ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΖΩΝΩΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΠΕ ΙΟΥ ΡΟΗΣ

Transcript

1 10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Ε.Υ.Ε., Ξάνθη ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΖΩΝΩΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΠΕ ΙΟΥ ΡΟΗΣ Νικόλαος Θεοδοσίου Λέκτορας Τοµέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή Ελένη Φωτοπούλου Υποψήφια διδάκτορας Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙ ΙΑ: ιαχείριση υδατικών πόρων, ρύπανση υπόγειων υδροφορέων, ζώνες προστασίας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο καθορισµός ζωνών προστασίας γεωτρήσεων που χρησιµοποιούνται κυρίως για υδροδότηση, είναι ένα πολύ σηµαντικό θέµα στην προσπάθεια εξασφάλισης ικανοποιητικής ποιότητας νερού. Η διαδικασία αυτή επιτρέπει στους διαχειριστές των υδατικών πόρων και στις αρµόδιες αρχές την επιβολή ορθολογική µέτρων ελέγχου και πιθανόν περιορισµού των αστικών, γεωργικών και βιοµηχανικών δραστηριοτήτων που µπορούν να αναπτυχθούν σε µια περιοχή. Στην εργασία αυτή γίνεται µια προσπάθεια αποτίµησης των επιπτώσεων που µπορεί να έχει στην διαµόρφωση ζωνών προστασίας γεωτρήσεων η γειτνίαση τους µε άλλους παράγοντες που επηρεάζουν το υδροδυναµικό πεδίο της περιοχής, όπως η λειτουργία άλλων γεωτρήσεων, η ύπαρξη ορίων σταθερού δυναµικού όπως η θάλασσα, ποτάµια κλπ. Στόχος της εργασίας είναι η δηµιουργία της απαραίτητης υποδοµής για την προσοµοίωση της διαµόρφωσης των ζωνών προστασίας κάτω από συνθήκες πραγµατικών πεδίων ροής. DELINEATION OF WELL HEAD PROTECTION ZONES UNDER REAL FLOW FIELD CONDITIONS Nicolaos Theodossiou Lecturer Division of Hydraulics and Environmental Engineering Department of Civil Engineering, School of Technology Eleni Fotopoulou Post graduate student Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki KEYWORDS: Water resources management, groundwater pollution, well head protection zones ABSTRACT The delineation of well head protection zones especially for pumping wells used for drinking water supply is a very important issue in the effort of ensuring water of satisfactory quality. This process allows provides the water resources managers and the responsible authorities with a significant tool in order to impose rational measures and possibly restrictions in urban, agricultural and industrial activities that can be developed in an area. In this essay an approach is performed to estimate the implications on the delineation of well head protection zones that result from the relative position of pumping wells to other factors that affect the formulation of the hydrodynamic field in the area such as, the function of other pumping wells, the existence of constant head boundary conditions etc. The aim of this investigation is to formulate the necessary background for the simulation of well head protection zones under real flow field conditions.

2 422 Υπόγεια Υδραυλική - Υδρογεωλογία 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το θέµα της διασφάλισης της ποιότητας του νερού στη φύση αποτελούσε ανέκαθεν ένα από τα σηµαντικότερα περιβαλλοντικά ζητήµατα τα σχετικά µε την διαχείριση των φυσικών πόρων και ειδικότερα των υδατικών. Τα τελευταία χρόνια κάτω και από το πρίσµα της ορθολογικής αειφόρου ανάπτυξης όπως αυτή εκφράζεται µέσα από την οδηγία πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το νερό 2000/60 EC και της αντίστοιχης Ελληνικής νοµοθεσίας προσαρµογής Ν3199/2003, η ποιοτική διαχείριση των υδατικών πόρων έχει αποκτήσει άλλη διάσταση. Η εφαρµογή της αρχής «ο ρυπαίνων πληρώνει» εισάγει την παράµετρο της συνυπευθυνότητας στην διατήρηση της ποιότητας των υδάτων και στην προσπάθεια αποτροπής της περαιτέρω υποβάθµισης τους [1]. Σύµφωνα µε τα παραπάνω και στην προσπάθεια εναρµόνισης προς τις σύγχρονες απαιτήσεις, αναπτύχθηκαν τα τελευταία χρόνια µια σειρά από τεχνικές που συνδυάζουν µαθηµατικά µοντέλα προσοµοίωσης της ροής και της µεταφοράς των ρύπων σε υδατικά συστήµατα και ειδικότερα των υπόγειων υδατικών πόρων που αποτελούν και το αντικείµενο εφαρµογής της παρούσας εργασίας [2, 3, 4, 5]. Το βασικό αντικείµενο της παρούσας εργασίας είναι να καταδείξει τους κινδύνους που συνδέονται µε τον εµπειρικό και όχι τον αναλυτικό προσδιορισµό ζωνών προστασίας γεωτρήσεων παρουσιάζοντας την επίδραση παραµέτρων που διαµορφώνουν τις υδροδυναµικές συνθήκες ροής στην οριοθέτηση των ζωνών αυτών. Η πρακτική σήµερα υποδεικνύει ως επι το πλείστον, την εφαρµογή απλουστευτικών µεθόδων, του τύπου της οριοθέτησης κυκλικών ζωνών προστασίας γεωτρήσεων. Η πρακτική αυτή δεν είναι µόνο ελληνική αλλά και διεθνής. Ακόµα και τοπικές υπηρεσίες της EPA στις Ηνωµένες Πολιτείες προτείνουν, σε πρώτη φάση τουλάχιστον και πριν την εφαρµογή αναλυτικών µοντέλων, την οριοθέτηση κυκλικών ζωνών γύρω από τις γεωτρήσεις. Στην εργασία αυτή καταδεικνύεται το µέγεθος της αστοχίας της παραπάνω πρακτικής και ειδικότερα µάλιστα στις περιπτώσεις όπου το πεδίο ροής του υδροφορέα παρουσιάζει τοπικού χαρακτήρα ιδιαιτερότητες, όπως η γειτνίαση µε εξωτερικά ή εσωτερικά όρια (είτε αδιαπέρατα είτε σταθερού φορτίου), η παράλληλη λειτουργία γειτονικών γεωτρήσεων κλπ. Είναι προφανές ότι η εφαρµογή της κατάλληλης µεθόδου για την οριοθέτηση ζωνών προστασίας της οποίας οι παραδοχές βρίσκονται εντός των ορίων ισχύος τους µπορούν να βελτιώσουν σηµαντικά το επίπεδο προσέγγισης του στόχου που είναι η προστασία του αντλούµενου υπόγειου νερού. Οι Raymond et al [6] αναφέρουν ότι εάν η πολιτεία του Ohio χρησιµοποιούσε τις απλοποιητικές µεθόδους οριοθέτησης που ακόµα και σήµερα χρησιµοποιούν άλλες πολιτείες στις Η.Π.Α. αντί των αναλυτικών µοντέλων, τότε δεν θα περιλάµβανε στις ζώνες προστασίας περίπου 265 km 2 από σηµαντικές ανάντι περιοχές ενώ θα δέσµευε, χωρίς λόγο περίπου 269 km 2 από περιοχές που βρίσκονται κατάντι των γεωτρήσεων. Στην εργασία τους δε οι Jacobson et al [7] προτείνουν και διερευνούν την εφαρµογή απλών στατιστικών µοντέλων για την εισαγωγή του παράγοντα της αβεβαιότητας των παραµέτρων που καθορίζουν την οριοθέτηση ζωνών προστασίας µε την εφαρµογή ακόµα και απλών αναλυτικών µεθόδων σε πρώτη φάση και πριν την απαραίτητη πλήρη ανάπτυξη µαθηµατικών µοντέλων. 2. ΖΩΝΕΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Για την καλύτερη κατανόηση του προβλήµατος της οριοθέτησης των ζωνών προστασίας, θα πρέπει να προηγηθεί µια σύντοµη παρουσίαση των ορισµών των βασικότερων εννοιών που χρησιµοποιούνται. Έτσι ως ζώνη σύλληψης (ή ζώνη συνεισφοράς) µιας γεώτρησης ορίζεται η επιφανειακή και η υπόγεια περιοχή που την περιβάλλει και η οποία περιέχει νερό και ρύπους, που τελικά θα καταλήξουν στην γεώτρηση και θα αντληθούν απ αυτήν. Αντίστοιχα ως ζώνη προστασίας µιας γεώτρησης ορίζεται όλη η περιοχή, που πρέπει να προστατευτεί ούτως ώστε να µη φθάνουν ρύποι σε επικίνδυνες συγκεντρώσεις κατά την άντλησή της. Βασικό στοιχείο στην επίλυση του προβλήµατος της οριοθέτησης των ζωνών προστασίας είναι η επιλογή και η προσαρµογή του καταλληλότερου για κάθε περίπτωση κριτηρίου. Τα βασικότερα από αυτά περιγράφονται συνοπτικά στη συνέχεια [3]: Το κριτήριο της απόστασης είναι ο πιο άµεσος τρόπος οριοθέτησης της ζώνης προστασίας και βασίζεται στην απόσταση µεταξύ του πηγαδιού και του σηµείου που εξετάζεται (π.χ. πηγή ρύπανσης). Το κριτήριο αυτό οδηγεί συνήθως στη διαµόρφωση µιας κυκλικής ζώνης στην οποία εφαρµόζονται απαγορευτικές διατάξεις. Πρόκειται για µια πρώτη και αρκετά απλουστευτική προσέγγιση της οριοθέτησης. Το κριτήριο της πτώσης στάθµης καθορίζει την έκταση στην οποία η άντληση προκαλεί πτώση στη στάθµη ενός φρεάτιου υδροφορέα ή στην πιεζοµετρική επιφάνεια ενός υδροφορέα υπο πίεση. Καθορίζει τη ζώνη επιρροής και τον κώνο πτώσης στάθµης. Με την άντληση προκαλείται επιτάχυνση της κίνησης προς το πηγάδι µε αποτέλεσµα η ρύπανση να φτάνει γρηγορότερα στο σηµείο άντλησης. Το κριτήριο του χρόνου εξαρτάται από τον µέγιστο χρόνο που απαιτείται για να φτάσει η ρύπανση στο πηγάδι. Περιλαµβάνει µεθόδους υπολογισµού της κίνησης των ρύπων και κυρίως της µεταφοράς, αν και σε

3 10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Ε.Υ.Ε., Ξάνθη περιπτώσεις µικρών ταχυτήτων ροής και οι υπόλοιποι µηχανισµοί κίνησης είναι εξίσου σηµαντικοί. Το κριτήριο αυτό έχει ιδιαίτερη σηµασία, αφού ορισµένες φορές ο χρόνος άφιξης των ρύπων µπορεί να υπολογιστεί µε µεγαλύτερη ακρίβεια από ότι οι αναµενόµενες συγκεντρώσεις. Το κριτήριο των ορίων του πεδίου ροής είναι σηµαντικό ειδικά σε περιπτώσεις όπου ο χρόνος µετακίνησης προς αυτά είναι µικρός. Το κριτήριο της αφοµοιωτικής ικανότητας εφαρµόζεται για να περιγράψει τον τρόπο µε τον οποίο συµβάλλουν η ακόρεστη και η κορεσµένη ζώνη στην ελάττωση της ρύπανσης Μια από τις πιο γνωστές µεθόδους οριοθέτησης ζωνών προστασίας, η οποία χρησιµοποιεί ως κριτήριο οριοθέτησης αυτό του χρόνου, είναι η µέθοδος της ιχνηλάτησης σωµατιδίων, γνωστής περισσότερο µε την αγγλική της ονοµασία, particle tracking. Σύµφωνα µε το κριτήριο αυτό, η ζώνη προστασίας προκύπτει λαµβάνοντας υπόψη τον µέγιστο χρόνο που απαιτείται για να φτάσει η ρύπανση στο πηγάδι άντλησης. Το σκεπτικό της οριοθέτησης ζωνών προστασίας µε χρονική µεταβλητότητα είναι σχετικά απλό. Μια ζώνη προστασίας t-ετών σε ένα τριδιάστατο πεδίο ροής αντιστοιχεί στον περιορισµένο όγκο νερού που περιγράφεται από όλες τις γραµµές ροής που καταλήγουν µέσα σε χρονικό διάστηµα t-ετών στην πηγή υδροληψίας. Τις περισσότερες φορές το πρόβληµα, χάριν απλότητας, αντιµετωπίζεται ως διδιάστατο, αγνοώντας δηλαδή την κατακόρυφη κίνηση του νερού. Με βάση την παραδοχή αυτή, η ζώνη προστασίας µετατρέπεται από τριδιάστατο όγκο σε διδιάστατο εµβαδόν της περιοχής, που περικλείεται από όλες τις οριζόντιες γραµµές ροής µε χρόνο διάνυσης µέχρι το πηγάδι ίσο µε t-έτη. Η εφαρµογή ζωνών προστασίας µε χρονική µεταβλητότητα σε προβλήµατα ποιότητας υπόγειου νερού πρωτοεµφανίστηκε από τους Gibb et al. [4] στην προσπάθεια τους να προσδιορίσουν τον κίνδυνο για την δηµόσια υγεία από υπόγεια νερά κοντά σε χώρους διάθεσης επικίνδυνων αποβλήτων. Υπολόγισαν ζώνες σύλληψης για να µπορέσουν να εισαγάγουν την έννοια του χρόνου στον υπολογισµό του κινδύνου. Ο υπολογισµός ζωνών σύλληψης µε χρονική µεταβλητότητα, επιτυγχάνεται είτε µέσω αναλυτικών είτε µέσω ηµι-αναλυτικών λύσεων. Ο Todd [8] παρουσίασε µια αναλυτική µέθοδο για τον προσδιορισµό µιας διδιάστατης περιοχής που τροφοδοτούσε µε νερό ένα πηγάδι. Οι Javandel et al [9] περιέγραψαν µια ηµι-αναλυτική λύση µέσω της οποίας µπορεί να υπολογιστεί µια ζώνη σύλληψης µε χρονική µεταβλητότητα. Τόσο οι αναλυτικές όσο και οι ηµι-αναλυτικές λύσεις προκύπτουν από την επίλυση της εξίσωσης του Laplace. Κατ επέκταση, η εφαρµογή τέτοιων µεθόδων περιορίζεται µόνο σε µόνιµη ροή σε οµογενείς και ισότροπους υδροφορείς. Για την παράκαµψη του παραπάνω προβλήµατος προτείνεται η εφαρµογή αριθµητικών µεθόδων για την επίλυση των εξισώσεων, αφού οι µέθοδοι αυτές ενδείκνυνται για την αντιµετώπιση σύνθετων προβληµάτων όπως η µη µόνιµη ροή σε ετερογενείς και ανισότροπους υδροφορείς. ύο αριθµητικές µέθοδοι που µπορούν να εφαρµοστούν σε τέτοιου είδους προβλήµατα είναι οι µέθοδοι της ορθής ή της αντίστροφης γραµµής ροής. Οι µέθοδοι αυτές προσοµοιάζουν την κίνηση των σωµατιδίων του νερού προς ή από το σηµείο άντλησης αντίστοιχα µέσα σε ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα t-ετών. Όσο το πλήθος των γραµµών ροής που προσοµοιώνεται πλησιάζει στο άπειρο, ο γεωµετρικός τόπος που ορίζεται από τα ελεύθερα άκρα των γραµµών ροής, στη µέθοδο της αντίστροφης γραµµής ροής, καθορίζει και τη ζώνη σύλληψης που αντιστοιχεί στο συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα [10]. Ο υπολογισµός της τροχιάς των σωµατιδίων του νερού, σύµφωνα µε τη µέθοδο της αντίστροφης γραµµής ροής, προκύπτει από την επίλυση του συστήµατος των διαφορικών εξισώσεων 1 [10]. f(x, y) = (dx/dt) = v x (x, y) g(x, y) = (dy/dt) = v y (x, y) (1) όπου v x (x, y) = q x (x, y) / n e (x, y) v y (x, y) = q y (x, y) / n e (x, y) (2) και q x = - K x h(x, y) (x, y) x h(x, y) q y = - K y (x, y) y (3)

4 424 Υπόγεια Υδραυλική - Υδρογεωλογία όπου q x, q y οι ταχύτητες Darcy κατά τις διευθύνσεις x και y σε διδιάστατο υδροφορέα K x, K y οι συντελεστές διαπερατότητας κατά τις διευθύνσεις x και y h(x, y) το υδραυλικό φορτίο n e (x, y) το ενεργό πορώδες Η γραµµή ροής προσδιορίζεται ως s(t) = [x(t), y(t)]. Έτσι οι διαδοχικές θέσεις των σηµείων µιας γραµµής ροής είναι s n = [x(n), y(n)], s n+1 = [x(n+1), y(n+1)] κλπ. Για την επίλυση του προβλήµατος χρησιµοποιήθηκε το µοντέλο Visual MODFLOW [11]. Πρόκειται για ένα από τα πιο διαδεδοµένα µαθηµατικά µοντέλα προσοµοίωσης υπόγειων υδροφορέων. 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Για την παρουσίαση των προτάσεων οριοθέτησης ζωνών προστασίας επιλέχθηκε η εφαρµογή στην περιοχή της λεκάνης του Άνω Ανθεµούντα στην Χαλκιδική. Πρόκειται για µια βασικά αγροτική περιοχή, στην οποία περιλαµβάνονται και ορισµένες πτηνοτροφικές µονάδες. Η λεκάνη απορροής έχει έκταση περίπου 50 km 2 και περιλαµβάνει δύο οικισµούς, την Γαλάτιστα και τον Γαλαρινό. Η περιοχή µελέτης καταλαµβάνει το ανατολικό, καλούµενο και άνω τµήµα της συνολικής λεκάνης του ποταµού Ανθεµούντα. Η συνολική λεκάνη εκτείνεται σε µια περιοχή µε εµβαδόν 428 km 2. Η λεκάνη έχει σχήµα ισοσκελούς τριγώνου µε την βάση του στις ακτές του Θερµαϊκού Κόλπου και την κορυφή του στον οικισµό του Βάβδου. Ο κύριος άξονας της λεκάνης έχει κατεύθυνση υτική Ανατολική και συνολικό µήκος περίπου 30 km. Η λεκάνη του Ανθεµούντα είναι µια προέκταση της λεκάνης της Θεσσαλονίκης και αποτελεί µια τεκτονική κοιλάδα (Σχήµα 1). Παρότι το άνω τµήµα του ποταµού Ανθεµούντα διασχίζει την περιοχή, τα επιφανειακά νερά δεν αποτελούν αντικείµενο εκµετάλλευσης, κυρίως λόγω της περιοδικότητας τους αλλά και για τον λόγο ότι δεν υπάρχουν τεχνικά έργα αποθήκευσης τους. Έτσι την µόνη πηγή ύδατος για την περιοχή αποτελεί ο υποκείµενος υδροφορέας ο οποίος έχει υποστεί υπερεκµετάλλευση κατά την διάρκεια των παρελθόντων ετών µέσω ενός µεγάλου αριθµού µικρών, κυρίως ιδιωτικών, γεωτρήσεων. Ως αποτέλεσµα, η στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα έχει υποχωρήσει σηµαντικά δηµιουργώντας ερωτηµατικά για ο µέλλον του ίδιου του υδροφορέα. PW2 PW1 PW3 Σχήµα 1. Η περιοχή µελέτης του Άνω Ανθεµούντα Χαλκιδικής Κάτω από τις συνθήκες αυτές, ο ήµος Ανθεµούντα ανέθεσε ερευνητικό πρόγραµµα στον Τοµέα Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος του Τµήµατος πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης. Στόχος του προγράµµατος είναι η διερεύνηση των διαθέσιµων υδατικών πόρων και η διαµόρφωση προτάσεων ορθολογικής διαχείρισης τους. Η εργασία αυτή βασίζεται σε στοιχεία που προέκυψαν από το συγκεκριµένο ερευνητικό πρόγραµµα [12].

5 10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Ε.Υ.Ε., Ξάνθη Στην περιοχή του Άνω Αθεµούντα ισχύει Νοµαρχιακή Απόφαση η οποία ορίζει περιοριστικά µέτρα για την αδειοδότηση της διάνοιξης νέων γεωτρήσεων. Τα µέτρα αυτά έχουν την µορφή καθορισµού ελάχιστης απόστασης από υφιστάµενες γεωτρήσεις, η οποία είναι 300m από αρδευτικές γεωτρήσεις και 600 m από υδρευτικές δηµοτικές γεωτρήσεις. Παρότι τα µέτρα αυτά έχουν καθαρά ποσοτικό και όχι ποιοτικό χαρακτήρα, στοχεύουν δηλαδή στην διασφάλιση της αντλούµενης ποσότητας νερού από τις υφιστάµενες γεωτρήσεις, χρησιµοποιούνται στην παρούσα εργασία ως µέτρο σύγκρισης για τις διαµορφούµενες ζώνες προστασίας. ιευκρινίζεται ότι σντικείµενο της εργασίας δεν είναι αυτή καθ ευατή η οριοθέτηση ζωνών προστασίας των γεωτρήσεων της περιοχής του Άνω Ανθεµούντα και τα αποτελέσµατα που παρουσιάζονται στα σχήµατα 3 έως 7 που ακολουθούν, δεν αποτελούν προτάσεις προς τις αρχές διαχείρισης της περιοχής. Η περιοχή αυτή χρησιµοποιείται απλά ως περιοχή εφαρµογής για την διευκόλυνση της παρουσίασης της προτεινόµενης διαδικασίας οριοθέτησης των ζωνών προστασίας. Για να τονιστούν δε και να αποσαφηνιστούν οι επιδράσεις των παραµέτρων ενός υδροφορέα (όπως οριακές συνθήκες, γειτονικές γεωτρήσεις κλπ) στην διαµόρφωση των ζωνών προστασίας, θέµατα όπως η αβεβαιότητα στον καθορισµό των υδρογεωλογικών χαρακτηριστικών του υδροφορέα [13], ή της αποδόµησης των ρύπων δεν λήφθηκαν υπ όψη. 4. ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗΣ ΖΩΝΩΝ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Για την παρουσίαση της προτεινόµενης διερεύνησης, της επίδρασης δηλαδή γεωµορφολογικών, υδρογεωλογικών και λειτουργικών παραµέτρων του υδροφορέα στην οριοθέτηση των ζωνών προστασίας γεωτρήσεων επιλέχθηκε η εφαρµογή του µαθηµατικού µοντέλου Visual MODFLOW για τον προσδιορισµό των ζωνών αυτών για τρεις υφιστάµενες υδρευτικές γεωτρήσεις του ήµου Ανθεµούντα, οι οποίες βρίσκονται στις θέσεις που απεικονίζονται στο σχήµα 1. Πρόκειται για τις γεωτρήσεις µε τις κωδικές ονοµασίες PW1, PW2 και PW3. Η οριοθέτηση των ζωνών προστασίας των γεωτρήσεων έγινε µε την εφαρµογή της τεχνικής «backward particle tracking» θεωρώντας ότι ισχύουν συνθήκες µόνιµης ροής στον υδροφορέα. Η δηµοτική υδρευτική γεώτρηση PW1 βρίσκεται σε σηµείο κοντά στον νότιο κλάδο του Άνω Ανθεµούντα. Σύµφωνα µε την ισχύουσα ρυθµιστική διάταξη η ζώνη προστασίας (έστω και από καθαρά ποσοτική άποψη) της γεώτρησης διαµορφώνεται µε ένα κύκλο ο οποίος έχει ως κέντρο την ίδια τη γεώτρηση και ακτίνα ίση µε 600m (Σχήµα 2). Η ανεπάρκεια της διάταξης αυτής για την προστασία τόσο της ποσότητας, πολύ δε περισσότερο της ποιότητας, του νερού που αντλείται από τη γεώτρηση είναι προφανής. Σχήµα 2. Οριοθέτηση ζώνης προστασίας γεώτρησης σύµφωνα µε την ισχύουσα ρυθµιστική διάταξη Στα σχήµατα 3, 4 και 5 εξετάζεται, µε την εφαρµογή πλέον του µαθηµατικού µοντέλου που αναφέρθηκε παραπάνω η οριοθέτηση της ζώνης προστασίας της γεώτρησης. Στην πραγµατικότητα το µέγεθος που εξετάζεται είναι η ζώνη σύλληψης της γεώτρησης. Η ζώνη αυτή όµως αποτελεί ουσιαστικά και την µέγιστη διάσταση της ζώνης προστασίας όταν το χρονικό διάστηµα διερεύνησης, σύµφωνα µε το κριτήριο του χρόνου, τείνει στο άπειρο. Στην περίπτωση του σχήµατος 3 διερευνάται η ζώνη προστασίας της γεώτρησης κατά την χειµερινή περίοδο. Σύµφωνα µε τα δεδοµένα του προβλήµατος το ρέµα λειτουργεί ως όριο σταθερού φορτίου περιορίζοντας έτσι στο ελάχιστο την ζώνη σύλληψης της γεώτρησης από το να επεκταθεί στα νότια του ρέµατος, αφού από την νότια πλευρά της η γεώτρηση τροφοδοτείται ουσιαστικά από το ρέµα και όχι από τον υδροφορέα.

6 426 Υπόγεια Υδραυλική - Υδρογεωλογία Στις περιπτώσεις των σχηµάτων 3 και 4, η ζώνη προστασίας διερευνάται κατά την καλοκαιρινή περίοδο κατά την οποία δεν σηµειώνονται σηµαντικές επιφανειακές απορροές στο ρέµα. Ως εκ τούτου θεωρείται ότι δεν υπάρχει τροφοδοσία από επιφανειακές απορροές και το σύνολο του αντλούµενου νερού προέρχεται από τον υποκείµενο υδροφορέα. Στο σχήµα 4 δε παρουσιάζεται η διαφοροποίηση της ζώνης προστασίας, όταν κατά την καλοκαιρινή περίοδο λειτουργούν ταυτόχρονα µε την υδρευτική γεώτρηση και οι υφιστάµενες γειτονικές αρδευτικές γεωτρήσεις W1 έως W7. Από τα σχήµατα αυτά καθίσταται σαφής η διαφοροποίηση της ζώνης προστασίας ακόµα και της ίδιας γεώτρησης κατά την διάρκεια ενός τυπικού έτους και ανάλογα µε τις συνθήκες που επικρατούν στον υδροφορέα. Έτσι ανατρέπεται τόσο η θεώρηση περι σταθερής στην διάρκεια του χρόνου µορφής των ζωνών προστασίας όσο και, ακόµα περισσότερο, περι οµοιόµορφων ζωνών προστασίας γεωτρήσεων σε διαφορετικές θέσεις στην έκταση ενός υδροφορέα. Σχήµα 3. Οριοθέτηση ζώνης προστασίας κατά την χειµερινή περίοδο κοντά σε όριο σταθερού φορτίου Σχήµα 4. Οριοθέτηση ζώνης προστασίας γεώτρησης κατά την θερινή περίοδο Σχήµα 5. Οριοθέτηση ζώνης προστασίας κατά την θερινή περίοδο εν µέσω άλλων γεωτρήσεων άντλησης Το θέµα της απεικόνισης των τροχιών των σωµατιδίων κατά την θερινή και χειµερινή περίοδο αποτελεί αποτέλεσµα της προσοµοίωσης µόνιµης ροής σε δύο διαφορετικές χρονικές περιόδους. Στόχος της παρουσίασης αυτής είναι, όπως προαναφέρθηκε, η επισήµανση της επίδρασης παραµέτρων ενός πραγµατικού πεδίου ροής στην οριοθέτηση των ζωνών προστασίας. Έτσι το σύµπλεγµα των τριών σχηµάτων 3, 4 και 5 αποτελούν συνθετικά στοιχεία της ίδιας ζώνης προστασίας τα οποία προκύπτουν από την επίδραση παραµέτρων όπως ο εµπλουτισµός από βροχοπτώσεις και η ύπαρξη επιφανειακής απορροής που λειτουργεί ως όριο σταθερού φορτίου (σχήµα 3), η µη ύπαρξη των παραπάνω (σχήµα 4) και η παράλληλη (µε την κατάσταση του σχήµατος 4) λειτουργία γειτονικών γεωτρήσεων (σχήµα 5). Είναι προφανές ότι η τελική µορφή της ζώνης προστασίας θα αποτελεί µια σύνθεση των παραπάνω, χωρίς όµως να αποτελεί και την απόλυτη περιβάλλουσα τους (γι αυτό και δεν απεικονίζεται ως τέτοια) αφού οι συνθήκες αυτές δεν εφαρµόζονται ταυτόχρονα. Στα σχήµατα 6 και 7 παρουσιάζεται η επίδραση αδιαπέρατων γεωλογικών στρωµάτων στην διαµόρφωση ζωνών προστασίας γεωτρήσεων άντλησης. Στο σχήµα 6 η γεώτρηση PW2 η οποία βρίσκεται στο παραγωγικό τµήµα

7 10 ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Ε.Υ.Ε., Ξάνθη του υδροφορέα βόρεια της γεώτρησης PW1 που εξετάστηκε στο προηγούµενο παράδειγµα (βλέπε σχήµα 1) επηρεάζεται από τους αδιαπέρατους εδαφικούς σχηµατισµούς οι οποίοι εκτείνονται ανάµεσα στους δύο κλάδους του Ανθεµούντα (τον βόρειο και τον νότιο) εµποδίζοντας έτσι τοπικά την υδραυλική επικοινωνία µεταξύ των υποκείµενων υδροφόρων στρωµάτων στην περιοχή αυτή. Η ζώνη προστασίας της γεώτρησης, όπως είναι άλλωστε αναµενόµενο, ακολουθώντας την διάταξη των γραµµών ροής του υδροφορέα, διαµορφώνεται περιµετρικά των αδιαπέρατων σχηµατισµών καταλαµβάνοντας έτσι µια περιοχή η οποία, λόγω της θέσης της γεώτρησης, στο µεγαλύτερο µέρος της βρίσκεται νότια του αδιαπέρατου ορίου αλλά και κατά ένα µικρότερο µέρος της, βόρεια αυτού. Η διαµόρφωση της ζώνης προστασίας εξαρτάται πέραν των υδρογεωλογικών χαρακτηριστικών του υδροφορέα από τη θέση της γεώτρησης σε σχέση µε τον αδιαπέρατο σχηµατισµό καθώς και από το σχήµα, την έκταση αλλά και το βάθος του σχηµατισµού αυτού. Στην περίπτωση που ο αδιαπέρατος σχηµατισµός δεν εκτείνεται σε όλο το βάθος της κορεσµένης ζώνης του υδροφορέα, τότε η ροή προς την γεώτρηση άντλησης µπορεί οι γραµµές ροής διέρχονται από το υπόλοιπο τµήµα του υδροφορέα αποκαθιστώντας έτσι την υδραυλική επικοινωνία και ως εκ τούτου διαµορφώνοντας ανάλογα και τις σχετικές ζώνες προστασίας. Σχήµα 6. Οριοθέτηση ζωνών προστασίας κοντά σε εσωτερικό αδιαπέρατο όριο Σχήµα 7. Οριοθέτηση ζωνών προστασίας κοντά σε εξωτερικό αδιαπέρατο όριο Στο σχήµα 7 αντίστοιχα παρουσιάζεται η ζώνη προστασίας της γεώτρησης PW3 η οποία βρίσκεται στο νότιο τµήµα της λεκάνης αρκετά κοντά στο εξωτερικό αδιαπέρατο όριο του υδροφορέα (βλέπε σχήµα 1). Όπως και στην περίπτωση της ζώνης προστασίας της γεώτρησης PW2 έτσι και στην περίπτωση της γεώτρησης PW3, η ζώνη προστασίας επηρεαζόµενη από το αντίστοιχο πεδίο ροής, διαµορφώνεται ακολουθώντας µια πορεία παράλληλη µε το αδιαπέρατο όριο. Σηµειώνεται ότι οι δύο περιπτώσεις που παρουσιάζονται στα σχήµατα 6 και 7 έχουν προσοµοιωθεί θεωρώντας ότι δεν υπάρχει επιφανειακή απορροή στον Ανθεµούντα αλλά και δεν λειτουργούν οι γειτονικές υφιστάµενες αρδευτικές γεωτρήσεις, δηλαδή κατάσταση λειτουργίας αντίστοιχη µε αυτήν µε την οποία διαµορφώθηκε το σχήµα 4. Κατά την χειµερινή περίοδο κατά την οποία ο Ανθεµούντας έχει επιφανειακή απορροή ή κατά την

8 428 Υπόγεια Υδραυλική - Υδρογεωλογία καλοκαιρινή περίοδο κατά την οποία λειτουργούν οι γειτονικές αρδευτικές γεωτρήσεις τότε οι ζώνες προστασίας των γεωτρήσεων PW2 και PW3 θα διαµορφώνονταν µε τρόπο ανάλογο µε αυτόν που ισχύει για τα σχήµατα 3 και 5 αντίστοιχα. Τέλος διευκρινίζεται ότι στα σχήµατα 3 έως 7, οι µπλέ γραµµές απεικονίζουν το υδρογραφικό δίκτυο, οι γαλάζιες τις τροχιές σωµατιδίων, και οι κόκκινες τις ισοδυναµικές γραµµές. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα παραπάνω µπορούν να διαµορφωθούν µια σειρά συµπερασµάτων σχετικά µε την µορφή, την δοµή, την έκταση αλλά και την δυναµική συµπεριφορά των ζωνών προστασίας γεωτρήσεων. Είναι προφανές ότι οι ζώνες προστασίας δεν έχουν κυκλική µορφή και γι αυτό δεν πρέπει να αντιµετωπίζεται το πρόβληµα της οριοθέτησης τους απλοποιητικά, απαγορεύοντας την ανάπτυξη ρυπογόνων δραστηριοτήτων σε κάποια συγκεκριµένη απόσταση από τις υδρευτικές γεωτρήσεις. Θα πρέπει κανείς να διερευνά αναλυτικά το υδραυλικό πεδίο στον υδροφορέα εφαρµόζοντας τα κατάλληλα µαθηµατικά µοντέλα προσοµοίωσης της ροής και της µεταφοράς ρυπαντών και να καθορίζει επακριβώς τις ζώνες προστασίας, λαµβάνοντας υπόψη όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν το φαινόµενο. Ακόµη πρέπει να λαµβάνεται υπόψη και το γεγονός ότι οι ζώνες προστασίας δεν αποτελούν στατικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα αλλά εξαρτώνται από µεταβλητούς παράγοντες. Έτσι, ακόµα και στον ίδιο υδροφορέα, ακόµα και για την ίδια πηγή υδροληψίας και ακόµα και για τις ίδιες πηγές ρύπανσης, η ζώνη σύλληψης µιας γεώτρησης µπορεί να διαφοροποιείται εάν αλλάξουν κάποιες παράµετροι όπως για παράδειγµα η ύπαρξη, η λειτουργία και οι παροχές άντλησης γειτονικών γεωτρήσεων, η ύπαρξη έστω και περιοδική, επιφανειακών απορροών που µπορούν να λειτουργήσουν, εφόσον πληρούν τις προϋποθέσεις, ως όρια σταθερού φορτίου, η παρουσία και γειτνίαση µε ζώνες διαφορετικής διαπερατότητας κλπ. Καταλήγοντας, επισηµαίνεται ότι το πρόβληµα της οριοθέτησης ζωνών προστασίας γεωτρήσεων είναι ένα ιδιαίτερα σηµαντικό και σύνθετο πρόβληµα και ως τέτοιο πρέπει να αντιµετωπίζεται και ειδικότερα µάλιστα κάτω από το πρίσµα της νέας νοµοθεσίας, του τρόπου αντιµετώπισης των υδατικών πόρων και κυρίως της προστασίας και αποκατάστασης της ποιότητας των υδατικών πόρων. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Theodossiou, N., P. Latinopoulos, G.P. Karatzas and E.A. Maria (2006) Delineation of capture zones in groundwater aquifers as a tool for the application of the polluter-pays principle, Protection and Restoration of the Environment VIII, pp , Chania. 2. Λατινόπουλος, Π. (1999), Προστασία και Εξυγίανση των Υπόγειων Νερών, Σηµειώσεις Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών Προστασία Περιβάλλοντος και Βιώσιµη Ανάπτυξη", Θεσσαλονίκη. 3. U.S. Environmental Protection Agency (1994), Ground Water and Wellhead Protection, Handbook, EPA/625/R-94/ Gibb J.P., M.J. Barcelona, S.C. Shock and M.W. Hampton (1984), Hazardous waste in Ogle and Winnebago Counties: Potential risk via groundwater due to past and present activities, SWS-336, Illinois State Water Survey, Champaign, Illinois. 5. Theodossiou, N., P. Latinopoulos and E. Fotopoulou (2005) Application of Monte Carlo analysis in the delineation of well head protection areas, 9 th International Conference on Environmental Science and Technology, pp , Rhodes Island. 6. Raymond, H.A., M. Bondoc, J. McGinnis, K. Metropulos, P. Heider, A. Reed and S. Sains (2006) Using analytic element models to delineate drinking water source protection areas, Ground Water, 44(1), pp Jacobson, E., R. Andricevic and J. Morrice (2002) Probabilistic capture zone delineation based on an analytic solution, Ground Water, 40(1), pp Todd D.K. (1980), "Groundwater hydrology", John Wiley and Sons, New York, pp Javandel, I., C. Doughty and C.F. Tsang (1984), Groundwater Transport: Handbook of Mathematical Models, Water Resources Monograph Series 10, American Geophysical Union, Washington, D.C. 10. Shafer J.M. (1987), "Reverse pathline calculation of time-related capture zones in non-uniform flow", Ground Water, 25(3), pp Waterloo Hydrogeologic Inc (1999) Visual MODFLOW version Latinopoulos, P. (2001) Investigation and exploitation of the water resources in the basin of Upper Anthemountas - Final Report Research Project, Faculty of Civil Engineering, A.U.T., Thessaloniki. 13. Theodossiou N., Latinopoulos P. and E. Fotopoulou (2002) Estimation of wellhead protection areas under uncertainty, Protection and Restoration of the Environment VI, pp , Skiathos.