια ομοιόμορφη υποχώρηση της αρχικής σφήνας του αλμυρού νερού. Η εφαρμογή της μεθόδου προϋποθέτει ικανοποιητική γνώση των υδρογεωλογικών συνθηκών για τον κατάλληλο σχεδιασμό της συστοιχίας των γεωτρήσεων εμπλουτισμού όπως και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των γεωτρήσεων αυτών. Στους αρτεσιανούς υδροφόρους η σφήνα του θαλάσσιου νερού παραμένει στάσιμη και δεν προωθείται μέσα στους γλυκούς υδροφόρους, όταν η δυναμομετρική επιφάνεια κλίνει προς την πλευρά της θάλασσας, ανεξάρτητα από το πόσο χαμηλή είναι η στάθμη του υπόγειου νερού. Όταν για διαφόρους λόγους εμφανιστεί ενεργοποίηση της θαλάσσιας διείσδυσης τότε για την αντιμετώπισή της, εγχέεται γλυκό νερό μέσα στους αρτεσιανούς υδροφόρους μέσω μιας σειράς γεωτρήσεων έγχυσης που διαχωρίζουν το πεδίο των παραγωγικών γεωτρήσεων από την πηγή του θαλάσσιου νερού. Το σχήμα 5.α και β 98

22 εμφανίζει ένα παράκτιο αρτεσιανό υδροφόρο χωρίς διείσδυση και με διείσδυση της θάλασσας. Τα κρίσιμα σημεία ελέγχου είναι αυτά που βρίσκονται στη μέση περίπου της απόστασης μεταξύ των διαδοχικών γεωτρήσεων έγχυσης. Οι αναγκαίες ποσότητες γλυκού νερού για την ανάπτυξη επαρκούς υδραυλικού φορτίου είναι γενικά προβλέψιμες. Η ποσότητα του γλυκού νερού που θα ρέει από τον φραγμό προς την ενδοχώρα θα πρέπει κατά προσέγγιση να είναι ίδια με την αρχικά διεισδύουσα ποσότητα θαλάσσιου νερού. Επίσης θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, μια ποσότητα γλυκού νερού που ποικίλει ανάλογα με την ιδιαιτερότητα των συνθηκών και που προσεγγίζει το 10% της ποσότητας που ρέει προς την ενδοχώρα, ρέει προς τη θάλασσα. Ο αριθμός των γεωτρήσεων έγχυσης που απαιτείται εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο εισρέει το νερό εμπλουτισμού σε μια γεώτρηση. Ο ρυθμός αυτός μπορεί πρόχειρα να υπολογισθεί ως η ειδική παροχή μιας παραγωγικής γεώτρησης παρόμοιου μεγέθους στον ιδιαίτερο σχηματισμό. Το αποτέλεσμα επηρεασμού της διεπιφάνειας αλμυρού/γλυκού νερού από μια γεώτρηση εμπλουτισμού είναι το αντίθετο ακριβώς από το αποτέλεσμα μιας γεώτρησης άντλησης. Η έγχυση προκαλεί εξασθένηση της αρχικής σφήνας του αλμυρού νερού. Το αποτέλεσμα εκφράζεται μαθηματικά από τις ίδιες εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τις γεωτρήσεις άντλησης. Η μόνη διαφορά είναι η χρησιμοποίηση θετικών αντί αρνητικών πρόσημων. Η επιτυχία της προσπάθειας είναι συνάρτηση του βαθμού προσέγγισης του ιδανικού συνδυασμού παραγόντων όπως: απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων ικανότητες άντλησης των γεωτρήσεων, απόσταση της συστοιχίας από την ακτογραμμή και διάρκεια της άντλησης κάτω από τις επικρατούσες γεωμετρικές και οριακές συνθήκες. Οι γεωτρήσεις έγχυσης πρέπει να διαπερνούν το συνολικό πάχος του αρτεσιανού υδροφόρου, δεδομένου ότι η μερική μόνο τοποθέτηση φιλτροσωλήνων θα σήμαινε μειωμένες δυνατότητες εμπλουτισμού (Peimin et al., 1994). Οι γεωτρήσεις με φιλτροσωλήνες σε όλο το πάχος του υδροφόρου επιδεικνύουν ικανότητα εμπλουτισμού έως 6 φορές μεγαλύτερη απ' ότι γεωτρήσεις με μερική παρουσία φιλτροσωλήνων. Σαν συμπέρασμα θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι διάφορες αναλύσεις της μεθόδου ελέγχου της θαλάσσιας διείσδυσης με γεωτρήσεις έγχυσης βρίσκονται ακόμη στο ερευνητικό στάδιο και δεν έχει καθιερωθεί κάποιος στάνταρτ οδηγός εφαρμογής αυτών. Είναι δε φανερή η ευαισθησία τους στην παρουσία διαφορετικών τοπικών συνθηκών. Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα δημιουργίας φραγμών στη θαλάσσια διείσδυση με γεωτρήσεις έγχυσης, είναι αυτό της West Coast Basin, Dominguez Gap και Alamitos. Πρόκειται για ένα παράδειγμα εφαρμογής ενός περιβαλλοντικού σχεδίου διεθνούς σημασίας που αποτελεί το μεγαλύτερο σύστημα φραγμών στη θαλάσσια διείσδυση σε όλη τη Βόρεια Αμερική και πρότυπο αντιμετώπισης της θαλάσσιας διείσδυσης σε όλη την California (Lipshie and Larson, 1995). Το υδρογεωλογικό αυτό σχέδιο επαναπροσδιορίζεται σταθερά για προσαρμογή στις αλλαγές των γνώσεων και των συνθηκών. Περιλαμβάνει τη λειτουργία τριών φραγμών.. Κάθε φραγμός λειτουργεί μέσω της χρησιμοποίησης μιας γραμμής από γεωτρήσεις έγχυσης γλυκού νερού στους υδροφόρους παράλληλης προς την ακτή. Η ανύψωση των δυναμομετρικών επιφανειών σχηματίζει υβώματα που εμποδίζουν τη διείσδυση του 99