ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΙΤΛΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα»

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΙΤΛΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΓΙΑΝΝΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ: Ν. ΝΙΚΟΛΑΪ ΗΣ (επιβλέπων) Ν. ΚΑΛΟΓΕΡΑΚΗΣ Γ. ΚΑΡΑΤΖΑΣ ΧΑΝΙΑ 2008

2 Ευχαριστίες Ολοκληρώνοντας την παρούσα διατριβή, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους µε βοήθησαν ώστε να καταστεί αυτή επιτυχής. Κατ αρχάς νιώθω την επιθυµία να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ. Νικόλαο Νικολαΐδη για την πολύτιµη προσφορά γνώσεων και εµπειριών του, τόσο κατά τη διάρκεια όλων των ακαδηµαϊκών ετών όσο και κατά την εκπόνηση αυτής της εργασίας. Επιπροσθέτως, νιώθω την υποχρέωση να ευχαριστήσω όλους τους καθηγητές του τµήµατος για την σπουδαία, ανεκτίµητη και πάνω από όλα χρήσιµη παροχή γνώσεών τους, καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών µου στο Πολυτεχνείο Κρήτης. Επίσης ευχαριστώ όλα τα µέλη του εργαστηρίου «Υδρογεωχηµικής Μηχανικής και Αποκατάστασης Εδαφών», και ιδιαίτερα την Τζοράκη Ράνια και την Σταµάτη Φωτεινή. Ευχαριστώ και τον κύριο Jonathan Clough το δηµιουργό του AQUATOX για τις γνώσεις, τις εµπειρίες και τις συµβουλές που µου προσέφερε κατά τη διάρκεια της διπλωµατικής µου εργασίας. Τέλος, ευχαριστώ θερµά την οικογένειά µου για την υποστήριξη και κατανόησή της σε όλα τα επίπεδα. Ευχαριστώ και τους φίλους µου, Βαγγέλη και Κωστή, για τη συµπαράσταση και τις ωραίες µας στιγµές κατά τη διάρκεια της φοιτητικής µας ζωής. Σελίδα 2

3 Περιεχόµενα Ευχαριστίες... 2 Περιεχόµενα... 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Η Πρόκληση της ιαχείρισης σε Επίπεδο Λεκάνης Απορροής Οικολογία των Λεκανών Απορροής Το Φυσικό Περίγραµµα Λεκάνης Απορροής Βιολογικό Υπόβαθρο Οικολογία του εδάφους Τροφικές Αλυσίδες και το Οικοσύστηµα Βιοποικιλότητα Χαρακτηριστικά των Φυσικών Συστηµάτων οµή των Λεκανών Απορροής Συστήµατα τρεχούµενων υδάτων Στάσιµα Ύδατα οµή της Τοπογραφίας σε Λεκάνη Απορροής Λειτουργίες Λεκάνης Απορροής Μεταφορά και Αποθήκευση (νερού, ενέργειας, µικροοργανισµών, ιζήµατος και άλλων υλικών) Μοντέλα Πρόβληµα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Περιγραφή της Λεκάνης Απορροής Γεωµορφολογία Χρήσεις Γης Γεωλογικά Χαρακτηριστικά Γεωτεκτονικές Ζώνες της Λεκάνης Απορροής του Ευρώτα Η Ενότητα των Plattenkalk Φυλλιτική Χαλαζιτική Σειρά Σχηµατισµοί της Ζώνης Γαβρόβου Τρίπολης Ζώνη Πίνδου Μεταλπικοί Σχηµατισµοί Υδρογεωλογία Υδροφορίες Κοιλάδα της Σπάρτης Πεδιάδα της Σκάλας Πηγές...36 Κλίµα...37 Σελίδα 3

4 Πληθυσµός Ποιότητα Νερού εδοµένα από την Παρακολούθηση της Ποιότητας του Νερού Προσδιορισµός των Σηµειακών Πηγών Ρύπανσης Αστική Ρύπανση Αστικά λύµατα Βοθρολύµατα Τουριστικές Εγκαταστάσεις Βιοµηχανική ρύπανση Μη Σηµειακές Πηγές Ρύπανσης Στερεά Απόβλητα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Προσδιορισµός των Φορτίων Σηµειακές Πηγές Μη σηµειακές πηγές Υπολογισµός φορτίων αζώτου και φωσφόρου από τις βροχοπτώσεις Υπολογισµός φορτίων από την γεωργία Υπολογισµός φορτίων από τη κτηνοτροφία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ιαδικασία Μοντελοποίησης Περιγραφή του Μοντέλου AQUATOX Λειτουργία του AQUATOX Πιθανές Εφαρµογές του Μοντέλου εδοµένα που πρέπει να λαµβάνονται υπόψη Μεθοδολογία Μοντελοποίησης Ρύθµιση Μοντέλου Ανάλυση εδοµένων Βαθµονόµηση Βαθµονόµηση µε Οριακές Συνθήκες (Boundary Conditions) Βαθµονόµηση µε χρήση LOADEST Αποτελέσµατα Βαθµονόµησης Συµπεράσµατα ιαχείριση και Κατανοµή Φορτίων (Load Allocation) Στρατηγικές ιαχείρισης Φορτίων (Best Management Practices) Ανάπτυξη Συντελεστών Μείωσης Φορτίων Ανάλυση Σεναρίων Σενάριο 1 ο : Μείωση των φορτίων που εισέρχονται εντός του τµήµατος προσοµοίωσης Σενάριο 2 ο : Επιπλέον Μείωση των Φορτίων που Βρίσκονται Εντός του Τµήµατος Προσοµοίωσης Σενάριο 3 ο : Μέτρα για την Επίτευξη των Βέλτιστων Αποτελεσµάτων (Green Scenario) Συµπεράσµατα Ανάλυση Αβεβαιότητας και Ανάλυση Ευαισθησίας Ανάλυση Αβεβαιότητας Ανάλυση Ευαισθησίας Αποτελέσµατα 86 Συµπεράσµατα 89 Σελίδα 4

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Τελικά Συµπεράσµατα 92 Σελίδα 5

6 Πίνακες Εικόνες ιαγράµµατα Χάρτες Εικόνες: Εικόνα 1: Είδη Λεκανών Απορροής 11 Εικόνα 2: Ένα οικοσύστηµα µε εισροές και εκροές 12 Εικόνα 3: Η πόλη της Σπάρτης. Στο βάθος φαίνεται η οροσειρά του Ταΰγετου 24 Εικόνα 4: Άνω ρους του ποταµού Ευρώτα 25 Χάρτες: Χάρτης 1: Οι περιοχές και το υδρολογικό δίκτυο στο νοµό Λακωνίας 25 Χάρτης 1: Ανάγλυφο της λεκάνης απορροής του ποταµού Ευρώτα 26 Χάρτης 2: Χρήσεις γης της του Νοµού Λακωνίας 27 Χάρτης 3: Απεικόνιση του Συντελεστή Φυτοκάλυψης στη Λεκάνη Απορροής του Ευρώτα 27 Χάρτης 4: Γεωλογικό Τεκτονικό Σκαρίφηµα της Πελοποννήσου 28 Χάρτης 5: Τµήµατα και παραπόταµοι του Ευρώτα που δε διατηρούν µόνιµη ροή 33 Χάρτης 6: Πληθυσµός ανά Περιοχή, Πηγές Ρύπανσης 38 Χάρτης 8: Τοποθεσίες Σταθµών Παρακολούθησης του ικτύου του Ευρώτα 39 Χάρτης 9: Με τις σηµειακές πηγές ρύπανσης στο νοµό Λακωνίας 48 Χάρτης 10: Μετεωρολογικοί σταθµοί και πολύγωνα Thiessen της λεκάνης απορροής 52 Πίνακες: Πίνακας 1: εδοµένα Θερµοκρασίας από τους Μετεωρολογικούς της ευρύτερης περιοχής 37 Πίνακας 2: Βροχοµετρικά εδοµένα στο Μετεωρολογικό Σταθµό του Έλους 37 Πίνακας 3: Φορτία που παράγονται από βιοτεχνίες βρωσίµων ελαίων 49 Πίνακας 4: Φορτία Ολικού Αζώτου για κάθε λεκάνη 50 Πίνακας 5: Φορτία Ολικού Φωσφόρου ανά λεκάνη 50 Πίνακας 6: Συγκεντρώσεις θρεπτικών στη βροχή 52 Πίνακας 7: Φορτία θρεπτικών ανά υπολεκάνη από τη βροχή 53 Πίνακας 8: Οι καλλιεργήσιµες εκτάσεις σε στρέµµατα ανά δήµο 54 Πίνακας 9: Ποσότητες λιπασµάτων ανά δένδρο ανά καλλιέργεια 55 Πίνακας 10: Πληθυσµός ζώων, βάρος και φορτία που παράγουν 55 Πίνακας 11: Τα παραγόµενα φορτία από τη γεωργία και την κτηνοτροφία 56 Πίνακας 12: Συντελεστές Μείωσης Θρεπτικών Φορτίων 76 Πίνακας 13: Ποσοστιαία Μείωση των Φορτίων ανά στρατηγική ιαχείρισης 84 Πίνακας 14: Πίνακας µε τα Αποτελέσµατα της Ανάλυσης Πιθανότητας Υπέρβασης 89 ιαγράµµατα: ιάγραµµα 1: Παράγοντες που Καθορίζουν τη οµή και Σύνθεση µιας Λεκάνης Απορροής 11 ιάγραµµα 2: ιάγραµµα χρήσεων γης στην λεκάνη απορροής του Ευρώτα 45 ιαγράµµατα : Αποτελέσµατα Βαθµονόµησης 66 ιαγράµµατα: Αποτελέσµατα Πρώτου Σεναρίου 77 ιαγράµµατα: Αποτελέσµατα εύτερου Σεναρίου 80 ιαγράµµατα: Αποτελέσµατα Τρίτου Σεναρίου 82 ιαγράµµατα: Αποτελέσµατα Ανάλυσης Αβεβαιότητας 87 ιαγράµµατα: Αποτελέσµατα Ανάλυσης Ευαισθησίας 90

7

8 Κεφάλαιο 1 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή «Με τη βοήθεια του ύδατος δίδουµε ζωή σε όλα». Αυτή η έκφραση υποκρύπτει ένα βαθύτερο νόηµα. Τόσο οι άνθρωποι όσο και οι λοιποί οργανισµοί χρειάζονται το ύδωρ όπως και το οξυγόνο, διότι χωρίς αυτό δε θα µπορούσε να υπάρξει ζωή. Χαρακτηριστικό είναι άλλωστε ότι η αναπλήρωση των ζωτικών υγρών των οργανισµών, αλλά και οι τροφές που καταναλώνουν απαιτούν νερό, προκειµένου να αναπαραχθούν. Πλην αυτών όµως το ύδωρ δίδει ζωή υπό µια ευρύτερη έννοια, το καθαρό ύδωρ αποτελεί στοιχείο πολιτισµού, βοηθώντας τους ανθρώπους να διατηρήσουν την υγεία τους και να ενισχύσουν την αξιοπρέπειά τους µε τα συστήµατα ύδρευσης και αποχέτευσης που έχουν εφεύρει. Αλλά πέρα από το επίπεδο της καθαριότητας που µπορούµε να εκµεταλλευτούµε, το ύδωρ στηρίζει επιπρόσθετα τα οικολογικά συστήµατα και παρέχει µια εισαγωγή στα συστήµατα παραγωγής που διατηρούν τα προς το ζην. Συµπερασµατικά λοιπόν, αξίζει να τονίσουµε ότι το νερό συσχετίζεται αναπόδραστα µε όλες τις πτυχές της φυσικής και κοινωνικοοικονοµικής µας πραγµατικότητας. Όταν οι άνθρωποι αµφισβητούν την πρόσβαση στο καθαρό ύδωρ στις οικίες τους ή όταν στερούνται την πρόσβαση στο ύδωρ ως φυσικό διαθέσιµο, τότε οι επιλογές και οι ελευθερίες τους περιορίζονται από την κακή υγεία, την ένδεια και την ευπάθεια. Το ύδωρ δίδει τη ζωή σε όλα και για όλους, συµπεριλαµβανοµένης της ανθρώπινης ανάπτυξης και ελευθερίας. Οι σηµαντικότερες ποσότητες νερού προέρχονται κυρίως από τα επιφανειακά και τα υπόγεια ύδατα. Συγκεκριµένα, τα επιφανειακά ύδατα αποτελούνται από το γλυκό νερό των λιµνών, των ποταµών και των ταµιευτήρων ύδατος που συλλέγεται και ρέει στην επιφάνεια του εδάφους. Ενώ, τα υπόγεια ύδατα συγκεντρώνονται στα πορώδη στρώµατα των υπόγειων πετρωµάτων και για αυτό αποκαλούνται υπόγειοι υδροφόροι ορίζοντες. Είναι γεγονός ότι το υπόγειο νερό τροφοδοτείται από τη διήθηση του νερού της βροχής και των λιωµένων χιονιών, ωστόσο υπάρχει κίνδυνος πτώσης της στάθµης του υδροφόρου ορίζοντα σε περίπτωση που γίνει ανεξέλεγκτη άντληση αυτού. Άξια αναφοράς συνιστούν τα στοιχεία του Συµβουλίου των ΗΠΑ για την ποιότητα του περιβάλλοντος, όσον αφορά τη προσφορά και τη ζήτηση του γλυκού νερού. Τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι η προσφορά είναι δέκα φορές µεγαλύτερη από τη ζήτηση γεγονός που δεν ανταποκρίνεται απόλυτα στην πραγµατικότητα αν λάβουµε υπ όψιν µας τις δυσµενέστατες επιπτώσεις της ολοένα και µεγαλύτερης ζήτησης γλυκού νερού και τις έντονες συνθήκες λειψυδρίας που παρατηρούνται σε αρκετές περιοχές του πλανήτη µας. Η συνεκτίµηση µάλιστα όλων αυτών των στοιχείων µάς οδηγεί αναπόφευκτα στη διαπίστωση, ότι σε πολλές περιοχές ανά τον κόσµο η λειψυδρία, σε συνδυασµό µε τις συνθήκες ξηρασίας, αποτελούν ένα ζωτικής σηµασίας πρόβληµα, ενώ άλλα µέρη ενδέχεται να αντιµετωπίσουν το φαινόµενο της λειψυδρίας τις προσεχείς δεκαετίες. Επιπλέον, σύµφωνα µε τη διεθνή έκθεση του 2000 οι διαθέσιµες ποσότητες νερού σε παγκόσµιο επίπεδο είναι 3,5 φορές µεγαλύτερες από τη ζήτηση, εξαιτίας της ραγδαίας πληθυσµιακής αύξησης. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελούν τα στοιχεία του ΟΗΕ µε βάση τα οποία, το 2001 ενάµισι δισεκατοµµύρια άνθρωποι, οι «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 6

9 Κεφάλαιο 1 οποίοι το 2025 αναµένεται να φτάσουν τα 3,5 ζουν σήµερα σε συνθήκες εξαθλίωσης, και αυτό διότι δεν έχουν πρόσβαση σε υγιεινό νερό, ενώ καταγράφονται καθηµερινά χιλιάδες θύµατα ανά τον κόσµο από ασθένειες οι οποίες έχουν προκληθεί από τη µόλυνση και τη ρύπανση των υδάτων. Είναι εποµένως κατανοητό ότι το ύδωρ αποτελεί ένα από τα σηµαντικότερα περιβαλλοντικά και κοινωνικά προβλήµατα της γης, καθώς η έλλειψη της ποσότητάς του και η υποβάθµιση της ποιότητάς του είναι αυτή που θα οδηγήσει σταδιακά στην εξάλειψη του ανθρώπινου είδους, τόσο σε ατοµικό όσο και σε επίπεδο συλλογικής διαβίωσης. Ωστόσο, η Ευρωπαϊκή Ένωση από το 1975 και έπειτα έχει εκδώσει πλήθος οδηγιών, κανονισµών, αποφάσεων και ψηφισµάτων, τα οποία στοχεύουν στη διαχείριση και προστασία των εσωτερικών επιφανειακών, των µεταβατικών, των παράκτιων και των υπόγειων υδάτων. Η σηµαντικότερη οδηγία είναι η 2000/60/ΕΚ, γνωστή και ως οδηγία-πλαίσιο για τα ύδατα (ΟΠΥ), τα κριτήρια και οι στόχοι της οποίας προωθούν µια νέα κουλτούρα στον τοµέα διαχείρισης των υδατικών πόρων του Ευρωπαϊκού Οικονοµικού Χώρου. Συγκεκριµένα, στρέφεται από τις παραδοσιακές στρατηγικές ενίσχυσης της προσφοράς σε στρατηγικές διαχείρισης της ζήτησης, δίδοντας κατά αυτόν τον τρόπο προτεραιότητα στην εξοικονόµηση, τη βελτίωση της αποτελεσµατικότητας και την εισαγωγή νέων τεχνολογιών, καθώς και στις στρατηγικές προστασίας των υπόγειων υδάτων µέσω ολοκληρωµένων προσεγγίσεων. Για την Ελλάδα η εφαρµογή της οδηγίας συνιστά ευκαιρία για µια αποτελεσµατική και ουσιαστική διαχείριση και προστασία του περιβάλλοντος. Λαµβάνοντας υπ όψιν τα παραπάνω, κρίνεται αναγκαίο να αναφερθούµε στην έννοια της διαχείρισης των υδάτινων πόρων ( ΥΠ) αλλά και τον τρόπο εφαρµογής αυτών µε βάση την οδηγία πλαίσιο 2000/60. Με τον όρο διαχείριση υδατικών πόρων ( ΥΠ) νοείται το σύνολο των έργων και µέτρων που είναι απαραίτητα για να εξασφαλιστεί στο µέγιστο δυνατό βαθµό η κάλυψη των αναγκών κάθε χρήστη ή στην περίπτωση που αυτό δεν είναι εφικτό, να εξασφαλιστεί η ισόνοµη ικανοποίηση όλων των ενδιαφερόµενων σε σχέση µε την κοινωνική σηµασία κάθε χρήσης, σήµερα και στο µέλλον. Αξιοσηµείωτο είναι το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια στα πλαίσια της διαχείρισης των υδάτινων πόρων προστίθεται και ο σύγχρονος όρος της «ολικής διαχείρισης υδρολογικής λεκάνης» (Total Watershed Management), στην οποία το έδαφος, οι χρήσεις καλύψεις Γης, η βλάστηση και το νερό θεωρούνται ως µια αδιάσπαστη διαλεκτική ενότητα. Οι βασικοί στόχοι της ΥΠ συνίστανται στους εξής: Να προµηθεύσει νερό επαρκούς ποσότητας και κατάλληλης ποιότητας για την ικανοποίηση των αγροτικών, των βιοµηχανικών, των ενεργειακών και των υπολοίπων αναγκών. Να προστατεύσει τους υδατικούς πόρους από τη ρύπανση. Να παρέχει ικανοποιητική προστασία από τα ακραία καιρικά φαινόµενα, ιδίως τις πληµµύρες και τις ξηρασίες. Να διανέµει πόσιµο νερό για σκοπούς άρδευσης, να εξυπηρετεί τη λειτουργία υδροηλεκτρικών έργων, να χρησιµοποιεί το ύδωρ για υδατικές µεταφορές και για σκοπούς αναψυχής και, τέλος, να διαθέτει το νερό για τη χλωρίδα και την πανίδα. Σηµειώνεται ωστόσο ότι προκειµένου να επιτευχθούν οι ανωτέρω στόχοι απαιτείται πρωτίστως για ένα µεγάλο χρονικό διάστηµα να συλλεγούν απαραίτητες «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 7

10 Κεφάλαιο 1 πληροφορίες που έχουν να κάνουν µε υδρο-µετεωρολογικά, υδραυλικά, και τοπογραφικά δεδοµένα. Στο πλαίσιο µελετών και ερευνών που πραγµατοποιούνται στην Ευρωπαϊκή Ένωση για την βελτίωση της ποιότητας των νερών σε υδάτινα συστήµατα, δίνεται ιδιαίτερη έµφαση στην ανάπτυξη σχεδίων διαχείρισης σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Σηµαντική κρίνεται η εφαρµογή ενεργειών για την αποκατάσταση της ποιότητας του νερού αλλά και της οικολογίας των επιφανειακών νερών, των υπόγειων υδάτων και των υδάτων της παράκτιας ζώνης. Ένας τρόπος για να µπορέσουµε να προβλέψουµε, να αξιολογήσουµε αλλά και να αντιµετωπίσουµε προβλήµατα τα οποία υπάρχουν ή εµφανίζονται σε κάποια λεκάνη απορροής γίνεται µε την χρήση µοντέλων. Στην συγκεκριµένη διατριβή θα γίνει η µοντελοποίηση, οργανικών φορτίων στον ποταµό Ευρώτα που βρίσκεται στο Νοµό Λακωνίας. Το µοντέλο που θα χρησιµοποιηθεί είναι ένα εξειδικευµένο οικολογικό µοντέλο για υδάτινα συστήµατα το οποίο ονοµάζεται AQUATOX. Η λεκάνη απορροής του ποταµού Ευρώτα είναι µια περιοχή κυρίως αγροτική, χωρίς ανεπτυγµένη βιοµηχανία. Οι κύριες πιέσεις στην περιοχή προέρχονται από τα αστικά απόβλητα, τη γεωργία, την κτηνοτροφία και από κάποιες µεταποιητικές µονάδες γεωργικών προϊόντων. Οι κύριοι ρύποι, εποµένως, που αναµένεται να επιβαρύνουν την περιοχή είναι τα θρεπτικά, η οργανική ύλη τα οποία προέρχονται από σηµειακές και η σηµειακές πηγές όπως είναι τα ελαιοτριβεία, η µονάδα επεξεργασίας λυµάτων, τις χρήσεις γης καθώς και ενώσεις που προέρχονται από τα φυτοφάρµακα τα οποία χρησιµοποιούνται στη γεωργία. Για τους ρύπους αυτούς θα γίνει η προσοµοίωση µε το µοντέλο που αναφέρθηκε παραπάνω. Η ανεξέλεγκτη διάθεση των λυµάτων, σκουπιδιών, τοξικών ουσιών αλλά και η αλόγιστη χρήση φυτοφαρµάκων έχουν προκαλέσει ποικίλες επιπτώσεις και υποβάθµιση του περιβάλλοντος γενικότερα και πιο συγκεκριµένα στους υδάτινους αποδέκτες όπου εκεί καταλήγουν. Για τον λόγο αυτό στην Ευρώπη αλλά και σε πολλά άλλα κράτη παγκοσµίως γίνεται µία µεγάλη προσπάθεια για την βελτίωση της ποιότητας των υδάτινων αυτών αποδεκτών. Έχουν θεσπιστεί όρια, για την προστασία και διαχείριση των συστηµάτων αυτών, από τοπικούς φορείς αλλά και µε οδηγίες πλαίσια όπως η 2000/60 της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Τα όρια αυτά θα αποτελέσουν τους οδηγούς για την διαδικασία της µοντελοποίησης, έτσι ώστε να ικανοποιούµε τα κριτήρια καλής ποιότητας των υδάτων. Το πρόβληµα που αντιµετωπίζει η περιοχή αυτή µε τον ποταµό Ευρώτα είναι ότι, οι περισσότεροι οικισµοί βρίσκονται πλησίον του ποταµού, αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τα λύµατα της ευρύτερης περιοχής να καταλήγουν σε αυτόν. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι η πόλη της Σπάρτης της οποίας τα λύµατα µέσω της µονάδας επεξεργασίας λυµάτων να διατίθενται στον Ευρώτα ο οποίος θεωρείται πιο ευαίσθητος αποδέκτης σε σύγκριση µε τη θάλασσα. Πέρα από τα λύµατα των κατοίκων ο Ευρώτας δέχεται λύµατα και από βιοτεχνίες αλλά και ελαιουργεία, για τον λόγο αυτό είναι αναγκαίο να δοθεί µεγάλη σηµασία στην ποιότητα των υδάτων που υποβαθµίζεται ακόµη περισσότερο. Επιπλέον, µέχρι σήµερα λόγω της παντελούς έλλειψης ολοκληρωµένων και βιώσιµων σχεδίων διαχείρισης, οι περιβαλλοντικές τεχνολογίες είχαν εφαρµοστεί µεµονωµένα και σποραδικά, αδιαφορώντας για τις επιπτώσεις σε µεγαλύτερη κλίµακα, και κυρίως σε ολόκληρη τη λεκάνη απορροής. Εποµένως, κρίνεται αναγκαίο να ενσωµατωθεί ο σχεδιασµός τεχνολογιών αποκατάστασης περιβάλλοντος. Η διαδικασία της µοντελοποίησης θα αποτελείται αρχικά από τη συλλογή και ανάλυση των δεδοµένων που υπάρχουν για την ευρύτερη περιοχή της Λακωνίας. ιότι µε τα στοιχεία αυτά θα µπορέσουµε να εντοπίσουµε και να εστιάσουµε στο «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 8

11 Κεφάλαιο 1 συγκεκριµένο πρόβληµα, να επιλέξουµε την µέθοδο µοντελοποίησης αλλά και να πετύχουµε όσο το δυνατόν καλύτερα αποτελέσµατα κατά την έρευνα. Το επόµενο στάδιο είναι η επιλογή των παραµέτρων που µας ενδιαφέρουν και τις οποίες θέλουµε να περιορίσουµε εντός των αποδεκτών ορίων. Η επιλογή της µεθόδου µοντελοποίησης ή του µοντέλου που θα εφαρµοστεί, είναι επίσης ένα πολύ σηµαντικό βήµα. Έπειτα ακολουθεί η περιγραφή του µοντέλου ή µεθόδου µοντελοποίησης προκειµένου να δοθεί έµφαση στον τρόπο µε τον οποίον θα γίνει η προσοµοίωση του ποταµού καθώς και αναφορά σε υποθέσεις που γίνονται αλλά και αδυναµίες του µοντέλου. Τέλος, θα γίνει αξιολόγηση των αποτελεσµάτων, η εφαρµογή µεθόδου πρόβλεψης καθώς και η ανάλυση των συµπερασµάτων. Τα παραπάνω θα αποτελέσουν την βάση για την επιλογή, σχεδιασµό και εφαρµογή των φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών για την µείωση των σηµειακών και µησηµειακών πηγών ρύπανσης, σε συνάρτηση µε τη διαχείριση των υδάτων και των φορτίων στη λεκάνη απορροής του Ευρώτα. Με τον τρόπο αυτό θα γίνει η επίτευξη του στόχου που είναι η καλή ποιότητα του υπό εξέταση υδατικού συστήµατος. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 9

12 Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 2 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Η Ευρωπαϊκή Ένωση µε τη θέσπιση της οδηγίας 2000/60/ΕΚ θέτει ως στόχο την προστασία των εσωτερικών επιφανειακών, των µεταβατικών και υπόγειων υδάτων. Πιο συγκεκριµένα µε την οδηγία αυτή αποτρέπει την περαιτέρω επιδείνωση, προστατεύει και βελτιώνει την κατάσταση των υπαρχόντων υδάτων. Επιπλέον προωθεί τη βιώσιµη χρήση του νερού βάσει µακροπρόθεσµης προστασίας διαθέσιµων υδάτινων πόρων που απαιτείται για τη βιώσιµη, ισόρροπη και δίκαιη χρήση ύδατος και τέλος ενισχύει την προστασία και την βελτίωση του υδάτινου περιβάλλοντος, µεταξύ άλλων για την προοδευτική µείωση των απορρίψεων που καταλήγουν σε αυτά. Για την αποδοτική προώθηση των σχεδίων αυτών κρίνεται αναγκαίος ένας διαφορετικός συντονισµός για κάθε στοιχείο το οποίο υπόκεινται σε µελέτη ή προστασία για παράδειγµα είτε είναι επιφανειακά ύδατα, είτε υπόγεια. Συγκεκριµένα, για τα ποτάµια αυτός ο συντονισµός που πραγµατοποιείται για την εκπλήρωση των περιβαλλοντικών στόχων γίνεται σε επίπεδο λεκάνης απορροής ποταµού. Στο ποταµό Ευρώτα πραγµατοποιείται µελέτη για την αποκατάσταση των υδάτων αλλά και την προστασία αυτών τόσο σήµερα όσο και για το µέλλον. Επιπλέον, στο κεφάλαιο αυτό της διατριβής γίνεται αναφορά και για την οικολογία, τα βιολογικά και φυσικά χαρακτηριστικά που αποτελούν µία λεκάνη απορροής. Η εστίαση στα στοιχεία αυτά είναι σηµαντική διότι τα προβλήµατα τα οποία µπορούν να προκύψουν σε µία λεκάνη απορροής είναι κυρίως οικολογικά αλλά επιπλέον όπως έχει γίνει αναφορά και παραπάνω το µοντέλο το οποίο χρησιµοποιείται στην συγκεκριµένη µελέτη είναι και αυτό οικολογικό. Εποµένως πολλά από τα στοιχεία αυτά θα φανούν χρήσιµα για την καλύτερη κατανόηση των επιπτώσεων που µπορούν να συµβούν σε µία λεκάνη απορροής καθώς και τη διαδικασία µοντελοποίησης και εφαρµογής του συγκεκριµένου µοντέλου. Η Πρόκληση της ιαχείρισης σε Επίπεδο Λεκάνης Απορροής Η λεκάνη απορροής είναι ένα υδρολογικά οριοθετηµένο οικοσύστηµα και άρα ένα λογικό σύστηµα για περιβαλλοντική διαχείριση. Η διαχείριση σε επίπεδο λεκάνης απορροής βοηθά τους µελετητές να εστιάσουν την προσοχή τους στα υψηλής προτεραιότητας προβλήµατα τα οποία επιδρούν στα υπόγεια ύδατα αλλά και στα επιφανειακά. Οι προσεγγίσεις της λεκάνης απορροής είναι οργανωµένες γύρω από τις αρχές της συνεργασίας, την εστίαση σε γεωγραφικό επίπεδο, τη σωστή οργάνωση διαχείρισης και τέλος τις απαραίτητες γνώσεις και δεδοµένα. Ενσωµατώνοντας, την επιστήµη στην διαχείριση και λήψη αποφάσεων σε επίπεδο µελέτης λεκανών απορροής είναι γεγονός ότι αποτελεί ένα δύσκολο έργο. Αυτό οφείλεται κυρίως στους πολλούς παράγοντες που µπορούν να επηρεάσουν την τελική «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 10

13 Κεφάλαιο 2 απόφαση και αυτοί µπορεί να είναι περιβαλλοντικοί, πολιτικοί, οικονοµικοί και τέλος κοινωνικοί. Επίσης, δύσκολη και πολύπλοκη είναι η επιστήµη καθώς οι γνώσεις που απαιτούνται για την λήψη των αποφάσεων σε επίπεδο λεκανών απορροής. Αφού είναι πολλαπλές και αλληλοσχετιζόµενες οι πηγές των προβληµάτων καθώς και οι επιπτώσεις που εµφανίζονται σε µία λεκάνη απορροής. Οικολογία των Λεκανών Απορροής Στο σηµείο αυτό της εργασίας θα γίνει αναφορά για την δοµή και τις φυσικές διεργασίες που λαµβάνουν µέρος σε µία λεκάνη απορροής, διότι έχοντας καταλάβει κανείς τα παραπάνω µπορεί να αντιληφθεί τον τρόπο µε τον οποίον οι ανθρώπινες δραστηριότητες µπορούν να υποβαθµίσουν αλλά και να βελτιώσουν την κατάσταση µιας υδρολογικής λεκάνης. Περιλαµβάνοντας την ποιότητα των υδάτων, τη χλωρίδα, τη πανίδα, τα δάση αλλά και την ποιότητα της ζωής των ανθρώπων που ζουν στο περιβάλλον αυτό. (Keefe et al, 1990). Το Φυσικό Περίγραµµα Λεκάνης Απορροής Στις λεκάνες απορροής πολλά είναι τα στοιχεία τα οποία βρίσκονται σε κυκλική ροή ανάµεσα σε αυτά είναι και το νερό. Μέσω των διεργασιών αυτών και συγκεκριµένα των αβιοτικών στοιχείων, του νερού αλλά και του εδάφους τα οποία δηµιουργούνται, είναι δυνατόν να αναπτυχθεί ζωή. Το φυσικό περίγραµµα µιας λεκάνης απορροής από παράγοντες όπως είναι το κλίµα, γεωµορφικές και κλιµατικές διεργασίες. Κλίµα αποτελεί το συνολικό των µέσων των ακραίων συνθηκών της θερµοκρασίας, της υγρασίας, της κατακρήµνισης (είτε είναι είδος είτε ποσότητα), των ανέµων και σύννεφο κάλυψη τα οποία καταγράφονται και αναλύονται για µεγάλο χρονικό διάστηµα. Το κλίµα παίζει πολύ σηµαντικό ρόλο στην βλάστηση που θα αναπτυχθεί εντός της λεκάνης απορροής, στη ροή των ποταµών, τη θερµοκρασία των υδάτων καθώς και πολλές άλλες παραµέτρους και χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής. Η γεωµορφολογία αναφέρεται συγκεκριµένα στη µελέτη της µορφής του εδάφους αλλά και των διεργασιών που µπορούν να την αλλάξουν µε το χρόνο. Ωστόσο, η γεωµορφολογία των ποταµών αναφέρεται στην δοµή και τη δυναµική των ρευµάτων καθώς και τις παραµέτρους διάβρωσης τα οποία είναι πολύ σηµαντικά για την κατανόηση της δοµής αλλά και της παραµόρφωσης των ρευµάτων και της κοίτης του ποταµού. Ένας από τους κύκλους οι οποίοι παίζουν σηµαντικό ρόλο στην διατήρηση της ζωής και µε τον οποίον γνωρίζουµε είναι ο υδρολογικός κύκλος. Υδρολογία είναι η επιστήµη του νερού, αφού σχετίζεται µε τον υδρολογικό κύκλο. Πιο συγκεκριµένα η επιστήµη αυτή σχετίζεται µε όλες τις µορφές του νερού (υγρή, αέρια, στερεή) επάνω, µέσα από το έδαφος περιλαµβάνοντας την διανοµή, ανακύκλωση και συµπεριφορά, τις χηµικές και φυσικές παραµέτρους µαζί µε την αντίδραση του περιβάλλοντος (µαζί µε τα βιοτικά στοιχεία). Από τα στοιχεία που αναφέραµε παραπάνω και που εντοπίζονται εντός του φυσικού περιγράµµατος καθώς και άλλοι παράγοντες, επιδρούν ουσιαστικά στον «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 11

14 Κεφάλαιο 2 προσδιορισµό της δοµής και της σύνθεσης της λεκάνης απορροής και των βιοκοινοτήτων που βρίσκονται εντός. Στο παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζεται το µέγεθος της επίδρασης στην λεκάνη απορροής και αυτό γίνεται µε δύο τρόπους: τη σχετική δύναµη επίδρασης και το επίπεδο ελέγχου το οποίο φαίνεται στο δεξιό µέρος του διαγράµµατος. ιάγραµµα 1: Παράγοντες που Καθορίζουν τη οµή και Σύνθεση µιας Λεκάνης Απορροής. (Keefe et al, 1990) Σαν αποτέλεσµα των διαφόρων συνδυασµών αυτών των διεργασιών διάφορα είδη λεκανών απορροής είναι δυνατόν να σχηµατιστούν. Παρακάτω φαίνονται κάποια παραδείγµατα διαφορετικών λεκανών απορροής. Εικόνα 1: Είδη Λεκανών Απορροής «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 12

15 Κεφάλαιο 2 Βιολογικό Υπόβαθρο Μέσα από την οικολογία έχει δοθεί η ευκαιρία να αποκτήσουµε ένα σύνολο ορισµών µε βάση τους οποίους µπορούµε να καταλάβουµε αλλά και να περιγράψουµε το βιολογικό υπόβαθρο των λεκανών απορροής καθώς και την αλληλεπίδραση των βιοτικών στοιχείων µε το φυσικό περίγραµµα που αναλύθηκε παραπάνω. Χρήσιµοι Ορισµοί Οικοσύστηµα: Αποτελεί ένα σύστηµα οργανισµών που λειτουργεί µαζί µε το αβιοτικό του περιβάλλον. Είναι µία έννοια πολύ ευρεία και ελαστική έτσι που µπορεί να εφαρµοστεί σε οποιαδήποτε κατάσταση όπου οργανισµοί λειτουργούν µαζί µε το περιβάλλον τους µε τρόπο που να συντελείται ανταλλαγή ύλης µεταξύ τους, ακόµα και αν αυτό συµβαίνει για πολύ µικρό χρονικό διάστηµα. Οικόσφαιρα ή Βιόσφαιρα: Το µεγαλύτερο και περισσότερο αυτάρκες γνωστό οικοσύστηµα που γνωρίζουµε είναι ο πλανήτης µας, όπου περιλαµβάνει όλα τα φυτά και τα ζώα της Γής τα οποία και αλληλεπιδρούν µε το φυσικό τους περιβάλλον. Το πλανητικό αυτό οικοσύστηµα αναφέρεται συχνά ως «οικόσφαιρα» ή «βιόσφαιρα». Όρια: Σε ορισµένες περιπτώσεις οι βιοκατοικίες έχουν σαφή όρια, όπως για παράδειγµα, τα νησιά ή τα δάση και είναι συνεπώς εύκολο να τα οριοθετήσουµε και να τα µελετήσουµε σαν οικοσυστήµατα. Πληθυσµός: Αποτελεί µία οµάδα οργανισµών του ιδίου είδους που καταλαµβάνει ένα συγκεκριµένο χώρο µία δεδοµένη χρονική περίοδο. Κοινότητα: Είναι ένα σύνολο από πληθυσµούς διαφορετικών ειδών από φυτά και ζώα τα οποία υπάρχουν σε µία συγκεκριµένη περιοχή. (Emberlin, 1995) Οικολογία του εδάφους Το έδαφος είναι ένα σύνθετο µίγµα από ανόργανα στοιχεία (άµµος, άργιλος κτλ), αποδοµήσιµη οργανική µάζα, νερό, αέρα και ένα µεγάλο αριθµό από µικροοργανισµούς. Το έδαφος έχει τρία βασικά χαρακτηριστικά τα οποία βοηθούν στην αναγνώριση αλλά και την ταξινόµηση: χρώµα, δοµή και σύσταση. Το έδαφος διαφέρει σηµαντικά από µέρος σε µέρος ακόµα και µέσα σε µία λεκάνη απορροής αλλά και σε διαφορετικές λεκάνες. Είναι σηµαντικό να τονίσουµε ότι γνωρίζοντας τις βασικές διαφορές ανάµεσα στα είδη εδαφών είναι δυνατόν να εξηγήσει κανείς και τα διαφορετικά είδη χρήσης γης καθώς επίσης και τους οργανισµούς που βρίσκονται στο περιβάλλον. Παρακάτω αναφέρονται ορισµοί οι οποίοι είναι χρήσιµοι για την κατανόηση της δοµής και της σύστασης του εδάφους που συναντάται στις λεκάνες απορροής. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 13

16 Κεφάλαιο 2 Ορισµοί Χρώµα: Αφορά την παρουσίαση του εδάφους. Είναι το πρώτο και πιο βασικό στοιχείο όπου οπτικά είναι δυνατή η αναγνώριση της ορυκτής και χηµικής σύστασης, το ποσοστό σε οργανική µάζα και τέλος το περιεχόµενο σε νερό. οµή: Αφορά τον τρόπο µε τον οποίον είναι δοµηµένο το έδαφος στις διάφορες στρώσεις. Είναι δυνατόν το έδαφος να µην έχει καθόλου δοµή όπως για παράδειγµα η άµµος της θάλασσας. Σύσταση: αποτελεί τις σχετικές αναλογίες σε ποσότητες διαφόρων ειδών εδάφους όπως αυτή της άµµου, ιλύος και του αργίλου. Τροφικές Αλυσίδες και το Οικοσύστηµα Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το οικοσύστηµα των λεκανών απορροής αποτελούν οι τροφικές σχέσεις ανάµεσα στους οργανισµούς. Με άλλα λόγια προσεγγίζεται ο τρόπος µε βάση τον οποίον µεταφέρεται η ενέργεια και τα στοιχεία µέσα και έξω από το υπό µελέτη σύστηµα. Υπάρχουν δύο είδη συστηµάτων τα ανοιχτά και τα κλειστά συστήµατα, ωστόσο, οι λεκάνες απορροής θεωρούνται κυρίως ανοικτά συστήµατα. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται χαρακτηριστικά ότι το οικοσύστηµα έχει και τα δύο και εισροές αλλά και εκροές ενέργειας, στοιχείων και οργανισµών. Εικόνα 2: Ένα οικοσύστηµα το οποίο έχει και εισροές αλλά και εκροές. (Keefe et al, 1990). Τα χερσαία αλλά και τα υδατικά οικοσυστήµατα έχουν χαρακτηριστικούς τροφικούς συνδυασµούς οι οποίοι αποτελούν τα θεµέλια για τον τρόπο µε τον οποίον κατευθύνεται η ροή ενέργειας εντός και εκτός από το σύστηµα της λεκάνης απορροής αλλά και υποστηρίζουν την ανάπτυξη των οργανισµών. Μέσα από ένα τροφικό δίκτυο οι οργανισµοί αλληλεπιδρούν µεταξύ τους και µε τον τρόπο αυτό µπορούν είτε έµµεσα είτε άµεσα να επηρεάσουν άλλους οργανισµούς. Επίσης τα τροφικά δίκτυα µπορούν να είναι και πολύ περίπλοκα και να υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός από αλληλεπιδράσεις. Επιπρόσθετα, από τις τροφικές αλυσίδες µπορούν να αναγνωριστούν οι διάφοροι οργανισµοί όπως είναι οι παραγωγοί, καταναλωτές και οι αποδοµητές. Τέλος, είναι ιδιαίτερα σηµαντικό να τονίσουµε ότι υπάρχουν είδη τα οποία έχουν µία µεγάλη επίδραση στην οικολογική ποιότητα µια λεκάνης απορροής αλλά και πιο συγκεκριµένα στην ποιότητα των υδάτων είτε αυτά βρίσκονται σε ποτάµι είτε σε λίµνη. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 14

17 Κεφάλαιο 2 Ορισµοί: Κλειστό σύστηµα: Είναι ο τύπος του συστήµατος όπου δεν συµβαίνει ανταλλαγή ύλης ή ενέργειας µε το περιβάλλον. Ανοικτό σύστηµα: Αντίθετα το ανοικτό σύστηµα είναι αυτός ο τύπος όπου η ενέργεια και η ύλη ξεπερνούν τα όρια αυτού. (J. C. Emberlin, 1995) Βιοποικιλότητα Η βιοποικιλότητα είναι ένας σύγχρονος όρος ο οποίος µπορούµε να πούµε ότι αποτελείται από τέσσερα επίπεδα ή µπορεί να διαιρεθεί σε τέσσερις υποκατηγορίες. Γενικά, ο όρος αυτός αναφέρεται στον σχετικό αριθµό των βιολογικών στοιχείων τα οποία υπάρχουν σε µία περιοχή. Επιπλέον δίνεται και έµφαση στον τρόπο µε τον οποίον η βιοποικιλότητα επηρεάζει αλλά και βοηθά στον προσδιορισµό της δοµής, της λειτουργίας αλλά και σύνθεσης του περιβάλλοντος. 1. Γενετική ποικιλότητα σε ένα είδος, είναι ο συνολικός αριθµός των γενότυπων σε ένα υπό µελέτη πληθυσµό. Έστω για παράδειγµα ένα είδος πτηνών κάποια στιγµή ήταν στα πρόθυρα εξαφάνισης και το πλήθος αυτών ανερχόταν στα 14 πουλιά σε όλη το πλανήτη και κάποια στιγµή ο αριθµός αυτός αυξανόταν σε αρκετά καλά επίπεδα. Τότε µπορούµε να πούµε ότι ο πληθυσµός είναι ακόµα περιορισµένος από το γενετικό υλικό το των δεκατεσσάρων πουλιών, και είναι γεγονός ότι θα πάρει πολλά χρόνια και γενεές έτσι ώστε να αυξηθεί η γενετική ποικιλότητα. 2. Ποικιλότητα πληθυσµών, είναι ο συνολικός αριθµός των πληθυσµών ενός είδος που υπάρχει σε έναν πλανήτη. Για παράδειγµα ένα είδος σολοµού και το οποίο είναι ανάδροµο, που σηµαίνει η ζωή των ψαριών αυτών ξεκινά µε την γέννησή τους σε γλυκά νερά και όταν ενηλικιωθούν συνεχίζουν να ζουν στον ωκεανό και τέλος επιστρέφουν στον τόπο όπου γεννήθηκαν για αναπαραγωγή και εκεί πεθαίνουν. Τα ψάρια αυτά δύσκολα παραστρατούν έτσι ώστε να συναναστραφούν µε άλλους πληθυσµούς. 3. Ποικιλότητα ανάµεσα στα είδη και τα γένη, είναι ο συνολικός αριθµός των ειδών που βρίσκονται σε µία συγκεκριµένη περιοχή. 4. Ποικιλότητα των οικοσυστηµάτων και του τοπίου, είναι ο συνολικός αριθµός των ενδιαιτηµάτων αλλά και τοπίων που βρίσκονται σε µία περιοχή. Αυτά µπορεί να είναι λίµνες, λιβάδια, αλµυρά έλη καθώς και τα διάφορα τοπία όπως η Ευρώπη, Ασία, Κυκλάδες κτλ περιλαµβάνονται όµως και οι κατασκευές του ανθρώπου. (J. C. Emberlin, 1995; Keefe, 1990; Σηµειώσεις Μαθήµατος Οικολογίας, Πολυτεχνείο Κρήτης.) Χαρακτηριστικά των Φυσικών Συστηµάτων Μέχρι τώρα έχει γίνει αναφορά για το φυσικό περίγραµµα αλλά και το βιολογικό υπόβαθρο το οποίο βρίσκεται εγκατεστηµένο και ενσωµατωµένο στο φυσικό «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 15

18 Κεφάλαιο 2 περιβάλλον των λεκανών απορροής. Οι αλληλεπιδράσεις, οι διεργασίες και οι ιδιότητες που συνδέουν τα βιοτικά και αβιοτικά στοιχεία ενός συστήµατος και πιο συγκεκριµένα µία λεκάνη απορροή δίνουν πληροφορίες για την κατανοµή και τη λειτουργία των οργανισµών αλλά και αποτελούν τη βάση για την διαχείριση και τη διατήρηση του περιβάλλοντος. Ως σύστηµα µπορεί να οριστεί µία οµάδα αντικειµένων ή ιδιοτήτων (δηλαδή χαρακτηριστικά ενός αντικειµένου όπως είναι το µέγεθος ή το σχήµα του), που συνδέονται µε κάποια σχέση. Γνωρίζουµε ότι φυσικά συστήµατα όπως λεκάνες απορροής αποτελούνται από στοιχεία τα οποία αλληλεπιδρούν µεταξύ τους και παράγουν έργο (µεταφορά ιζήµατος, νερό και ενέργεια) και δηµιουργούν προϊόντα (νέες φυσικές δοµές όπως διεύρυνση καναλιών, νέες βιολογικές κοινότητες αλλά και νέες εκροές ενέργειας) («Εισαγωγή στην οικολογία» / J. C. Emberlin). Η µελέτη των φυσικών συστηµάτων αποτελεί ένα κλειδί για την διαχείριση των λεκανών απορροής διότι επικεντρώνεται στο γεγονός ότι η λεκάνη απορροής, ως φυσικό σύστηµα, είναι παραπάνω από µία ποικιλία φυσικών αντικειµένων τα οποία έτυχε να βρίσκονται συµπτωµατικά σε µία συγκεκριµένη περιοχή. Λεκάνες απορροής οι οποίες έχουν υποβαθµιστεί περιβαλλοντικά είναι δυνατόν να έχουν χάσει κάποια συστατικά αλλά και λειτουργίες και εποµένως σαν αποτέλεσµα να παρέχουν λιγότερα πλεονεκτήµατα για τον άνθρωπο αλλά και των φυσικών κοινοτήτων που βρίσκονται εντός. Εποµένως, είναι αναγκαίο να δίνεται έµφαση στα χαρακτηριστικά των φυσικών συστηµάτων αλλά και να γίνεται µία προσπάθεια προστασίας των αντικειµένων και των ιδιοτήτων αυτών έτσι ώστε να καταστήσουµε βιώσιµη τη διαχείριση των λεκανών απορροής. οµή των Λεκανών Απορροής Σε αυτό το σηµείο θα γίνει συζήτηση για την δοµή των λεκανών απορροής όπου περιλαµβάνει τα τρεχούµενα ύδατα (κύρια τµήµατα ποταµών, παραπόταµους, εδάφη µε υγρασία αλλά και παρόχθιες περιοχές), τα λιµνάζοντα ύδατα (όπως λίµνες και περιοχές µε λιµνάζοντα νερά) και τέλος περιοχές που βρίσκονται στα πάνω τµήµατα των λεκανών απορροής Introduction to Watershed Ecology, EPA. Συστήµατα τρεχούµενων υδάτων Για την µελέτη των τρεχούµενων υδάτινων συστηµάτων είναι απαραίτητη η προσέγγιση σε επίπεδο τεσσάρων διαστάσεων όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήµα. 1. ιαµήκης (κατά µήκος του ποταµού). Τα τρεχούµενα υδατικά συστήµατα συχνά υφίσταται αλλαγές ως προς τη δοµή εντός του ποταµού από την πηγή έως την εκροή. Το υδατικό σύστηµα χωρίζεται σε τρεις ζώνες αρχικά την περιοχή όπου ξεκινά η ροή του ποταµού (πηγές, κεφαλόβρυσο) όπου η ροή είναι συνήθως µικρή, η κλίση πιο µεγάλη και η διάβρωση είναι µεγαλύτερη από την κατακρήµνιση των ιζηµάτων. Έπειτα υπάρχει η ζώνη µεταφοράς όπου εντοπίζεται στο µέσο τµήµα του ποταµού εδώ η κλίση είναι µικρή, αυξάνεται ο όγκος του νερού ενώ είναι σηµαντικές και οι δύο διεργασίες «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 16

19 Κεφάλαιο 2 δηλαδή η κατακρήµνιση των ιζηµάτων αλλά και η στερεοπαροχή. Τέλος, διακρίνουµε και την τελευταία ζώνη όπου είναι η εκβολή του ποταµού εκεί η παροχή είναι ακόµα µεγαλύτερη, η κλίση ελαχιστοποιείται και η απόθεση των ιζηµάτων είναι πολύ µεγαλύτερη από την διάβρωση. 2. Πλευρικά (τέµνει το ποτάµι, παρόχθιες περιοχές και λοφοπλαγιές). 3. Κάθετα (επιφάνεια υδάτων, υπόγεια ύδατα και οι αλληλεπιδράσεις τους). Είναι σηµαντικό να τονίσουµε το γεγονός ότι τα υδάτινα συστήµατα δεν είναι πάντα εντελώς επιφανειακά, αφού ποτάµια και παραπόταµοι συνδέονται συνεχώς µε υδροφορείς και ανταλλάσσουν νερό, χηµικές ουσίες αλλά και οργανισµούς. 4. Χρονικά (από µία µικρή αντίδραση µέχρι µία εξελικτική αλλαγή). Η διάσταση του χρόνου είναι πολύ σηµαντική διότι τα ποτάµια και οι παραπόταµοι βρίσκονται σε µία συνεχή µεταβολή. Η δοµή των υδάτινων συστηµάτων που αναλύθηκε παραπάνω µε τις τρεις πρώτες διαστάσεις δεν θα πρέπει να θεωρείται µόνιµη. Εποµένως, οι µελετητές οι οποίοι διαχειρίζονται λεκάνες απορροής δεν θα πρέπει να βλέπουν την δοµή όπως ακριβώς είναι στην παρούσα κατάσταση αλλά πως µπορεί να εξελιχθεί καθώς και τις πιθανότητες εµφάνισης των εξελίξεων. Στάσιµα Ύδατα Τα συστήµατα στάσιµων υδάτων περιλαµβάνουν λίµνες και περιοχές όπου συσσωρεύονται λιµνάζοντα ύδατα. Η δοµή των λιµνών καθορίζουν σε µεγάλο βαθµό τα βιολογικά και φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά αυτών. Οι περισσότερες λίµνες αποτελούνται από γλυκό νερό ενώ άλλες έχουν διαφορετικά επίπεδα αλατότητας. Οι λίµνες και οι περιοχές όπου αποθηκεύουν λιµνάζοντα νερά σχεδόν πάντα συνδέονται µε κάποιο ποτάµι ή ρυάκι µέσα στην ίδια λεκάνη απορροής αλλά το αντίθετο δεν ισχύει πάντα. Ο τρόπος µε τον οποίον έχει δηµιουργηθεί µία λίµνη αποτελεί βάση για την ταξινόµηση των διαφορετικών ειδών λίµνης. Λίµνες οι οποίες έχουν δηµιουργηθεί από φυσικές διεργασίες προκύπτουν από ηφαιστειογενής, τεκτονικές δυνάµεις καθώς και από παγετώνες αλλά και σηµαντικό ρόλο στην δηµιουργία λιµνών παίζει η διηθητικότητα των εδαφών. Υπάρχουν, ωστόσο, οι λίµνες που δηµιουργούνται από τον ίδιο τον άνθρωπο όπως είναι η δηµιουργία των φραγµάτων και η εκσκαφή των λεκανών απορροής. οµή της Τοπογραφίας σε Λεκάνη Απορροής Η φυσική δοµή της τοπογραφίας σε µία λεκάνη απορροής µπορεί να διαφέρει πολύ από περιοχή σε περιοχή ακόµα και µέσα στην ίδια λεκάνη απορροής. Πιο αναλυτικά αλλαγές έχουµε στη διανοµή των παραλλαγών της βλάστησης καθώς και στις χρήσεις γης τα οποία µαζί δηµιουργούν το µοτίβο της τοπογραφίας (landscape pattern) µιας λεκάνης απορροής. Εποµένως, η δοµή είναι σηµαντική και για τον καθορισµό της οικολογικής ποιότητας και ως εκ τούτου της ποιότητας των εδαφών. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 17

20 Κεφάλαιο 2 Λειτουργίες Λεκάνης Απορροής Πολύ σηµαντικό στοιχείο σε µία λεκάνη απορροής αποτελούν και οι λειτουργίες οι οποίες λαµβάνουν µέρος, αυτές περιλαµβάνουν τη µεταφορά και αποθήκευση, κυκλοφορία και µετατροπή καθώς και την οικολογική διαδοχή. Παρακάτω, αναλύεται κάθε µία από τις προαναφερθέν λειτουργίες. Introduction to Watershed Ecology, EPA. Μεταφορά και Αποθήκευση (νερού, ενέργειας, µικροοργανισµών, ιζήµατος και άλλων υλικών). Για το λόγο ότι οι λεκάνες απορροής είναι περιοχές όπου τα νερά απορρέουν σε υδάτινους αποδέκτες, µία από τις βασικές λειτουργίες είναι να αποθηκεύει και να µεταφέρει νερό από την επιφάνεια του εδάφους σε υδάτινο αποδέκτη (για τις περισσότερες λεκάνες) και στη συνέχεια στον ωκεανό. Ωστόσο, µαζί µε τη µεταφορά του νερού γίνεται και µεταφορά των ιζηµάτων παρέα µε άλλα υλικά (περιλαµβάνοντας ρύπους), ενέργεια, και πολλά είδη µικροοργανισµών. Σηµαντικό είναι όταν γίνεται µεταφορά, να αναγνωρίζεται η προσωρινή κατακράτηση αλλά και αποθήκευση σε διάφορες περιοχές µέσα στη λεκάνη απορροής. Μεταφορά και κατακράτηση. Καθώς η ύλη µεταφέρεται φυσικά µέσα από τη λεκάνη απορροής υπάρχουν διάφοροι σχετικοί όροι οι οποίοι προκύπτουν στα διάφορα στάδια της ανακύκλωσης. Για παράδειγµα τη διαθεσιµότητα η οποία δεν αναφέρεται µόνο στην παρουσία µίας ουσίας µέσα σε σύστηµα αλλά στο κατά πόσο χρησιµοποιείται ως παράγοντας. Χαρακτηριστικό είναι το αέριο του αζώτου το οποίο µπορεί να βρίσκεται σε µεγάλες ποσότητες στη ευρύτερη περιοχή αλλά το Ν 2 δεν χρησιµοποιείται από τους περισσότερους οργανισµούς εποµένως η διαθεσιµότητά του είναι ελάχιστη. Ένας άλλος όρος ο οποίος είναι δυνατόν να προκύψει είναι η αποσύνθεση που σχετίζεται µε τη απελευθέρωση υλικών από κάποιο υλικό και στη συνέχεια τη µεταφορά αυτών µέσα στο υδατικό σύστηµα. Η διεργασία της µεταφοράς είναι εµφανής στα περισσότερα ποτάµια, και αφορά τη µεταφορά υλικών µέσα στο σύστηµα αλλά και τη καθίζηση αυτών µαζί µε χηµικές ουσίες προς το ίζηµα (εντός του ποταµού). Μεταφορά και αποθήκευση νερού. Μπορεί κανείς να χαρακτηρίσει τη λεκάνη απορροής ως έναν τεράστιο µηχανισµό ο οποίος έχει τη δυνατότητα να συλλέγει αλλά και να µεταφέρει το νερό της βροχής, ωστόσο, η µεταφορά και αποθήκευση του νερού αποτελείται από ένα πολύπλοκο σύστηµα από µικρότερες διεργασίες. Αφού όταν το νερό της βροχής φτάσει το έδαφος αυτό αλληλεπιδρά µε τη βλάστηση. Τα δέντρα και άλλες µορφές βλάστησης είναι υπεύθυνες για την κατακράτηση και την παρεµπόδιση ενός µέρους από τη βροχή, που οδηγεί στη εξάτµιση και της ποσότητας του νερού που φτάνει στο έδαφος το οποίο έχει σαν αποτέλεσµα την καλύτερη διήθηση του αυτού προς τα υπόγεια ύδατα (αποτελεί σηµείο αποθήκευσης του νερού). «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 18

21 Κεφάλαιο 2 Ο κορεσµός των του εδάφους συµβαίνει όταν η κατακρήµνιση ξεπερνά την διηθητικότητα και οδηγεί στην επιφανειακή απορροή. Η συνεχής ροή του νερού έχει σαν αποτέλεσµα την δηµιουργία καναλιών, παραπόταµων και ποταµών που στη συνέχεια έχει τη δυνατότητα να επιδράσει στο σχήµα και τη µορφολογία των υδατικών συστηµάτων. Μεταφορά και Αποθήκευση ιζηµάτων (στερεοπαροχή). Οι λεκάνες απορροής συλλέγουν και µεταφέρουν ιζήµατα σε µεγάλο βαθµό. Η µεταφορά και αποθήκευση ιζηµάτων αποτελεί ένα πολύπλοκο δίκτυο από µικρότερες διεργασίες λεκάνης απορροής. Οι διεργασίες του ιζήµατος κυρίως έχουν να κάνουν µε τη διάβρωση και καθίζηση αλλά σηµαντικό είναι να τονιστεί ότι η µεταφορά και η αποθήκευση παίζουν σηµαντικό ρόλο στην δηµιουργία εδάφους. Το δίκτυο αποστράγγισης το οποίο δηµιουργείται και αναφέρεται παραπάνω µε µια µατιά µπορούµε να διαπιστώσουµε ότι επηρεάζεται κατά µεγάλο µέρος από τη διάβρωση αλλά η απόθεση του ιζήµατος κατά τη µεταφορά παίζει έναν σηµαντικό ρόλο στη ανανέωση των εδαφών εποµένως έχει τη δυνατότητα να διαµορφώνει την παραγωγικότητα αλλά και τη ποικιλία των οικοσυστηµάτων στα ποτάµια. Κυκλοφορία και Μεταφορά. Οι κύκλοι και η µεταφορά είναι µία επιπλέον ευρεία κατηγορία των φυσικών λειτουργιών µέσα στις λεκάνες απορροής. Ποικίλα στοιχεία και υλικά (περιλαµβάνοντας και το νερό) βρίσκονται µέσα σε έναν συνεχόµενο κύκλο εντός της λεκάνης απορροής και οι αλληλεπιδράσεις αυτών δηµιουργούν αµέτρητες άλλες διεργασίες. Στοιχεία όπως ο άνθρακας, το άζωτο και ο φώσφορος συνιστούν τους πιο σηµαντικούς βιογεωχηµικούς κύκλους εντός της λεκάνης απορροής. Στην κυκλοφορία των στοιχείων αυτών περιλαµβάνει τη µεταφορά και την αποθήκευση, την αλλαγή σε µορφή, χηµική µετατροπή και προσρόφηση. Βιογεωχηνικός Κύκλος των Θρεπτικών Η ροή της ενέργειας και των θρεπτικών µέσα στα οικοσυστήµατα είναι κυκλική. Πραγµατικά συστήµατα, τα οποία έχουν από τα δύο και περιβαλλοντικό αλλά και ενεργειακό περιεχόµενο είναι είτε κλειστά είτε ανοικτά όπως αναφέρθηκαν και παραπάνω. Οι λεκάνες απορροής, οι παραπόταµοι και τα ποτάµια θεωρούνται ανοικτά συστήµατα όπου η ενέργεια και η ύλη ανακυκλώνεται, αλλά εξαιτίας της µη κατευθυνόµενης ροής η ύλη δεν επιστρέφει στο σηµείο από όπου και ξεκίνησε. Επιπλέον, τα θρεπτικά ρέουν µπρός και πίσω στην υδατική στήλη ενώ οι υδατικοί οργανισµοί και το ίζηµα όλα κατευθύνονται κατάντη του ποταµού. Εποµένως, η διαδικασία της ροής των θρεπτικών αφορά και τα δύο δηλαδή την κίνηση κατάντη του ποταµού αλλά και τη ανταλλαγή µε το έδαφος και το υδατικό περιβάλλον, καθώς επίσης και ανάµεσα στα βιοτικά και αβιοτικά συστατικά στοιχεία της λεκάνης απορροής. Παρακάτω γίνεται µία σύντοµη αναφορά των βιογεωχηµικών κύκλων σε λεκάνες απορροής. Ο κύκλος του άνθρακα και της ενέργειας. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 19

22 Κεφάλαιο 2 Στα τροφικά δίκτυα, ο άνθρακας και η επακόλουθη ενέργεια κυκλοφορούν εντός των τροφικών επιπέδων. Η ενέργεια γενικώς χαρακτηρίζεται µη αποδοτική, διότι από την µία τα φυτά µπορούν και αξιοποιούν λιγότερο από 1% της ενέργειας την οποία µπορούν να χρησιµοποιήσουν και συνθέσουν (κυρίως ηλιακή) και από την άλλη µόνο ένα 10% της ενέργειας µεταφέρεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόµενο. Άζωτο (Ν). Το αέριο άζωτο (N 2 ) χρησιµοποιείται από τα φυτά και τα περισσότερα άλγη. Τα αζωτοβακτήρια ή και κάποια άλγη µετατρέπουν το αέριο άζωτο σε νιτρώδη (NO 2 ) ή αµµωνία (NH 4 ). Το άζωτο συναντάται στην απορροή των επιφανειακών υδάτων αλλά και στα υπόγεια ύδατα. Κάτω από αερόβιες συνθήκες η αµµωνία NH4+ οξειδώνεται σε νιτρικά (NO3) µε τη διαδικασία της νιτροποίησης. Απώλειες από το υδατικό σύστηµα έχουµε από την εκροή του ποταµού, µε τη διαδικασία της απονιτροποίησης όπου τα νιτρικά µετατρέπονται σε αέριο άζωτο µε τη βοήθεια βακτήρια και τέλος µε την καθίζηση στο ίζηµα. Σε αντίθεση µε το φώσφορο P, τα ανόργανα Ν ιόντα είναι ιδιαίτερα διαλυτά στο νερό και εύκολα µεταφέρονται από το έδαφος ή το ίζηµα προς το νερό. Φώσφορος (P). Ο φώσφορος σε µη µολυσµένες λεκάνες απορροής εισέρχονται µέσω της ατµοσφαιρικής κατακρήµνισης ή από τη διάβρωση των πετρωµάτων. Γενικώς εµφανίζεται σε λεκάνες απορροής σε πολύ µικρές ποσότητες, σε διαλυτή µορφή ως ανόργανος φώσφορος, αιωρούµενα οργανικά σωµατίδια, προσροφηµένος σε οργανικά και ανόργανα σωµατίδια του ιζήµατος ή σε οργανικό νερό. Ο διαλυτός και ενεργός φώσφορος αποτελεί τη µόνη ελάχιστη µορφή που είναι διαθέσιµο προς τα φυτά και άλγη και είναι σηµαντικό να τονίσουµε ότι αποτελεί µόνο το 5% του ολικού φωσφόρου που βρίσκεται εντός των φυσικών υδάτων. Ο φώσφορος έχει την τάση να βρίσκεται σε νερά µε ph 6 έως 7. Σε χαµηλότερα επίπεδα ph (<6) o φώσφορος έχει την τάση να προσκολλάται στο µαγγάνιο, αλουµίνιο και σίδηρο. Ενώ σε πιο υψηλά ph (>7), ο φώσφορος συνδέεται µε το ασβέστιο και άλλα φωσφορικά στοιχεία. Σε υδατικά συστήµατα συνήθως δεσµεύεται από τα άλγη, τα βακτήρια και τους µύκητες. Το Άζωτο και ο Φώσφορος ως Περιοριστικοί Παράγοντες. Στα περισσότερα συστήµατα λεκανών απορροής είναι δυνατόν να διαπιστωθεί έλλειψη θρεπτικών είτε σε άζωτο (Ν) ή φώσφορο (P) το οποίο σηµαίνει ότι η ανάπτυξη φυτού να εξαρτάται από την ποσότητα του θρεπτικού υλικού που βρίσκεται στην ελάχιστη ποσότητα. Έτσι, στη γεωργία, για παράδειγµα, η ανάπτυξη µιας καλλιέργειας συχνά εξαρτάται από τις ποσότητες του διαθέσιµου φωσφόρου στοιχείο το οποίο βρίσκεται ως επί το πλείστον σε περιορισµένες ποσότητες. Ως γενικό κανόνα, η αναλογία N:P θα πρέπει να είναι 15:1. Αν ο λόγος είναι µικρότερος από τον αναφερόµενο τότε περιοριστικός παράγοντας είναι το άζωτο Ν ωστόσο µία µεγαλύτερη αναλογία σηµαίνει ότι περιοριστικός παράγοντας είναι ο φώσφορος. Συχνά, µία αύξηση του φωσφόρου έχει σαν αποτέλεσµα την ανάπτυξη των φυτών και κυρίως των αλγών εντός των υδατικών συστηµάτων. Επίσης, σε «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 20

23 Κεφάλαιο 2 συστήµατα όπου υπάρχει περιορισµός θρεπτικών είτε είναι Ν είτε P, µία αξιόλογη εισροή ενός από τα θρεπτικά θα µπορούσε να οδηγήσει σε ευτροφισµό. Αποσύνθεση. Αφορά τη αποσύνθεση (ανοργανοποίηση) σύνθετων οργανικών µορίων που έχουν κατασκευαστεί από φυτά και ζώα, η διαδικασία αυτή πραγµατοποιείται κυρίως από µικροοργανισµούς (βακτήρια και πρωτόζωα) και ονοµάζονται αποδοµητές. Με τον τρόπο αυτό απελευθερώνονται τα απλά ανόργανα στοιχεία και µπορούν να ξαναχρησιµοποιηθούν από τα φυτά. Χαρακτηριστικό των λιµνών είναι ότι η αποδόµηση πραγµατοποιείται κυρίως στην επιφάνεια του ιζήµατος. Ενώ στα ποτάµια συστήµατα εξωτερικές πηγές άνθρακα τα οποία προέρχονται από τα εδάφη όπως τα δάση, αποτελούν µία πολύ σηµαντική πηγή οργανικής µάζας τα οποία αποδοµούνται από οργανισµούς. Η αποδόµηση εξαρτάται από παράγοντες όπως υγρασία, θερµοκρασία, τύπο µικροβιακού υποστρώµατος, βλάστηση κα. Συγκεκριµένα η θερµοκρασία και η υγρασία επηρεάζουν τη µεταβολική δραστηριότητα και την αποσύνθεση του υποστρώµατος. Επίσης, είναι σηµαντικό να τονίσουµε ότι η διαδικασία του θανάτου και της αποσύνθεσης, σε συνδυασµό µε την διήθηση των διαλυτών θρεπτικών από την αποσύνθεση του υποστρώµατος, απελευθερώνουν συστατικά στοιχεία τα οποία περιέχονται στη µικροβιακή µάζα. Συµπερασµατικά, στο τµήµα αυτό της διατριβής έγινε αναφορά για την αξία των υδάτων για τον άνθρωπο αλλά και τη φύση. Επιπλέον, αναφέρεται και η σηµασία της διαχείρισης και της µελέτης των υδάτων σε επίπεδο λεκάνης απορροής καθώς και τα πλεονεκτήµατα και τις προκλήσεις µε την εφαρµογή της συγκεκριµένης µεθόδου διαχείρισης. Επιπρόσθετα, γίνεται περιγραφή της οικολογίας των λεκανών απορροής η οποία περιλαµβάνει τη δοµή και τις φυσικές διεργασίες που λαµβάνουν µέρος µέσα σε αυτές. Τέλος, µε βάση τα παραπάνω γίνεται αντιληπτός ο τρόπος µε βάση τον οποίον οι ανθρώπινες διεργασίες µπορούν να επηρεάσουν τη κατάσταση µιας λεκάνης απορροής και ως εκ τούτου την οικολογία και την ποιότητα των υδατικών συστηµάτων. Μοντέλα ιάφορα περιβαλλοντικά προβλήµατα όπως οι πληµµύρες, διάβρωση ποταµών, ρύπανση από φυτοφάρµακα και αύξηση οργανικών φορτίων απαιτούν την κατανόηση φυσικών διεργασιών που προκαλούν τα συγκεκριµένα αυτά προβλήµατα. Τα µαθηµατικά µοντέλα είναι χρήσιµα εργαλεία για την προσοµοίωση και απλούστευση των φυσικών αυτών διεργασιών αλλά επίσης βοηθούν στην εύρεση λύσεων. Όταν εφαρµόζονται σε κλίµακα λεκάνης απορροής, τα µοντέλα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την αποτίµηση των περιβαλλοντικών συνθηκών σε όλη τη λεκάνη. Οι δυνατότητες εφαρµογής των µοντέλων σε µία λεκάνη απορροής και πιο συγκεκριµένα σε ένα ποτάµι είναι ποικίλες. Κάθε φορά επιλέγουµε το µοντέλο µε βάση τα στοιχεία και τις παραµέτρους τις οποίες θέλουµε να προσοµοιώσουµε αλλά και να προβλέψουµε στο µέλλον. Για παράδειγµα υπάρχουν µοντέλα µε βάση τα οποία µπορούµε να εκτιµήσουµε την εισροή θρεπτικών σε όλη τη λεκάνη απορροής, να µοντελοποιήσουµε την υδρολογία αλλά και τις βιογεωχηµικές διεργασίες. «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 21

24 Κεφάλαιο 2 Επιπρόσθετα, είναι δυνατόν να λάβουµε υπόψη την αλληλεπίδραση που συµβαίνει στο ίζηµα αλλά και τις επιδράσεις των ρύπων και τοξικών ουσιών στο οικοσύστηµα. Στον ποταµό του Ευρώτα µας ενδιαφέρει να γίνει µελέτη και αξιολόγηση της ποιότητας των υδάτων, για τον λόγο αυτό θα επικεντρώσουµε την προσοχή µας στα οργανικά φορτία και στα θρεπτικά που καταλήγουν στον αποδέκτη. Με βάση τον παραπάνω συλλογισµό θα γίνει και η επιλογή του µοντέλου που θα χρησιµοποιηθεί για την προσοµοίωση, το µοντέλο αυτό θα είναι το AQUATOX. Είναι ένα µοντέλο το οποίο µπορεί να χαρακτηριστεί και «ως παλιό» για τον λόγο ότι αποτελείται από πολλά µοντέλα συνδεδεµένα µεταξύ τους και χρονολογούνται ότι δηµιουργήθηκαν την δεκαετία του 80. Το σηµαντικό είναι ότι αποτελεί ένα οικολογικό µοντέλο µε πολλές δυνατότητες αλλά επίσης έχει εφαρµοστεί αρκετές φορές τόσο στην Αµερική όσο και στην Ευρώπη. Συγκεκριµένα στις Η.Π.Α. έχει εφαρµοστεί σε µία από τις πιο ρυπασµένες λίµνες µε το όνοµα Onondaga της Νέα Υόρκης, επίσης µία άλλη εφαρµογή αποτελεί αυτή στην τεχνητή λίµνη Coralville του Iowa. Θεωρείται αξιόπιστο και αποτελεσµατικό και επειδή έχει εφαρµοστεί στο παρελθόν έχουµε τη δυνατότητα σύγκρισης παραµέτρων και σταθερών από τωρινές και παρελθοντικές χρήσεις αυτού. Επίσης, προσοµοιώνει έναν µεγάλο αριθµό από ρύπους όπως θρεπτικά, χηµικές ουσίες και άλλες παραµέτρους που καθορίζουν την χηµική ποιότητα των υδάτων. Είναι γεγονός ότι υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός µοντέλων εκποµπών ρύπων και χρησιµοποιούνται από πολλά κράτη όπως τις Η.ΠΑ, τον Καναδά, την Ευρωπαϊκή Ένωση, κράτη της Αφρικής και της Ασίας. Στις Η.Π.Α και συγκεκριµένα στην Υπηρεσία Περιβάλλοντος (EPA) διατίθενται µοντέλα για την προσοµοίωση διαφόρων εκποµπών όπως αέριων ρύπων, προσοµοίωση της ποιότητας των επιφανειακών αλλά και υπόγειων υδάτων καθώς και την ποιότητα εδαφών. Από την πλευρά της Ευρωπαϊκής Ένωσης επίσης έχει γίνει έκθεση και συγκεκριµένα από την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Περιβάλλοντος (EEA) για τα διάφορα µοντέλα και µεθόδους που µπορούν να εφαρµοστούν για την προσοµοίωση κάθε είδους εκποµπών. Σχετικά µε το AQUATOX θα γίνει µια εκτενής περίληψη παρακάτω στο κεφάλαιο 5 αλλά αξίζει να τονίσουµε ότι η έκδοση AQUATOX 2.2 που είναι διαθέσιµη από την EPA µοντελοποιεί µόνο ένα τµήµα ποταµού ωστόσο βρίσκεται σε τελικό στάδιο και η νέα έκδοση (Release 3) η οποία είναι πολύ πιο δυνατή διότι έχει περισσότερες εφαρµογές και αυτό που της δίνει ένα αξιόλογο προβάδισµα είναι ότι µπορεί να συνδέσει πολλά τµήµατα ποταµών µεταξύ τους. Με τον τρόπο αυτό µπορεί να γίνει µία πολύ καλύτερη εκτίµηση της κατάστασης της οικολογίας και της ποιότητας του νερού σε επίπεδο πια λεκάνης απορροής. Το µοντέλο MONERIS, είναι ένα µοντέλο εκποµπών και πρέπει να τονιστεί ότι έχει χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό των φορτίων που καταλήγουν στους υδάτινους αποδέκτες του ποταµού Ευρώτα (ίδια περιοχή µελέτης µε αυτήν που εξετάζεται στη παρούσα διατριβή) από την Μαρία Ανδριανάκη για το Πολυτεχνείο της Κρήτης. Τα µοντέλα εκποµπών χρησιµοποιούν εξισώσεις που έχουν προκύψει εµπειρικά. Προσοµοιώνουν τις εκποµπές των ρύπων προς ένα αποδέκτη. Τα µοντέλα αυτά είναι κατάλληλα για πολύ µεγάλες λεκάνες µε λεπτοµερές δίκτυο παρακολούθησης. Είναι σηµαντικό να γίνει µία µικρή περίληψη για τα µοντέλα τα οποία είναι διαθέσιµα για εφαρµογή σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Συγκεκριµένα, το µοντέλο GREAT ER είναι ένα γεωγραφικής αναφοράς (geographically referenced) εργαλείο το οποίο εκτιµά την έκθεση περιβαλλοντικών ρύπων σε Ευρωπαϊκά ποτάµια. Είναι ένα µοντέλο βασισµένο στο GIS για την εκτίµηση περιβαλλοντικών κινδύνων και τη διαχείριση χηµικών σε λεκάνες απορροής ποταµών. Το GREAT ER παρέχει µία «Μοντελοποίηση Οργανικών Ρύπων στον Ποταµό Ευρώτα» Σελίδα 22