Η Χρήση των G.I.S. στη Χωροθέτηση Φυσικών Συστηµάτων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων

Transcript

1 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 495 Η Χρήση των G.I.S. στη Χωροθέτηση Φυσικών Συστηµάτων Επεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων Α. ΓΚΕΜΙΤΖΗ Β. Α. ΤΣΙΧΡΙΝΤΖΗΣ Ο. ΧΡΗΣΤΟΥ Χ. ΠΕΤΑΛΑΣ ρ. Γεωλόγος Καθηγητής.Π.Θ. Γεωλόγος Λέκτορας.Π.Θ Περίληψη Η παρούσα εργασία επιδεικνύει τη χρήση των Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών στο πρόβληµα της επιλογής περιοχών για την κατασκευή φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας αστικών αποβλήτων (τεχνητοί υγροβιότοποι και λίµνες σταθεροποίησης). Για το σκοπό αυτό αναλύονται διάφορες µεταβλητές, όπως η τοπογραφία, οι χρήσεις γης, η γεωλογία, η απόσταση από τα κύρια ρέµατα και τις λίµνες, η απόσταση από τους υπάρχοντες οικισµούς, η ύπαρξη ειδικής περιβαλλοντικής προστασίας, τα απαιτούµενα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά των εκροών, η µέση ελάχιστη µηνιαία θερµοκρασία, προκειµένου να επιλεγούν ή να α- πορριφθούν περιοχές για τη συγκεκριµένη χρήση. Η µέθοδος ε- φαρµόζεται στην περιοχή της Θράκης, σε επίπεδο δήµων. Η α- παιτούµενη έκταση για κάθε έναν από τους τρεις διαφορετικούς τύπους φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας (τεχνητοί υγροβιότοποι επιφανειακής ροής, τεχνητοί υγροβιότοποι υποεπιφανειακής ροή και λίµνες σταθεροποίησης) υπολογίστηκε σε κάθε έναν από τους 36 δήµους της Θράκης (συµπεριλαµβανοµένων και της Θάσου και της Σαµοθράκης) ως συνάρτηση του πληθυσµού του κάθε δήµου, καθώς και της απαιτούµενης αποµάκρυνσης ρυπαντών και της θερµοκρασίας των λυµάτων. Με βάση την ανάλυση µε Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών, εντοπίστηκαν κατάλληλες εκτάσεις σε κάθε δήµο, ενώ η συνολική έκταση των κατάλληλων για τη συγκεκριµένη χρήση περιοχών σε κάθε έναν από τους 36 δήµους της Θράκης, συγκρίθηκε µε την απαιτούµενη έκταση σύµφωνα µε τον πληθυσµό του κάθε δήµου, έτσι ώστε να διαπιστωθεί αν και κατά πόσο τα συστήµατα φυσικής επεξεργασίας αποτελούν µια ρεαλιστική λύση στο πρόβληµα της επεξεργασίας λυµάτων για τη συγκεκριµένη περιοχή. Abstract Geographic information systems (GIS) use is presented in the problem of siting areas for construction of natural systems (i.e., constructed wetlands and stabilization ponds) for domestic wastewater treatment. For this purpose, several variables, such as topography, land use, type of geological formation, distance to major rivers or lakes, distance to existing cities and villages, existence of environmentally protected areas, mean minimum monthly temperatures and required wastewater effluent characteristics were analyzed with the GIS, in order to accept or reject a particular area within a region. The method is applied in the region of Thrace (Northeast Greece) at the municipal level. The required area for three different types of natural systems, i.e., free water surface (FWS) constructed wetlands, horizontal subsurface flow (SF) constructed wetlands and stabilization pond (SP) systems, was calculated in each one of the 36 municipalities of Thrace (including two islands, Thasos and Samothraki) as a function of the population of each municipality, temperature, local wastewater effluent discharge criteria. Based on the GIS analysis, suitable locations were identified first in each municipality, and then the total required surface area of these systems was compared to the available surface area of each municipality, in order to decide whether natural wastewater treatment systems could be a viable solution to the wastewater management problem in the particular region. In that way the present methodology offers a fast and simple method to check the suitability of new areas for natural treatment systems. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το πρόβληµα της επεξεργασίας των λυµάτων στην Ελλάδα γίνεται όλο και πιο επιτακτικό, επειδή συνδέεται µε τη ρύπανση τόσο των επιφανειακών όσο και των υπόγειων υδάτινων αποθεµάτων. Οι τοπικές αρχές στις αστικές περιοχές έχουν αντιµετωπίσει το συγκεκριµένο πρόβληµα κατασκευάζοντας µεγάλες συµβατικές µονάδες επεξεργασίας λυµάτων, πολλές από τις οποίες σήµερα χρειάζονται επέκταση ή / και αναβάθµιση λόγω της αύξησης του πληθυσµού και του αυστηρότερου ελέγχου των ρυπαντών. Στις επαρχιακές περιοχές, όπου δεν υπάρχουν κεντρικά συστήµατα συλλογής και επεξεργασίας των λυµάτων, οι βόθροι, σηπτικοί και απορροφητικοί, αποτελούν την κύρια εφαρµοζόµενη λύση στην επεξεργασία των οικιακών κυρίως αποβλήτων. Αν και η νοµοθεσία προβλέπει την εκκένωση των βόθρων στους σταθµούς επεξεργασίας λυµάτων του κάθε δήµου, εν τούτοις η συνήθης πρακτική σε πολλούς οικισµούς είναι η παροχέτευση των λυµάτων στα κοντινότερα ρέµατα, ή η υπερχείλισή τους στα δίκτυα συλλογής οµβρίων υδάτων. Η προτεινόµενη λύση της επεξεργασίας των λυµάτων σε τέτοιες περιοχές είναι η κατασκευή συστηµάτων φυσικής επεξεργασίας, τα οποία συνδυάζουν το χαµηλό κόστος τόσο για λειτουργία όσο και για συντήρηση, απλή και αξιόπιστη λειτουργία, καθώς και υψηλό ποσοστό α- φαίρεσης των ρύπων από τα λύµατα. Αυτά τα συστήµατα είναι ιδιαιτέρως κατάλληλα για µικρές ως και µεσαίου

2 km?? 496 Πληροφορική και Βάσεις εδοµένων στη ιαχείριση Υδατικών Πόρων µεγέθους κοινότητες όπου υπάρχει έλλειψη εξειδικευµένου προσωπικού, το οποίο απαιτείται για τη λειτουργία των συµβατικών συστηµάτων επεξεργασίας [1-3]. Επιπλέον, τα φυσικά συστήµατα επεξεργασίας αποτελούν µια άριστη εναλλακτική για την παραγωγή εκροών που µπορούν να επαναχρησιµοποιηθούν [3-6], ή σαν επέκταση σε υψηλότερο βαθµό επεξεργασίας των ήδη υπαρχόντων συµβατικών βιολογικών καθαρισµών [7, 8]. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία των G.I.S. χρησι- µοποιείται στις περιβαλλοντικές επιστήµες, µεταξύ άλλων, για τη χωροθέτηση Χ.Υ.Τ.Α. µε τη χρήση κριτηρίων αποκλεισµού και κριτηρίων µη αποκλεισµού [9, 10], για τη λήψη αποφάσεων στην εκτίµηση κινδύνου [11], ή για την προσοµοίωση και τη διαχείριση υδρολογικών λεκανών [12-15]. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται µια µεθοδολογία χωροθέτησης φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας α- στικών λυµάτων, η οποία λαµβάνει υπόψη περιβαλλοντικά κριτήρια, καθώς και κριτήρια σχεδιασµού, όπως η τοπογραφία, οι χρήσεις γης, το είδος του γεωλογικού σχη- µατισµού, η απόσταση από τα κύρια ρέµατα και τις λί- µνες, η απόσταση από τους υπάρχοντες οικισµούς, η µέση ελάχιστη µηνιαία θερµοκρασία, η ύπαρξη περιβαλλοντικώς προστατευόµενων περιοχών, ο πληθυσµός, καθώς και τα απαιτούµενα χαρακτηριστικά των εκροών. Τα παρακάτω τρία φυσικά συστήµατα επεξεργασίας εξετάστηκαν: τεχνητοί υγροβιότοποι ελεύθερης επιφάνειας (Free Water Surface, FWS), τεχνητοί υγροβιότοποι οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής (Subsurface Flow, SF), και συστήµατα λιµνών σταθεροποίησης (SP). Η διαδικασία διαστασιολόγησης είναι αυτή που παρουσιάστηκε από τους Economopoulou and Tsihrintzis [3, 5, 6]. Η προτεινόµενη µέθοδος εφαρµόστηκε στο γεωγραφικό διαµέρισµα της Θράκης (Σχήµα 1) (συµπεριλαµβανοµένων και της Θάσου και Σαµοθράκης), το οποίο αποτελεί µια επαρχιακή περιοχή µε µικρούς οικισµούς διασκορπισµένους σε µια ευρεία έκταση. Η συνολική έκταση που µελετήθηκε ανέρχεται στα 8500km 2. Θεσσαλονίκη ΕΛΛΑ Α Αθήνα Σχήµα 1: Χάρτης περιοχής µελέτης ΒΟΥΛΓΑΡΙΑ ΚΟΜΟΤΗΝΗ ΞΑΝΘΗ? Θράκη ΕΛΛΑ Α Ν. ΘΑΣΟΣ Ν. ΣΑΜΟΘΡΑΚΗ ΑΛΕΞΑΝ ΡΟΥΠΟΛΗ ΤΟΥΡΚΙΑ Υπόµνηµα km Το κλίµα της περιοχής είναι µεσογειακού τύπου, µε θερµά και ξηρά καλοκαίρια [16]. Ο µεσογειακός τύπος κλίµατος και η κατανοµή του πληθυσµού σε µικρούς οικισµούς, σε συνδυασµό µε το γεγονός ότι µόνο οι τρεις Κλίµακα Περιοχή µελέτης µεγάλες πόλεις της περιοχής (Ξάνθη, Κοµοτηνή, Αλεξανδρούπολη) διαθέτουν εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυµάτων, καθιστούν τη Θράκη µια ιδιαιτέρως κατάλληλη περιοχή για την εγκατάσταση συστηµάτων φυσικής επεξεργασίας. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2.1. Γενικά Η διαδικασία περιλαµβάνει την κατασκευή και ανάλυση πολλών αρχείων κανάβου (grids) διαφορετικών παραµέτρων [9, 17]. Το αποτέλεσµα της µεθοδολογίας G.I.S., είναι η κατασκευή διαφόρων θεµατικών χαρτών, µε τις περιοχές που ικανοποιούν συγκεκριµένα περιβαλλοντικά και κοινωνικό-οικονοµικά κριτήρια καταλληλότητας. Για κάθε κριτήριο, διακρίνονται δύο ξεχωριστές κατηγορίες: η κατηγορία που περιλαµβάνει όλες τις κατάλληλες εκτάσεις για την κατασκευή φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας και η κατηγορία που περιλαµβάνει ό- λες τις µη κατάλληλες εκτάσεις. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε χρησιµοποιεί µόνο κριτήρια αποκλεισµού (exclusionary criteria) [10], έτσι ώστε να γίνει µια γρήγορη και σχετικά απλή διάκριση µια τόσο µεγάλης περιοχής µελέτης σε υποπεριοχές που πληρούν συγκεκριµένα κριτήρια. Με βάση κάθε ένα από τα αρχεία κανάβου που κατασκευάστηκαν, συντάχθηκε ο αντίστοιχος χάρτης, ενώ µε την αλληλεπίθεση όλων των επί µέρους αρχείων κανάβου, συντάχθηκε ο τελικός συνθετικός χάρτης, όπου εντοπίζονται οι περιοχές που ικανοποιούν όλα τα κριτήρια καταλληλότητας. Το λογισµικό των GIS που χρησιµοποιήθηκε για την ανάλυση όλων των διανυσµατικών δεδοµένων είναι το MapInfo Professional ver Όλη η επεξεργασία των ψηφιδωτών (raster) δεδοµένων καθώς και η δηµιουργία των αρχείων κανάβου εκτελέστηκαν µε το πρόγραµµα Vertical Mapper Ver. 3. Τα τοπογραφικά, δηµογραφικά, υδρολογικά δεδοµένα, καθώς και τα δεδοµένα χρήσεων γης προέρχονται από την ψηφιακή βάση δεδοµένων GR Survey εδοµένα για τον Ελληνικό χώρο [18]. Οι µεταβλητές που αναλύθηκαν µέσω των G.I.S. είναι οι εξής: κλίση αναγλύφου, χρήσεις γης, απόσταση από το υπάρχον οδικό και σιδηροδροµικό δίκτυο, γεωλογικοί σχηµατισµοί, η απόσταση από τα κύρια ποτάµια και τις λίµνες, η απόσταση από τους υπάρχοντες οικισµούς, οι µέσες ε- λάχιστες µηνιαίες θερµοκρασίες για τη σειρά ετών , το καθεστώς περιβαλλοντικής προστασίας όπως το δίκτυο Natura 2000 [19], τα Εθνικά Πάρκα [20] και η συνθήκη Ramsar [21]. Τα ειδικά κριτήρια που χρησιµοποιούνται για την κάθε µεταβλητή θα συζητηθούν στα αντίστοιχα τµήµατα της παρούσας εργασίας. Τα παραγό- µενα αποτελέσµατα παρουσιάζονται υπό τη µορφή ενός κανάβου που δείχνει τις προτεινόµενες και τις απορριφθείσες περιοχές για την κατασκευή φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας στη Θράκη, µε βάση την ανάλυση µε Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών.

3 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 497 Το τελευταίο βήµα στην παρούσα εργασία ήταν ο υ- πολογισµός της απαιτούµενης έκτασης των τεχνητών υ- γροβιοτόπων, σύµφωνα µε τις µέσες ελάχιστες θερµοκρασίες, τον πληθυσµό του κάθε δήµου και την αποµάκρυνση των ρύπων από τα απόβλητα, όπως περιγράφεται από τους Economopoulou and Tsihrintzis [3, 5, 6]. Οι υπολογισθείσες εκτάσεις για κάθε δήµο συγκρίνονται µε τις επιλεγµένες περιοχές από την ανάλυση µε GIS, έτσι ώστε να διαφανεί για ποιους δήµους τα φυσικά συστήµατα επεξεργασίας αποτελούν λύση στο πρόβληµα της διαχείρισης των αποβλήτων Μεταβλητές και κριτήρια Για κάθε µια από τις µεταβλητές που προαναφέρθηκαν, πρέπει να κατασκευαστεί ένα αρχείο κανάβου προκειµένου να χρησιµοποιηθεί στην επεξεργασία. Η όλη διαδικασία διακρίνεται σε δύο µέρη. Το πρώτο ασχολείται µε την κατασκευή κανάβου για κάθε µια από τις µεταβλητές, ενώ το δεύτερο αναλύει αυτούς τους κανάβους. Για να επιταχυνθεί η τελική ανάλυση, για κάθε µεταβλητή κατασκευάστηκε ένας κάναβος που να δείχνει µόνο τις περιοχές ενδιαφέροντος. Έτσι οι περιοχές που δεν πληρούν τα κριτήρια, αγνοούνται και δε λαµβάνουν µέρος στην τελική ανάλυση. Η κλίµακα συλλογής των τοπογραφικών δεδοµένων είναι 1: [18], ενώ το ψηφιακό µοντέλο αναγλύφου που κατασκευάστηκε για την περιοχή µελέτης έχει µέγεθος κελιού (cell size) 60 x 60 µέτρων (Σχήµα 2). Το ίδιο µέγεθος κελιού υιοθετήθηκε για όλα τα υπόλοιπα αρχεία κανάβου. Κρίθηκε σκόπιµο να ξεκινήσει µια αρχική εξέταση µια τόσο µεγάλης περιοχής σε µικρή κλίµακα, έτσι ώστε να καλυφθεί όλη η έκταση της περιοχής ενδιαφέροντος. Η εξέταση όλης της έκτασης της περιοχής ενδιαφέροντος σε πιο λεπτοµερή κλίµακα θα απαιτούσε ε- ξαιρετικά µεγάλο υπολογιστικό έργο και θα περιέπλεκε τη διαδικασία, ενώ τα αποτελέσµατα αυτής της προκαταρκτικής διαδικασίας χωροθέτησης προτείνεται να εξεταστούν σε λεπτοµερέστερη κλίµακα, εστιάζοντας στις περιοχές που κρίθηκαν κατάλληλες µέσω της παρούσας εργασίας Ο κάναβος κλίσεων αναγλύφου Για να λειτουργούν αποτελεσµατικά οι τεχνητοί υ- γροβιότοποι θα πρέπει η τοπογραφία να είναι σχετικά οµαλή. Οι οµαλές κλίσεις του αναγλύφου οδηγούν σε µεγαλύτερους χρόνους παραµονής των λυµάτων στους υ- γροβιότοπους και έτσι παρατηρείται µεγαλύτερη ικανότητα αφαίρεσης ρύπων [3, 5, 6, 22]. Οι περιοχές που παρουσιάζουν εντονότερες κλίσεις δεν είναι οικονοµικά κατάλληλες για την κατασκευή τέτοιων συστηµάτων. Στην παρούσα µελέτη η κλίση του αναγλύφου 5% θεωρήθηκε ως η ανώτερη τιµή (Σχήµα 3). Περιοχές µε υψηλότερες τιµές κλίσεων αναγλύφου εξαιρέθηκαν από την παραπέρα µελέτη. Σχήµα 2: Ψηφιακό µοντέλο ανάγλυφου της περιοχής ενδιαφέροντος µε µέγεθος κελιού 60 x 60 µέτρα. Σχήµα 3: α) Κάναβος κλίσεων της περιοχής µελέτης β) Κάναβος µε τις επιλεχθείσες περιοχές κλίσεων < 5% Η υδρογεωλογική και τεκτονική τοποθέτηση Για να έχουν ελάχιστη επίδραση στην ποιότητα των υπογείων νερών, τα φυσικά συστήµατα επεξεργασίας, θεωρήθηκε σκόπιµο να εξεταστεί η υδρογεωλογική τοποθέτηση της περιοχής µελέτης. Η διαδικασία περιελάµβανε την ψηφιοποίηση υδρογεωλογικού χάρτη 1: που παραχωρήθηκε από το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών και η διακριτοποίηση των υδρογεωλογικών σχηµατισµών σε δύο κύριες κατηγορίες: στους σχηµατισµούς που αποτελούν ή δυνητικά θα αποτελέσουν υπόγειους υδάτινους πόρους και σε αυτούς που χωρίς αµφιβολία µπορούν να θεωρηθούν ως µη υδροφορείς, χωρίς καµία πιθανότητα να αποτελέσουν πηγή υπογείων υδάτων (Σχήµα 4α). Περιοχές µε λίγα ή και καθόλου διαθέσιµα στοιχεία, τοποθετήθηκαν στην πρώτη κατηγορία

4 498 Πληροφορική και Βάσεις εδοµένων στη ιαχείριση Υδατικών Πόρων των υδροφορέων, έτσι ώστε να αποτραπεί οποιαδήποτε πιθανότητα µόλυνσης κάποιων άγνωστων ως τώρα υδροφορέων. Οι περιοχές που ανήκουν στην πρώτη κατηγορία θεωρήθηκαν ως ακατάλληλες για την κατασκευή φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας και εξαιρέθηκαν από περαιτέρω ανάλυση (Σχήµα 4β). Σε αυτό το σηµείο θα πρέπει να αναφερθεί ότι από υδρογεωλογικής άποψης, µια περιοχή θεωρείται ως κατάλληλη για τέτοιες κατασκευές, όχι µόνο από την απουσία κάποιου υδροφόρου σχηµατισµού, αλλά επίσης και από την απουσία µεγάλων τεκτονικών δοµών, καθώς είναι γενικώς αποδεκτό ότι ακόµα και ένας µη υδροφόρος σχηµατισµός µπορεί να φέρει σηµαντικές ποσότητες νερού, µέσω της παρουσίας ρηγµάτων και ρωγµών. Θεωρήθηκε όµως σωστότερο να εξεταστεί η τεκτονική κατάσταση καθενός από τους σχηµατισµούς των επιλεγµένων περιοχών, αργότερα, σε µια πιο λεπτοµερή κλίµακα. Όσον αφορά στη σεισµική δραστηριότητα, η περιοχή µελέτης παρουσιάζει µικρά µόνο σεισµικά γεγονότα και έχει καταταχθεί στην πρώτη ζώνη σεισµικής επικινδυνότητας της Ελλάδας [23]. Σύµφωνα µε αυτήν την κατηγοριοποίηση, η πρώτη ζώνη έχει τιµή ενεργού εδαφικής επιτάχυνσης 0.16g (g: η επιτάχυνση της βαρύτητας), η οποία είναι η ελάχιστη τιµή για τον Ελληνικό χώρο, εκτός της Σαµοθράκης, που έχει κατηγοριοποιηθεί στη δεύτερη ζώνη δηλ. ενεργή εδαφική επιτάχυνση 0.24g. Παρά τη χα- µηλή σεισµικότητα της περιοχής έρευνας, θεωρήθηκε σκόπιµο να χωροθετηθούν οι προτεινόµενες κατασκευές τουλάχιστον 500 m µακριά από τα κύρια ρήγµατα της περιοχής. Για αυτόν το λόγο κατασκευάστηκαν ζώνες απόστασης 500 µέτρων από το κάθε κύριο ρήγµα στην περιοχή µελέτης (Σχήµα 5), έτσι ώστε να αποκλειστεί η περίπτωση τοποθέτησης κάποιας κατασκευής επάνω ή πολύ κοντά σε κάποιο γνωστό ρήγµα. ΞΑΝΘΗ ΚΟΜΟΤΗΝΗ ΑΛΕΞΑΝ ΡΟΥΠΟΛΗ Υπόµνηµα Υδρογεωλογικοί σχηµατισµοί Ν. ΘΑΣΟΣ Υδροφορείς Αδιαπέρατοι σχηµατισµοί Ρήγµατα a Ν. ΣΑΜΟΘΡΑΚΗ Σχήµα 5: Ζώνες αποστάσεων 500 µέτρων από τα κύρια ρήγµατα στην περιοχή µελέτης. Ν. ΘΑΣΟΣ km ΞΑΝΘΗ Υπόµνηµα Επιλεγµένοι υδρογεωλογικοί σχηµατισµοί (στεγανοί) b ΚΟΜΟΤΗΝΗ Ν. ΣΑΜΟΘΡΑΚΗ ΑΛΕΞΑΝ ΡΟΥΠΟΛΗ Σχήµα 4: α) ιάκριση των υδρογεωλογικών σχηµατισµών σε δύο κύριες κατηγορίες β) Κάναβος που δείχνει τις επιλεγ- µένες περιοχές µη υδροφορέων Ο κάναβος χρήσεων γης Κάθε κατασκευή φυσικού συστήµατος επεξεργασίας λυµάτων θα πρέπει να έχει όσο το δυνατό µικρότερες ε- πιπτώσεις στον υπάρχον πληθυσµό. Έχοντας αυτό ως στόχο διακρίθηκαν µόνο δύο κατηγορίες χρήσεων γης που είναι αποδεκτές για την κατασκευή των προτεινόµενων συστηµάτων: οι µη δασικές περιοχές που είναι κυρίως αγροτικές ή δοµηµένες εκτάσεις καθώς και οι χορτολιβαδικές εκτάσεις (Σχήµα 6α). Οι υπόλοιπες κατηγορίες χρήσεων γης απορρίφθηκαν επειδή αποτελούν κάποια είδη πυκνών ή αραιών δασών. Ν. ΘΑΣΟΣ ΞΑΝΘΗ ΚΟΜΟΤΗΝΗ a ΑΛΕΞΑΝ ΡΟΥΠΟΛΗ Ν. ΣΑΜΟΘΡΑΚΗ Σχήµα 6: α) Χάρτης χρήσεων γης της περιοχής µελέτης β) Κάναβος που δείχνει τις επιλεγείσες περιοχές µε βάση τις χρήσεις γης. Για να περιληφθεί η µεταβλητή της χρήσης γης στην τελική ανάλυση, κατασκευάστηκε ένας κάναβος χρήσεων

5 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 499 γης βασισµένος στον χάρτη χρήσεων γης κλίµακας 1: (Σχήµα 6) Η απόσταση από τους υπάρχοντες οικισµούς Για να αποτραπούν οποιαδήποτε αρνητικά αποτελέσµατα στους υπάρχοντες οικισµούς από την λειτουργία φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας λυµάτων, θεωρήθηκε σκόπιµο να χωροθετηθούν τέτοιες κατασκευές σε απόσταση µεγαλύτερη των 500 µέτρων από τα όρια του κάθε οικισµού. Στη συνέχεια χαράχθηκαν ζώνες που απέχουν 500 µέτρα από τα όρια των οικισµών (Σχήµα 7) και µετατράπηκαν σε αρχείο κανάβου για την τελική επεξεργασία. µέτρων από τις κοίτες των κυρίων ρεµάτων και από τα όρια των λιµνών (Σχήµα 9). Αυτός ο περιορισµός είναι επίσης αναγκαίος για να προστατευθούν οι υγροβιότοποι που περιβάλλουν τις λίµνες και τα ποτάµια. Θα πρέπει να σηµειωθεί εδώ ότι αν και µια απόσταση 500 µέτρων από τις κοίτες των κυρίων ρεµάτων φαίνεται αρκετά λογική, εν τούτοις, δεν αποκλείει την πιθανότητα εµφάνισης πληµµύρας σε κάποιες περιοχές. Για το λόγο αυτό προτείνονται λεπτοµερείς µελέτες κινδύνου πληµ- µυρών, σε µεγάλη κλίµακα, για κάθε µια από τις προτεινόµενες κατασκευές. Σχήµα. 8: Ζώνες αποστάσεων 300 µέτρων από τους κύριους οδικούς άξονες και το σιδηροδροµικό δίκτυο. Σχήµα 7: Περιοχές που απέχουν 500 µέτρα από τα όρια των οικισµών Η απόσταση από το υπάρχον οδικό και σιδηροδροµικό δίκτυο Κάθε προτεινόµενο σύστηµα επεξεργασίας λυµάτων θα πρέπει να απέχει τουλάχιστον 300 µέτρα από τους κύριους οδικούς άξονες και τις σιδηροδροµικές γραµµές της υπό µελέτη περιοχής. Αυτός ο περιορισµός δεν τίθεται για τους µικρούς επαρχιακούς δρόµους, αφού θα πρέπει να υπάρχει πρόσβαση στην κατασκευή. Κατασκευάστηκαν λοιπόν ζώνες απόστασης 300 µέτρων (buffer areas) γύρω από κάθε κύριο οδικό άξονα και σιδηροδροµική γραµµή που υπάρχει στην περιοχή µελέτης (συµπεριλαµβανοµένης και της Εγνατίας Οδού) (Σχήµα 8). Οι περιοχές αυτές που καλύπτονται από τις ζώνες απόστασης 300 µέτρων µετατράπηκαν στη συνέχεια σε ένα αρχείο κανάβου που θα χρησιµοποιηθεί στην τελική επεξεργασία Η απόσταση από τα κύρια ρέµατα και τις λίµνες Τα ποτάµια, οι λίµνες και η θάλασσα, αποτελούν τους κύριους αποδέκτες για τις εκροές των τεχνητών υγροβιοτόπων, αν δεν προβλέπεται η επαναχρησιµοποίησή τους για άρδευση. Έτσι, για πρακτικούς λόγους, οι προτεινό- µενες κατασκευές δεν θα πρέπει να είναι πολύ µακριά από τους αποδέκτες. Για να αποφευχθούν όµως πληµµυρικά φαινόµενα, που έχουν παρατηρηθεί αρκετά συχνά τα τελευταία 10 χρόνια στις πεδινές περιοχές της περιοχής µελέτης, θεωρήθηκε σκόπιµο να χωροθετηθούν οι προτεινόµενες κατασκευές σε απόσταση µεγαλύτερη των 500 Σχήµα 9: α) Κύρια ρέµατα και λίµνες στην περιοχή µελέτης β) Αποστάσεις 500 µέτρων από τα κύρια ρέµατα και τις λίµνες στην περιοχή της Θράκης Το καθεστώς περιβαλλοντικής προστασίας Η Θράκη είναι µια περιοχή µεγάλης βιοποικιλότητας. Περιλαµβάνει υγροβιοτόπους παγκοσµίου ενδιαφέροντος, όπως είναι το έλτα του ποταµού Έβρου, το δέλτα

6 500 Πληροφορική και Βάσεις εδοµένων στη ιαχείριση Υδατικών Πόρων του ποταµού Νέστου, και τις λίµνες Βιστωνίδα και Ισµαρίδα. Πολλά τµήµατα της Θράκης ανήκουν στο Ευρωπαϊκό δίκτυο Φύση 2000 [19] και θα πρέπει να προστατεύονται σύµφωνα µε τη νοµοθεσία ειδικής περιβαλλονικής προστασίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης ή τις εθνικές και διεθνείς συνθήκες όπως η συνθήκη Ramsar του Στην περιοχή µελέτης υπάρχουν επίσης εθνικά πάρκα και προστατευόµενες περιοχές, όπως το Εθνικό Πάρκο Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Τα φυσικά συστήµατα επεξεργασίας µπορούν να υ- πάρχουν στα περισσότερα τµήµατα των προστατευµένων περιοχών και αποκλείονται µόνο από τις µέγιστα προστατευόµενες περιοχές (Ζώνη Α του Εθνικού Πάρκου Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης). Έτσι αυτές οι περιοχές αποκλείστηκαν από την περαιτέρω επεξεργασία (Σχήµα 10). Όπως και στις προηγούµενες παραγράφους, κατασκευάστηκε ένα αρχείο κανάβου για τις υπό ειδική περιβαλλοντική προστασία περιοχές, προκειµένου να χρησι- µοποιηθεί στην τελική ανάλυση Αναλύοντας τις µεταβλητές Σε αυτό το σηµείο της µελέτης, όλες οι µεταβλητές που εξετάστηκαν βρίσκονται υπό µορφή κανάβου ενώ το πρόγραµµα GIS εξετάζει κάθε ένα από τα κελιά διάστασης 60m x 60m της περιοχής µελέτης, για κάθε µια από τις προαναφερθείσες µεταβλητές. Αν όλα τα προκαθορισµένα κριτήρια καταλληλότητας πληρούνται τότε το συγκεκριµένο κελί κρίνεται αποδεκτό για χρήση ως φυσικό σύστηµα επεξεργασίας. Το αποτέλεσµα είναι ένα αρχείο κανάβου που παρουσιάζει τις περιοχές που πληρούν όλα τα προαναφερθέντα κριτήρια. 3. ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΣΥ- ΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΣΤΙ- ΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ Σε αυτό το τελευταίο τµήµα της παρούσας µελέτης, οι υπολογισµοί εστιάζονται σε κάθε έναν από τους 36 δή- µους της Θράκης. Για να υπολογιστεί η απαιτούµενη έ- κταση των φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας σε κάθε δήµο, χρησιµοποιήθηκαν οι γραφικές λύσεις που προτείνονται από τους Economopoulou and Tsihrintzis [3, 5, 6]. Οι γραφικές αυτές λύσεις υπολογίζουν την κατά κεφαλή απαιτούµενη έκταση (m 2 /κάτοικο) για φυσικά συστήµατα επεξεργασίας, έτσι ώστε να ικανοποιούνται τα παρακάτω τέσσερα κριτήρια λειτουργίας, ως συνάρτηση της θερµοκρασίας νερού, για αδύναµα, τυπικά και ισχυρά απόβλητα αντίστοιχα [3, 5, 6, 22]. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε µόνο η περίπτωση των τυπικών αστικών αποβλήτων, που θεωρήθηκε ότι έχουν τα εξής ποιοτικά χαρακτηριστικά: BOD 330 mg L -1, άζωτο 50 mg L -1, φώσφορος 11 mg L -1, ολικά κολοβακτηριοειδή 10 8 /100 ml. Τα συστήµατα σχεδιάζονται έτσι ώστε να πληρούν τέσσερα ποιοτικά χαρακτηριστικά για τις εκροές τους, δηλαδή σχεδιάζονται για τα παρακάτω τέσσερα κριτήρια λειτουργίας: Κριτήριο λειτουργίας Ι: προβλέπει τη συγκέτρωση BOD στην εκροή σε 30mg L -1 (π.χ. για εκροές που διοχετεύονται σε ποτάµια), Σχήµα 10: Περιοχές που ανήκουν στο δίκτυο Φύση 2000 ή προστατεύονται από τη Συνθήκη Ramsar ή ανήκουν στο Εθνικό Πάρκο Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Σχήµα 11: Ο κάναβος των τελικών αποτελεσµάτων. Κριτήριο λειτουργίας ΙΙ: προβλέπει τη συγκέντρωση κολοβακτηριδίων στην εκροή στα 1000/100mL (π.χ. για εκροές που χρησιµοποιούνται για άρδευση ή διοχετεύνονται κοντά στην ακτή), Κριτήριο λειτουργίας ΙΙΙ: προβλέπει την συγκέντρωση ολικού αζώτου στην εκροή στα 5mg L -1 (π.χ. για ε- κροές που διοχετεύονται σε λίµνες), και Κριτήριο λειτουργίας ΙΙΙΙ: προβλέπει τη συγκέντρωση φωσφόρου στην εκροή στα 3mg L -1 (π.χ. για εκροές που διοχετεύονται σε λίµνες). Σύµφωνα µε τις εναλλακτικές διάθεσης των εκροών σε κάθε δήµο, ικανοποιούνται τα αντίστοιχα κριτήρια. Στην παρούσα µελέτη, µόνο τα κριτήρια Ι και ΙΙ εξετάζονται, λόγω του ότι όλες οι λίµνες στην περιοχή µελέτης προστατεύονται από το δίκτυο Φύση 2000 και ανήκουν στη ζώνη Α του Εθνικού Πάρκου Ανατολικής Μακεδονί-

7 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 501 ας και Θράκης (µέγιστη περιβαλλοντική προστασία), και συνεπώς δεν εξετάστηκαν ως αποδέκτες εκροών. Η διαδικασία διαστασιολόγησης, στην παρούσα µελέτη, περιλαµβάνει τον υπολογισµό της µέγιστης απαιτού- µενης έκτασης σε κάθε δήµο έτσι ώστε η λειτουργία της προτεινόµενης κατασκευής να είναι επαρκής σε κάθε κατάσταση καιρού. Για το σκοπό αυτό πρέπει να είναι γνωστή η ελάχιστη θερµοκρασία για κάθε περιοχή. Στην περιοχή µελέτης 11 µετεωρολογικοί σταθµοί διαθέτουν καταγραφές θερµοκρασιών αέρα. Η χρονοσειρά της περιόδου χρησιµοποιήθηκε για τον υπολογισµό της µέσης ελάχιστης µηνιαίας θερµοκρασίας για κάθε µετεωρολογικό σταθµό. Για τον υπολογισµό της µέσης ελάχιστης µηνιαίας θερµοκρασίας για κάθε κελί του κανάβου στην περιοχή µελέτης, υπολογίστηκε µια σχέση υψοµέτρου θερµοκρασίας βασισµένη στα 11 σηµεία παρατήρησης: Η παρούσα µελέτη ασχολείται µε την προκαταρκτική επιλογή, µέσω των Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών, χώρων κατάλληλων για την κατασκευή φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας αστικών αποβλήτων. Η µέθοδος εφαρµόστηκε στην περιοχή της Θράκης, σε µια έκταση περίπου 8500 km 2. Για να καλυφθεί ολόκληρη η έ- κταση της περιοχής µελέτης, θεωρήθηκε σκόπιµο να ξεκινήσει µια αρχική επεξεργασία σε µικρή κλίµακα (1 : : ). Το σκεπτικό είναι να εστιαστεί µια πιο λεπτοµερής µετέπειτα µελέτη στις περιοχές που επιλέχθηκαν στην παρούσα εργασία (Σχήµα 13). x = (470-y)/88.5; (R 2 = 0.86) (1) όπου: y = υψόµετρο πάνω από το µέσο επίπεδο της θάλασσας (µέτρα), x = µέση ελάχιστη µηνιαία θερµοκρασία ( o C), R 2 = τετράγωνο του συντελεστή συσχέτισης. Χρησιµοποιώντας της εξίσωση (1), κατασκευάζεται ένας κάναβος των µέσων ελάχιστων µηνιαίων θερµοκρασιών της υπό εξέταση περιοχής, µε βάση το ψηφιακό µοντέλο αναγλύφου (Σχήµα 12). Σχήµα 12: Κάναβος των µέσων ελάχιστων µηνιαίων θερµοκρασιών για την περίοδο , για την περιοχή ενδιαφέροντος. Στο Σχήµα 13 παρουσιάζονται υπό µορφή θεµατικού χάρτη τα αποτελέσµατα της παρούσας εργασίας. Στον χάρτη διακρίνονται οι δήµοι της Θράκης χρωµατισµένοι ανάλογα µε το ποσοστό της έκτασής τους που κρίθηκε κατάλληλο για τη χωροθέτηση φυσικών συστηµάτων ε- πεξεργασίας αστικών αποβλήτων. Στους δήµους που διακρίνονται µε λευκό χρώµα, οι ελάχιστες θερµοκρασίες που παρατηρούνται είναι αρκετά χαµηλές για τη λειτουργία τέτοιων συστηµάτων. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σχήµα 13: Οι δήµοι της Θράκης στους οποίους τα συστήµατα φυσικής επεξεργασίας αποβλήτων αποτελούν µια ρεαλιστική λύση. Η µέθοδος που χρησιµοποιήθηκε προέρχεται από τη συνδυασµένη χρήση της τεχνολογίας των Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών και της µεθόδου διαστασιολόγησης και κριτηρίων λειτουργίας των φυσικών συστη- µάτων επεξεργασίας. Τα Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών χρησιµοποιήθηκαν για να κατασκευαστούν και να αναλυθούν διάφορα αρχεία κανάβου για διάφορα θέ- µατα, έτσι ώστε τελικά να εντοπιστούν οι περιοχές ενδιαφέροντος, δηλαδή αυτές που πληρούν όλα τα σχετικά κριτήρια. Η µέθοδος διαστασιολόγησης και τα κριτήρια λειτουργίας οδηγούν στον υπολογισµό της απαιτούµενης κατά κεφαλήν έκτασης βάσει της αποµάκρυνσης BOD, κολοβακτηρίων, αζώτου και φωσφόρου από τα απόβλητα σε συνάρτηση µε τη θερµοκρασία και τον πληθυσµό. Ο συνδυασµός των δύο παραπάνω µεθόδων, σε επίπεδο δή- µων, δείχνει ότι είναι σχετικά απλό να εκτιµηθεί αν τα συστήµατα φυσικής επεξεργασίας µπορεί να αποτελέσουν µια εναλλακτική λύση στη διαχείριση των αποβλήτων για κάθε έναν από τους εξεταζόµενους δήµους και να υπολογισθεί η µέγιστη απαιτούµενη έκταση για τέτοιες κατασκευές. Συµπερασµατικά, θεωρείται ότι η µεθοδολογία που παρουσιάζεται σε αυτήν την εργασία προσφέρει έναν γρήγορο και σχετικά απλό τρόπο εξέτασης µεγάλων ε- κτάσεων και εντοπισµού πιθανών θέσεων για την εγκατάσταση φυσικών συστηµάτων επεξεργασίας, µε τη χρή-

8 502 Πληροφορική και Βάσεις εδοµένων στη ιαχείριση Υδατικών Πόρων ση µόνο κριτηρίων αποκλεισµού, λόγω του γεγονότος ότι η χρήση κριτηρίων µη αποκλεισµού θα απαιτούσε τη χρήση λεπτοµερέστερης κλίµακας, πιο περίπλοκους υπολογισµούς, περισσότερο χρόνο και συνεπώς δεν θα ήταν κατάλληλη για την κάλυψη µιας ευρείας έκτασης σε προκαταρκτικό επίπεδο. Η τελική πάντως απόφαση, σε επίπεδο δήµων, πρέπει να στηριχθεί σε πιο λεπτοµερή εξέταση κάθε επιλεγείσας περιοχής, περιλαµβανοµένης και της βαθµολόγησης κάθε πιθανής περιοχής µέσω κριτηρίων µη αποκλεισµού και λαµβάνοντας υπόψην τη γνώµη της τοπικής κοινωνίας, η οποία πιθανώς παίζει και τον σηµαντικότερο ρόλο στη χωροθέτηση τέτοιων εγκαταστάσεων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστούµε την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης που µας βοήθησε στη συγκεκριµένη προσπάθεια. Ευχαριστούµε επίσης το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (Περιφερειακή Μονάδα Α.Μ.Θ.) που µας προσέφερε υδρογεωλογικά στοιχεία για την περιοχή µελέτης και ειδικά τον γεωλόγο κ. Ελευθέριο ηµάδη για τις πολύτιµες συµβουλές του και την εµπειρία του. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. USEPA (U.S. Environmental Protection Agency), Design Manual: Constructed Wetlands and Aquatic Plant Systems for Municipal Wastewater Treatment. EPA/625/1-88/022. Cincinnati, OH: Environmental Protection Agency. 2. Sartoris, J. J., Thullen, J. S., Barber, L. B. and Salas, D.E., Investigation of nitrogen transformations in a Southern California constructed wetland treatment method. Ecological Engineering, 14, Economopoulou, M.A. and Tsihrintzis, V.A., Design methodology and area sensitivity analysis of horizontal subsurface flow constructed wetlands. Water Resources Management 17, WHO (World Health Organization), Health guidelines for the use of wastewater in agriculture and aquaculture, Technical Report Series 778, World Health Organization: Geneva. 5. Economopoulou, M.A. and Tsihrintzis, V.A., 2004a. Design methodology of free water surface constructed wetlands. Water Resources Management (in press). 6. Economopoulou, M.A. and Tsihrintzis, V.A., 2004b. A rapid method for design optimization and performance evaluation of stabilization ponds. (submitted). 7. Reed, S. C., Crites, R. W. and Middlebrooks, E. J., Natural Systems for Waste Management and Treatment, 2 nd ed., McGraw-Hill, Inc., New York, U.S.A. 8. Kadlec, R. H. and Knight, R.L., Treatment Wetlands, Lewis Publishers, Boca Raton, Florida, U.S.A. 9. Siddiqui, M., Everett, J. M., and Vieux, B. E., Landfill siting using Geographical Information Systems: A demonstration. Journal of Environmental Engineering. 122(6), Kontos, T. D., Komilis, D. P., Halvadakis, C. P., Siting MSW landfills on Lesvos island with a GIS-based methodology. Waste Management and Research, 21(3), Zerger, A., Examining GIS decision utility for natural hazard risk modelling. Environmental Modelling & Software, 17, Tsihrintzis, V.A., Hamid, R. and Fuentes, H.R., Use of Geographic Information Systems (GIS) in water resources: a review, Water Resources Management, EWRA. 10(4), Tsihrintzis, V.A., Fuentes, H.R. and Gadipudi, R., GIS-aided modelling of nonpoint source pollution impacts on surface and ground waters, Water Resources Management, EWRA, 11(3), He, C., Integration of geographic information systems and simulation model for watershed management. Environmental Modelling & Software, 18, Sivertum, A. and Prange, L., Non-point source critical area analysis in the Gisselo watershed using GIS. Environmental Modelling & Software, 18, Πεταλάς, Χ., (1997). Ανάλυση υδροφόρων συστηµάτων στο ετερογενές και παράκτιο πεδίο του Ν. Ροδόπης, ιδακτορική διατριβή,.π.θ. 17. Northwood Technologies Inc. and Malconi Mobile Ltd., Vertical Mapper Spatial Analysis and Display Software, Version 3.0, User s Manual. 18. Geoinfo Co., Ψηφιακά δεδοµένα για τον Ελλαδικό χώρο - Γεωγραφική Βάση εδοµένων GR Survey. Θεσσαλονίκη. 19. Dafis, S., Papastergiadou, E., Georgiou, K., Babalonas, D., Georgiadis, T., Papageorgiou, M., Lazaridou, T., Tsiaoussi, V., Directive 92/43/EEC: The Project Habitat in Greece: Netwotk Natura 2000, Life Contract B4-3200/84/756, DG XI Commission of the European Communities, The Goulandris Mouseum of Natural History, GreekBiotope/Wetland Center, Greece. 20. Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Κ.Υ.Α. 5796/ Εφηµερίδα της Κυβερνήσεως 854/B/ Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Νόµος 1650 Για την Προστασία του Περιβάλλοντος. Εφηµερίδα της Κυβερνήσεως 160/A/ Economopoulou, M.A. and Tsihrintzis, V.A., Sensitivity analysis of stabilization pond system design parameters, Environmental Technology, 23(3), OASP (Organization of Antiseismic Planning and Protection of Greece), The New Seismic Hazard Map of Greece. A. Γκεµιτζή, ρ. Γεωλόγος, Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη Τηλ./Fax: agkemitz@env.duth.gr.

9 Πληροφορική και Βάσεις εδοµένων στη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 2 B.A. Τσιχριντζής, Καθηγητής, Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη Τηλ./Fax: tsihrin@otenet.gr. O. Χρήστου, Γεωλόγος, Geoinfo-Εφαρµοσµένες Γεωλογικές Έρευνες και Μελέτες, Γ. Λαµπράκη 133, Θεσσαλονίκη Τηλ./Fax: geoinfo@hol.gr X. Πεταλάς, Λέκτορας, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη Τηλ./Fax: xpetalas@env.duth.gr.