ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΔΕ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΥΔΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΔΕ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΥΔΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΤΟΥ ΓΛΑΥΚΟΥ: ΕΠΑΝΑΡΡΥΘΜΙΣΗ ΚΑΙ ΧΡΟΝΙΚΗ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΩΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΠΟΙΟΤΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Ι. ΜΑΜΟΥΝΑΚΗΣ Επιβλέπον μέλος Δ.Ε.Π. Καθηγητής Βασίλειος Κ. Καλέρης Πάτρα, 2016

2

3 Πρόλογος Η παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης εκπονήθηκε στο πλαίσιο του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών στην κατεύθυνση «Υδατικοί Πόροι και Περιβάλλον», και επιχορηγήθηκε από το «Ειδικό Πρόγραμμα Χορηγιών και Ενισχύσεων Μελών Συνδέσμου Υποτρόφων» του Ιδρύματος Ωνάση. Αρχικά, θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς και θερμές ευχαριστίες μου στον επιβλέποντα Καθηγητή μου κ. Βασίλειο Καλέρη, για την εμπιστοσύνη και τη συνεχή καθοδήγηση του σε όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας εργασίας, αποτελώντας πρότυπο μεθοδικότητας και συνέπειας για μένα. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Ανδρέα Λαγγούση για τις συμβουλές του και την υποστήριξη του στο πρόσωπό μου. Ευχαριστώ τον Καθηγητή κ. Αλέξανδρο Δημητρακόπουλο, μέλος της τριμελούς επιτροπής εξέτασης, για το χρόνο που αφιέρωσε στη μελέτη της παρούσας εργασίας. Επίσης, ευχαριστώ από καρδιάς τον διδάκτορα του Τμήματος κ. Αλέξανδρο Ζιώγα, ο οποίος πάντα ήταν πρόθυμος να με βοηθήσει σε οποιαδήποτε δυσκολία παρουσιαζόταν στην κατανόηση του αριθμητικού μοντέλου που κατασκεύασε για τον υδροφορέα του Γλαύκου. Θερμές ευχαριστίες εκφράζω επίσης στη Δ.Ε.Υ.Α.Πατρών για την υποστήριξη που παρείχε στις μετρήσεις πεδίου και τη συντήρηση των γεωτρήσεων παρατήρησης, καθώς επίσης και για την χημική ανάλυση των δειγμάτων νερού από τις γεωτρήσεις. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους συναδέλφους μου μεταπτυχιακούς φοιτητές του Εργαστηρίου Υδραυλικής Μηχανικής, και ιδιαίτερα την Αγγελική Κοκόση, για τη συνεργασία και τη φιλία που δημιουργήσαμε τα 2 τελευταία χρόνια. Γεώργιος Ι. Μαμουνάκης Πάτρα, 2016 i

4 ii

5 Περίληψη Στην παρούσα εργασία μελετάται ο παράκτιος υδροφορέας του Γλαύκου ως προς τα εξής θέματα: α) την αυτόματη ρύθμιση (επαναρρύθμιση) του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου, το οποίο προτάθηκε από το Ζιώγα (2013) και αφορά την περίοδο , μέσω του αλγόριθμου βελτιστοποίησης PEST, β) τη χρονική επέκταση του μοντέλου υπογείων υδάτων μέχρι το Σεπτέμβριο του 2015 λαμβάνοντας υπ όψιν τις νεώτερες μετρήσεις της υπόγειας στάθμης (Μάιος 2012 Σεπτέμβριος 2015) και γ) τα αποτελέσματα προσδιορισμού των ποιοτικών χαρακτηριστικών του υπόγειου νερού στο δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης του υδροφορέα (πρώτα αποτελέσματα). Παρουσιάζονται ο κώδικας MΟDFLOW-2000 και ο αλγόριθμος PEST, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Για τους κώδικες, δίδονται οι εξισώσεις οι οποίες χρησιμοποιούνται, καθώς επίσης και η μεθοδολογία που ακολουθείται κατά τη χρήση τους. Παρουσιάζονται συνοπτικά: (α) οι απλοποιήσεις που έγιναν στο μοντέλο του υδροφορέα του Γλαύκου ώστε να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωσή του ο κώδικας MODFLOW αντί του κώδικα SEAWAT που χρησιμοποίησε ο Ζιώγας (2013). Η χρήση του MODFLOW διευκολύνει σημαντικά την αυτόματη ρύθμιση με το PEST. (β) Ο προσδιορισμός των δεδομένων εισόδου, όπως προτάθηκε από τον Ζιώγα (2013). (γ) Τα αποτελέσματα της ρύθμισης του μοντέλου που βασίζεται στον κώδικα SEAWAT και η οποία έγινε με τη μέθοδο της δοκιμής και σφάλματος. (δ) Η σύγκριση των αποτελεσμάτων που δίνει το μοντέλο που βασίζεται στον κώδικα SEAWAT με τα αποτελέσματα του MODFLOW και η οποία δείχνει ότι το MODFLOW είναι κατάλληλο για την προσομοίωση του υδροφορέα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η αυτόματη ρύθμιση του μοντέλου υπογείων υδάτων του Γλαύκου, η οποία έγινε με τη χρήση του κώδικα PEST για την περίοδο και με τις ίδιες μετρήσεις της υπόγειας στάθμης που χρησιμοποιήθηκαν από τον Ζιώγα (2013). Για την αυτόματη ρύθμιση, η οποία έγινε για τον προσδιορισμό διαφορετικού αριθμού παραμέτρων, αναλύονται θέματα ερμηνείας των αποτελεσμάτων και διερευνάται η σημασία του αριθμού και της θέσης των σημείων μέτρησης της υπόγειας στάθμης για την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της ρύθμισης. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων της ρύθμισης που παρουσίασε ο Ζιώγας (2013) και της αυτόματης ρύθμισης προκύπτει ότι οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που προέκυψαν από την αυτόματη ρύθμιση iii

6 βελτιώνουν τα αποτελέσματα προσομοίωσης της χρονικής μεταβολής της υπόγειας στάθμης στον υδροφορέα. Για την εφαρμογή του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου πέραν του Απριλίου 2012, έγινε επεξεργασία των νεώτερων μετρήσεων της υπόγειας στάθμης (Μάιος 2012 Σεπτέμβριος 2015), οι οποίες παρουσιάζουν κενά λόγω προβλημάτων των αισθητήρων μέτρησης, καθώς επίσης και επεξεργασία και επέκταση των χρονοσειρών των δεδομένων εισόδου. Πέραν της εφαρμογής του μοντέλου για τη συνολική περίοδο , έγινε προσπάθεια βελτίωσής του με νέα ρύθμιση, στην οποία εφαρμόστηκε τόσο η μέθοδος της δοκιμής και σφάλματος όσο και η αυτόματη μέθοδος. Τέλος, παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα προσδιορισμού των ποιοτικών χαρακτηριστικών του υπόγειου νερού στο δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης. Περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία δειγματοληψίας με άντληση από τις γεωτρήσεις παρατήρησης, η εμπειρία σχετικά με την αξιοπιστία του τρόπου της επί τόπου μέτρησης και καταγραφής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας που εφαρμόστηκε, καθώς επίσης και τα αποτελέσματα των αναλύσεων των δειγμάτων που έγιναν από το χημικό εργαστήριο της ΔΕΥΑΠ στο διυλιστήριο του Ριγανόκαμπου. iv

7 Περιεχόμενα Πρόλογος... i Περίληψη... iii Κατάλογος Σχημάτων... ix 1 Εισαγωγή Συνοπτική παρουσίαση των κωδίκων MODFLOW-2000 και PEST Ο κώδικας MODFLOW Χωρική διακριτοποίηση του υδροφορέα Μέθοδος αριθμητικής επίλυσης PCG Εισαγωγή δεδομένων Αποτελέσματα που παρέχονται από τον κώδικα Ο κώδικας βελτιστοποίησης PEST Εκτίμηση παραμέτρων σε γραμμικά μοντέλα Εκτίμηση παραμέτρων σε μη γραμμικά συστήματα Χρήση των εκ των προτέρων πληροφοριών (Prior Information) στη διαδικασία εκτίμησης των παραμέτρων Παράμετρος Marquardt Πίνακας S και αριθμός Marquardt Lambda Κριτήριο τερματισμού PEST Ο αλγόριθμος PEST στο MODFLOW Αρχείο του κώδικα PEST Ο υδροφορέας του Γλαύκου και η μοντελοποίηση του Η γεωμετρία του υδροφορέα Η γεωλογία του υδροφορέα Τροφοδοσία και απολήψεις Δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης Παράμετροι που προσδιορίζονται με τη ρύθμιση και δεδομένα εισόδου Χωρική και χρονική διακριτοποίηση του υδροφορέα του Γλαύκου Κριτήριο αξιολόγησης των προσομοιώσεων Αποτελέσματα ρύθμισης του μοντέλου για τον υδροφορέα του Γλαύκου Ρύθμιση του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου με τη χρήση του κώδικα PEST Μεθοδολογία Σχέση μεταξύ της υπόγειας στάθμης και των υδρογεωλογικών παραμέτρων Σημασία της θέσης των μετρήσεων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων...39 v

8 4.4 Εφαρμογή του κώδικα PEST για μοναδικούς αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας Σενάρια που διερευνήθηκαν Αξιολόγηση των σεναρίων κατανομής της υδραυλικής αγωγιμότητας που διερευνήθηκαν Επιρροή του αριθμού των παρατηρήσεων στην αξιοπιστία των αποτελεσμάτων προσδιορισμού των υδραυλικών αγωγιμοτήτων με τον κώδικα PEST Εφαρμογή του κώδικα PEST με μοναδικό άγνωστο μέγεθος την κατείσδυση από την κοίτη του π. Γλαύκου Σενάρια για τον προσδιορισμό της κατείσδυσης από την κοίτη του Γλαύκου: Αξιολόγηση των σεναρίων της κατείσδυσης από τον ποταμό που διερευνήθηκαν Εφαρμογή του κώδικα PEST με μοναδικό άγνωστο αφενός την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις και αφετέρου τις πλευρικές εισροές από τα όρια των περιοχών Σαραβαλίου- Κρήνης και του χείμαρρου Διακονιάρη Σενάρια που διερευνήθηκαν: Αξιολόγηση των σεναρίων προσδιορισμού αφενός της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις και αφετέρου των πλευρικών εισροών Εφαρμογή του κώδικα PEST για αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυση από την κοίτη του ποταμού Γλαύκου Σενάρια που διερευνήθηκαν: Αξιολόγηση των σεναρίων προσδιορισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυσης από τον ποταμό που διερευνήθηκαν Εφαρμογή του κώδικα PEST για αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας και την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις στη λεκάνη του Γλαύκου Σενάρια που διερευνήθηκαν: Αξιολόγηση των σεναρίων υπολογισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων που διερευνήθηκαν Εφαρμογή του μοντέλου για την περίοδο και βελτίωση της ρύθμισης Δεδομένα για την περίοδο Αποτελέσματα προσομοιώσεων για τη χρονική περίοδο Βελτίωση της ρύθμισης για την περίοδο Έλεγχος της ρύθμισης για την περίοδο με τη χρήση του κώδικα PEST Ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού στον υδροφορέα του Γλαύκου Πιθανές αιτίες ρύπανσης και υπάρχοντα στοιχεία Συνεχής καταγραφή ποιοτικών παραμέτρων με τη βοήθεια αισθητήρων Δειγματοληψία υπόγειου νερού με άντληση Χημικές αναλύσεις vi

9 6.5 Καταγραφές των αισθητήρων κατά τη δειγματοληψία και αποτελέσματα χημικών αναλύσεων Δειγματοληψία στη γεώτρηση G2 στις 02/12/ Δειγματοληψία στη γεώτρηση G1 στις 04/12/ Δειγματοληψία στη γεώτρηση G5 στις 11/12/ Δειγματοληψία στη γεώτρηση G4 στις 17/12/ Προβλήματα στις γεωτρήσεις G6 και G Ανακεφαλαίωση και Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Παράρτημα Α: Απόσπασμα αρχείου REC vii

10 viii

11 Κατάλογος Σχημάτων Σχήμα 2.1: Χωρική Διακριτοποίηση υδροφορέα... 4 Σχήμα 2.2: Τρισδιάστατος κάναβος πεπερασμένων διαφορών (από Zheng and Wang, 1999)... 5 Σχήμα 2.3: Σύγκλιση παραμέτρων στη βέλτιστη εκτίμηση (ελάχιστο Φ) Σχήμα 3.1: Θέση παράκτιου υδροφορέα του ποταμού Γλαύκου (από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.2: Γεωμετρία πλευρικών ορίων του παράκτιου υδροφορέα του Γλαύκου: (α) σε συνδυασμό με τη γεωλογία, (β) σε συνδυασμό με την επιφανειακή μορφολογία της περιοχής και (γ) περιγραφική αναπαράσταση προέκτασης του θαλασσινού ορίου του υδροφορέα, κατάντη της ακτογραμμής (από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.3: (α) Σχηματοποιημένα αποτελέσματα γεωηλετρικών τομογραφιών στην παράκτια ζώνη και (β) θέσεις γεωηλεκτρικών τομογραφιών και γεωτρήσεων του Σχ. 2.3 (α) (από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.4: Προφίλ γεωτρήσεων παράκτιας ζώνης (από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.4: Οριακές συνθήκες και αντλητικές γεωτρήσεις του μοντέλου υπόγειας ροής του παράκτιου υδροφορέα του Γλαύκου (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.5: Δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης στον υδροφορέα του Γλαύκου (από Ζιώγα, 2013). 22 Σχήμα 3.6: Κατανομή της υδραυλικής αγωγιμότητας στον υδροφορέα (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.7: Ποσοστό κατείσδυσης από τον ποταμό Γλαύκο, ίδιο για όλα τα υδρολογικά έτη Σχήμα 3.8: Προσανατολισμός κανάβου αριθμητικού μοντέλου (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 3.9: Προσομοίωση αλμυρής σφήνας στο MODFLOW Σχήμα 3.10: Ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας στο μοντέλο του Γλαύκου Σχήμα 3.11: Εμπλουτισμός υδροφορέα στο μοντέλο του Γλαύκου ( 1 ο στρώμα ) Σχήμα 3.12: Αντλητικές γεωτρήσεις στο μοντέλο του Γλαύκου Σχήμα 3.13: Θέσεις γεωτρήσεων παρατήρησης στο μοντέλο του Γλαύκου Σχήμα 4.1: Κατακόρυφη τομή του σχηματοποιημένου υδροφορέα του Γλαύκου Σχήμα 4.2: Σχηματική παράσταση του υδροφορέα του Γλαύκου (οριζοντιογραφία) Σχήμα 4.3: Διακριτοποίηση του υδροφορέα του Σχ Σχήμα 4.4: Ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας όπως ορίστηκαν από το Ζιώγα (2013) και κατανομή των γεωτρήσεων παρατήρησης μέσα σ αυτές Σχήμα 4.5: Διαπεράτα και αδιαπέρατα στρώματα στο παράκτιο τμήμα της ζώνης 3 του υδροφορέα Σχήμα 4.6: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης για τα 4 σενάρια υδραυλικών αγωγιμοτήτων ix

12 Σχήμα 4.7: Σύγκριση χρονοσειρών των μετρημένων και προσομοιωμένων τιμών υπόγειας στάθμης θέση παρατήρησης G Σχήμα 4.8: Μεταβολή του σφάλματος προσδιορισμού των παραμέτρων με τον κώδικα PEST για διαφορετικές αρχικές τιμές (σενάριο S1) Σχήμα 4.9: Τιμές των 3 ζωνών υδραυλικής αγωγιμότητας του σεναρίου S1 με χρήση διαφορετικού αριθμού παρατηρήσεων στον κώδικα PEST Σχήμα 4.10: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις 7 θέσεις παρατήρησης για όλες τις περιπτώσεις του Σχ. 4.9 που αφορούν το σενάριο S Σχήμα 4.11: Τιμές των 2 ζωνών υδραυλικής αγωγιμότητας του σεναρίου S2 με χρήση διαφορετικού αριθμού παρατηρήσεων στον κώδικα PEST Σχήμα 4.12: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις 7 θέσεις παρατήρησης για όλες τις περιπτώσεις του Σχ που αφορούν το σενάριο S Σχήμα 4.13: Κελιά εμπλουτισμού από τον ποταμό Γλαύκο σε συνδυασμό με τις 3 ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας και θέσεις γεωτρήσεων παρατήρησης Σχήμα 5.1: Χρονοσειρές απορροής και περισσεύματος απορροής του ποταμού Γλαύκου για την επέκταση του μοντέλου έως το Σεπτέμβριο Σχήμα 5.2: Σταθμοί καταγραφής διαθέσιμων βροχομετρικών δεδομένων (από Ζιώγα, 2013) Σχήμα 5.3: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 για την περίοδο Σχήμα 5.4: Αποτελέσματα προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησης G2 και G10 για την περίοδο ρύθμισης , βάσει προσομοιώσεων 1 και Σχήμα 5.5: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 ( ) και των αντίστοιχων σεναρίων προηγούμενης ρύθμισης ( ) για την περίοδο Σχήμα 5.6: Χρονική μεταβολή της κατείσδυσης από τον ποταμό ως ποσοστό της απορροής του σύμφωνα με τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013) και τη νέα ρύθμιση για την περίοδο Σχήμα 5.7: Τιμές των χρονοσειρών της κατείσδυσης από τον ποταμό σύμφωνα με τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013) και τη νέα ρύθμιση για την περίοδο Σχήμα 5.8: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 σύμφωνα με την αρχική και τη νέα ρύθμιση της κατείσδυσης του ποταμού ποταμού για την περίοδο Σχήμα 5.6: Αποτελέσματα προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησης για την περίοδο ρύθμισης , βάσει των βελτιωμένων προσομοιώσεων 1 και Σχήμα 6.1: Μεταβολή της θερμοκρασίας του υπόγειου νερού στις γεωτρήσεις παρατήρησης στον υδροφορέα του Γλαύκου Σχήμα 6.2: Διάταξη κατά την δειγματοληψία στη γεώτρηση G Σχήμα 6.3: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης Σχήμα 6.4: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης x

13 Σχήμα 6.5: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης. 85 Σχήμα 6.6: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης Σχήμα 6.7: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης Σχήμα 6.8: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης. 88 Σχήμα 6.9: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης Σχήμα 6.10: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης Σχήμα 6.11: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης 91 Σχήμα 6.12: Οπή στο σπείρωμα του σωλήνα της αντλίας xi

14 xii

15 1 Εισαγωγή Ο παράκτιος υδροφορέας του Γλαύκου βρίσκεται στα νότια της πόλης των Πατρών και αποτελεί αντικείμενο μελέτης τις τελευταίες δεκαετίες λόγω της συνεισφοράς του στην υδροδότηση της Πάτρας με σημαντικές ποσότητες υπόγειου νερού. Ο Ζιώγας (2013) ανέπτυξε το αριθμητικό μοντέλο για τον παράκτιο υδροφορέα του Γλαύκου και ρύθμισε τις παραμέτρους του μοντέλου βάσει των χαρακτηριστικών του υδροφορέα. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι: - Η αυτόματη ρύθμιση (επαναρρύθμιση) του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου με τον κώδικα PEST (Doherty, 1994) και σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα της ρύθμισης με τη μέθοδο της δοκιμής και σφάλματος (trial and error) που έγινε από τον Ζιώγα (2013). Η ρύθμιση με τον κώδικα PEST έγινε για την ίδια περίοδο, για την οποία έγινε και η ρύθμιση του Ζιώγα (2013), ήτοι από τον Αύγουστο του 2008, κατά τον οποίον άρχισαν οι μετρήσεις της υπόγειας στάθμης, μέχρι τον Απρίλιο του Η επέκταση του μοντέλου για την περίοδο Μάιος 2012 Σεπτέμβριος 2015 καθώς και η βελτίωση του μοντέλου. - Η παρουσίαση πρώτων αποτελεσμάτων προσδιορισμού των ποιοτικών χαρακτηριστικών του υπόγειου νερού στο δίκτυο των γεωτρήσεων παρατήρησης. Επειδή στην παράκτια ζώνη του υδροφορέα του Γλαύκου λαμβάνει χώρα διείσδυση αλμυρού νερού και η ροή επηρεάζεται από τις διαφορές μεταξύ της πυκνότητας του γλυκού και του αλμυρού νερού, στην εργασία του Ζιώγα (2013) χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας SEAWAT-2000 (Langevin et al., 2003). Αυτός αποτελεί επέκταση του κώδικα MODFLOW-2000 (Harbaugh et al., 2000) για την επίλυση, πέραν της εξισώσεως της ροής, και της εξίσωση της μεταφοράς μάζας του άλατος που είναι διαλυμένο στο νερό. Επειδή κατά τον αυτόματο προσδιορισμό των άγνωστων παραμέτρων του μοντέλου με τον κώδικα PEST απαιτείται η εκτέλεση μεγάλου αριθμού προσομοιώσεων, η χρήση του κώδικα SEAWAT-2000 καθιστά τη διερεύνηση εξαιρετικά χρονοβόρα. Για το λόγο αυτό στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας MODFLOW-2000, η εκτέλεση του οποίου απαιτεί σημαντικά λιγότερο χρόνο σε σύγκριση με το SEAWAT Η αλμυρή σφήνα στην παράκτια ζώνη, η οποία επηρεάζει την εκροή του υπόγειου νερού στη θάλασσα και κατά συνέπεια την κατανομή του υδραυλικού φορτίου, ελήφθη υπ όψιν στο MODFLOW με κατάλληλη διαμόρφωση της γεωμετρίας του πεδίου ροής κοντά στην ακτή. Με 1

16 τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η αξιόπιστη σύγκριση των αποτελεσμάτων των διαφορετικών μεθόδων ρύθμισης. Η δομή της παρούσας εργασίας έχει ως εξής: Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται σύντομη παρουσίαση των κωδίκων MODFLOW-2000 και PEST, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στα πλαίσια της παρούσης εργασίας. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το μοντέλο του υδροφορέα του Γλαύκου, ο τρόπος με τον οποίο προσομοιώθηκε η αλμυρή σφήνα στην παράκτια ζώνη, τα δεδομένα εισόδου, όπως αυτά οργανώθηκαν από τον Ζιώγα (2013), τα αποτελέσματα της ρύθμιση που προέκυψαν με τον κώδικα SEAWAT-2000 και τη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος (βλ. Ζιώγας, 2013) και ο έλεγχος/επαλήθευση των αποτελεσμάτων αυτών με τον κώδικα MODFLOW Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της αυτόματης ρύθμισης του μοντέλου του Γλαύκου με χρήση των κωδίκων MODFLOW-2000 και PEST. Αναλύονται επίσης θέματα ερμηνείας των αποτελεσμάτων και διερευνάται η σημασία του αριθμού και της θέσης των σημείων μέτρησης της υπόγειας στάθμης για την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της ρύθμισης. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η οργάνωση των δεδομένων εισόδου για την περίοδο μετά τον Απρίλιο 2012 και η προσομοίωση της χρονικής μεταβολής της υπόγειας στάθμης τόσο με χρήση των παραμέτρων που προέκυψαν από τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013) όσο και με χρήση των παραμέτρων που προέκυψαν από την αυτόματη ρύθμιση. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται η διαδικασία δειγματοληψίας του υπόγειου νερού στις γεωτρήσεις του δικτύου παρατήρησης και τα αποτελέσματα των αναλύσεων. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εργασίας. 2

17 2 Συνοπτική παρουσίαση των κωδίκων MODFLOW-2000 και PEST 2.1 Ο κώδικας MODFLOW-2000 Το MODFLOW (McDonald and Harbaugh, 1988) είναι ένα υπολογιστικό πρόγραμμα το οποίο προσομοιώνει την τρισδιάστατη υπόγεια ροή σε ένα πορώδες μέσο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται μία από τις τελευταίες εκδόσεις του MODFLOW, το MODFLOW-2000 (Harbaugh et al., 2000), το οποίο είναι σχεδιασμένο να επιλύει την εξίσωση ροής του υπόγειου ύδατος στον τρισδιάστατο χώρο: (K h x x ) + (K h x y y ) + (K h h y z z ) + q = S z t (2.1) όπου Kx, Ky, Kz : οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας κατά τους x, y και z άξονες του συστήματος συντεταγμένων αντίστοιχα (L/T) h : η τιμή του υδραυλικού φορτίου (L) q : η παροχή ανά μονάδα όγκου, για q<0.0 περιγράφεται η εκροή από το υπόγειο σύστημα και για q>0.0 περιγράφεται η εισροή (T -1 ) S: ο συντελεστής ειδικής αποθηκευτικότητας του μέσου (L -1 ) t : ο χρόνος (T) Η εξίσωση 2.1, όταν συνδυαστεί με αρχικές και οριακές συνθήκες, περιγράφει τη μη μόνιμη τρισδιάστατη ροή του υπογείου ύδατος σε ένα ετερογενές και ανισότροπο υδροφορέα.υπό την προϋπόθεση ότι οι κύριοι άξονες της υδραυλικής αγωγιμότητας είναι εναρμονισμένοι με τις κατευθύνσεις του συστήματος συντεταγμένων. Η επίλυση της εξίσωσης 2.1 πραγματοποιείται με τη χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών κατά την οποία το υπόγειο σύστημα ροής πρέπει να διακριτοποιηθεί με ένα τρισδιάστατο κάναβο (Σχ. 2.1). Για κάθε κελί του κανάβου, υπάρχει ένα μοναδικό σημείο (το κέντρο του κανάβου) στο οποίο υπολογίζεται το υδραυλικό φορτίο από τη σχέση

18 Σχήμα 2.1: Χωρική Διακριτοποίηση υδροφορέα Χωρική διακριτοποίηση του υδροφορέα Ο κάναβος (Σχ. 2.1) διακριτοποιεί χωρικά τον υδροφορεά σε ένα πλέγμα κελιών. Το μοναδικό σημείο του κελιού στο οποίο υπολογίζεται το υδραυλικό φορτίο ονομάζεται κόμβος και βρίσκεται στο κέντρο του κάθε κελιού. Η θέση του κάθε κόμβου ορίζεται με τη χρήση των δεικτών i, j, k και αντιστοιχούν στη σειρά, στη στήλη και στο επίπεδο που βρίσκεται ο κάθε κόμβος μέσα στον κάναβο. Για κάθε κελί ισχύει η εξίσωση της συνέχειας, δηλαδή το σύνολο της εισερχόμενης και της εξερχόμενης ροής ισούται με την αλλαγή του αποθέματος στο κάθε κελί. Η εξίσωση πεπερασμένων διαφορών για ένα κελί είναι: T 1 i,j 2,k (h m i,j 1,k h m i,j,k ) + T 1 i,j+ 2,k (h m i,j+1,k h m i,j,k ) + T 1 i 2,j,k (h m i 1,j,k h m i,j,k ) + T 1 i+ 2,j,k (h m i+1,j,k h m i,j,k ) + T 1 i,j,k (h m m m i,j,k h i,j,k 1 ) + T 1 i,j,k+ (h i,j,k h m i,j,k ) + P i,j,k h m i,j,k + Q i,j,k = S i,j,k ( r j c i v k ) h i,j,k m hi,j,k m 1 t m t m 1 (2.2) 4

19 όπου T: ο συντελεστής μεταβιβασιμότητας, μεταξύ του κόμβου i,j,k και ενός γειτονικού κόμβου (L 2 /T) h m i,j,k : το υδραυλικό φορτίο στο κελί i,j,k στο χρονικό βήμα m (L) P i,j,k : το άθροισμα συντελεστών υδραυλικού φορτίου από την τροφοδοσία στο κελί i,j,k (L 2 /T) Q i,j,k : το άθροισμα σταθερών από την τροφοδοσία στο κελί i,j,k, για Q<0.0 περιγράφεται η εκροή από το υπόγειο σύστημα και για Q>0.0 περιγράφεται η εισροή (L 3 /T) S i,j,k : η ειδική αποθηκευτικότητα στο κελί i,j,k (L -1 ) c i, r j, v k : οι διαστάσεις του κελιού i,j,k κατά τη διεύθυνση των σειρών, των στηλών και των επιπέδων αντίστοιχα (L) Η εξίσωση 2.2 περιγράφει τη ροή στο κελί i,j,k στο τέλος του χρονικού βήματος m σε συνάρτηση με τα γειτονικά κελιά (Σχ. 2.2). Όλα τα υδραυλικά φορτία (εξ. 2.2) αναφέρονται στο τέλος του κάθε χρονικού βήματος (άρρητη μέθοδος) και όχι σε κάποια άλλη χρονική στιγμή. Σχήμα 2.2: Τρισδιάστατος κάναβος πεπερασμένων διαφορών (από Zheng and Wang, 1999) 5

20 Η εξίσωση 2.2 εφαρμόζεται για όλους τους κόμβους του συστήματος και με τη χρήση των συνοριακών συνθηκών προκύπτει το εξής γραμμικό σύστημα: [A] * {h} = {q} (2.3) όπου [Α]: ο πίνακας των συντελεστών των άγνωστων υδραυλικών φορτίων στους κόμβους {h}: το διάνυσμα των άγνωστων υδραυλικών φορτίων στους κόμβους {q}: ο πίνακας των σταθερών όρων του συστήματος Με την επίλυση του γραμμικού συστήματος υπολογίζονται τα υδραυλικά φορτία σε όλους τους κόμβους σε κάθε χρονικό βήμα Μέθοδος αριθμητικής επίλυσης PCG Το MODFLOW-2000 διαθέτει έξι διαφορετικές μεθόδους επίλυσης του γραμμικού συστήματος 2.3, οι οποίες είναι οι εξής: - PCG (Preconditioned Conjugate Gradient) - SIP (Strongly Implicit Procedure) - SOR (Slice-Successive Overrelaxation) - AMG (Algebraic Multigrid) - GMG (Geometric Multigrid) Για μοντέλα μόνιμης ροής προτείνεται η χρήση των μεθόδων AMG και GMG. Στην παρούσα εργασία, όπως και στα περισσότερα μοντέλα μη μόνιμης ροής, χρησιμοποιείται η μέθοδος επίλυσης PCG. H PCG είναι μία επαναληπτική μέθοδος που δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει ανάμεσα σε δύο διαφορετικές μεθοδολογίες για τη διάσπαση του πίνακα [Α] στο σύστημα 2.3, οι οποίες είναι οι εξής: - MICCG (Modified Incomplete Cholesky) - POLCG (Neuman Series Polynomial) Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος MICCG. Για την εφαρμογή της απαιτείται ο πίνακας [Α] να είναι συμμετρικός και θετικά ορισμένος. Λόγω της χωρικής διακριτοποίησης στα μοντέλα υπόγειων υδάτων ο πίνακας [Α] είναι πάντα συμμετρικός και θετικά ορισμένος. Ο αριθμός των επαναλήψεων που θα απαιτηθούν καθώς επίσης και τα κριτήρια σύγκλισης της μεθόδου ορίζονται από το χρήστη. 6

21 2.1.3 Εισαγωγή δεδομένων Τα δεδομένα που απαιτούνται για τη μοντελοποίηση ενός υδροφορέα διακρίνονται στα δεδομένα εισόδου και στα δεδομένα ελέγχου. Τα δεδομένα εισόδου αφορούν (α) τις αντλήσεις, (β) τον εμπλουτισμό του υδροφορέα από επιφανειακές πηγές (ποτάμια, λίμνες, βροχόπτωση) και (γ) τον εμπλουτισμό του υδροφορέα από πλευρικές εισροές στα όρια του. Για τα (α), (β) και (γ) απαιτούνται οι θέσεις απολήψεων/εμπλουτισμού, οι αντίστοιχες ποσότητες και η χρονική τους μεταβολή. Τα δεδομένα ελέγχου αναφέρονται στις μετρήσεις τις υπόγειας στάθμης στις γεωτρήσεις παρατήρησης. Το MODFLOW-2000 διαθέτει τα κατάλληλα πακέτα εισαγωγής δεδομένων για καθεμία από τις παραπάνω περιπτώσεις και είναι τα εξής: - Για τις γεωτρήσεις άντλησης (Well package) εισάγονται αρχικά τα χαρακτηριστικά τους, δηλ. συντεταγμένες και μήκη φίλτρων. Για κάθε παροχή άντλησης εισάγεται η αριθμητική τιμή της (L 3 /T) με αρνητικό πρόσημο καθώς και το χρονικό διάστημα στο οποίο λαμβάνει χώρα. Η εισαγωγή της χρονοσειράς γίνεται είτε χειροκίνητα από το χρήστη είτε μέσω αρχείου ASCII ή Excel. - Για τον εμπλουτισμό του υδροφορέα από επιφανειακές πηγές (ποτάμια, λίμνες, κλπ) και τη βροχόπτωση (recharge package) χρησιμοποιείται η οριακή συνθήκη επιφανειακού εμπλουτισμού (Recharge boundary condition) εισάγοντας νερό σε κελιά του ανώτατου στρώματος του μοντέλου. Για κάθε εμπλουτισμό τέτοιου τύπου απαιτείται η χρονοσειρά με τις αριθμητικές τιμές εμπλουτισμού (L/T) καθώς και το χρονικό διάστημα που διαρκεί ο εμπλουτισμός για κάθε τιμή. Η εισαγωγή της χρονοσειράς γίνεται είτε χειροκίνητα από το χρήστη είτε μέσω αρχείου ASCII ή Excel. - Για τον εμπλουτισμό του υδροφορέα από πλευρικές εισροές υπάρχουν δύο μέθοδοι εισαγωγής δεδομένων: (α) με τη χρήση πηγαδιών εισροής σε συγκεκριμένο βάθος (κελί) ή σε όλο το βάθος του υδροφορέα και (β) με τη χρήση της οριακής συνθήκης επιφανειακού εμπλουτισμού (Recharge boundary condition) στα υπολογιστικά κελιά που βρίσκονται στο όριο που υπάρχει πλευρική εισροή στην επιφανειακή στρώση του μοντέλου. Συνηθέστερη μέθοδος είναι η μέθοδος (α) με τη χρήση γεωτρήσεων εισροής. Η μέθοδος (β) με την οριακή συνθήκη επιφανειακού εμπλουτισμού χρησιμοποιείται λόγω της ευκολίας που προσφέρει για τη χωρική και χρονική μεταβολή των οριακών εισροών με την προϋπόθεση ότι τα αποτελέσματα της δε διαφέρουν από τη μέθοδο (α). 7

22 - Για τις γεωτρήσεις παρατήρησης (Head Observation Well package) εισάγονται αρχικά τα χαρακτηριστικά τους. Εν συνεχεία ο χρήστης έχει τη δυνατότητα εισαγωγής δεδομένων υπόγειας στάθμης (τιμή (L), χρονική στιγμή καταγραφής (Τ)) είτε χειροκίνητα είτε μέσω αρχείου ASCII ή Excel Αποτελέσματα που παρέχονται από τον κώδικα Με το πέρας της προσομοίωσης ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να αξιοποιήσει μία σειρά αποτελεσμάτων που παράγονται από το MODFLOW Τα αποτελέσματα αυτά αναφέρονται παρακάτω και είναι τα εξής: - Τα προσομοιωμένα υδραυλικά φορτία στις θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης. Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης ο κώδικας υπολογίζει τα υδραυλικά φορτία στα κέντρα των κελιών (κόμβοι) σε κάθε χρονοβήμα (timestep). Για τον προσδιορισμό των υδραυλικών φορτίων σε μία τυχαία θέση του μοντέλου (θέση γεώτρησης παρατήρησης) ο κώδικας χρησιμοποιεί παρεμβολή. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να εξάγει τις χρονοσειρές των υδραυλικών φορτίων (προσομοιωμένων και μετρημέμων) στις θέσεις παρατήρησης σε αρχείο ASCII. Επίσης στο MODFLOW-2000 υπάρχει η επιλογή δημιουργίας διαγραμμάτων υδραυλικού φορτίου - χρόνου για τις προσομοιωμένες και μετρημένες τιμές της υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησεις. - Δημιουργία ενός αρχείου (.LST) στο οποίο καταγράφονται οι παροχές (εισροές & εκροές) στο όριο σταθερού υδραυλικού φορτίου για κάθε χρονοβήμα. - Εξαγωγή αποτελεσμάτων σε αρχεία ASCII τα οποία περιέχουν πληροφορίες όπως την ταχύτητα, τη ροή μεταξύ στρωμάτων, το υδραυλικό φορτίο για όλα κελιά κάθε στρώματος σε κάθε χρονοβήμα. Επίσης το MODFLOW-2000 δίνει την ικανότητα οπτικοποίησης αυτων των αποτελεσμάτων μέσω χαρτών (maps) και την εξαγωγή τους ως εικόνες. 2.2 Ο κώδικας βελτιστοποίησης PEST Ο Doherty (1994) ανέπτυξε το μαθηματικό αλγόριθμο PEST (Parameter ESTimation), για την εκτίμηση παραμέτρων σε φυσικά ή τεχνητά συστήματα. Κατά τη δημιουργία ενός μοντέλου, σε πολλές περιπτώσεις, ο χρήστης δεν έχει τη δυνατότητα να προσδιορίσει άμεσα τις τιμές διαφόρων χαρακτηριστικών ώστε να ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Στην παρούσα εργασία ο αλγόριθμος PEST χρησιμοποιείται για το βέλτιστο προσδιορισμό παραμέτρων του μοντέλου υπογείων 8

23 υδάτων του Γλαύκου που δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστούν με αποδεκτό κόστος από μετρήσεις σε όλη την έκταση του υδροφορέα. Τέτοιες παράμετροι είναι α) η υδραυλική αγωγιμότητα και β) οι εισροές στον υδροφορέα του Γλαύκου. Στο συγκεκριμένο μοντέλο οι σταθερές στις οποίες θα βασιστεί το PEST για τον προσδιορισμό των παραμέτρων είναι τα υδραυλικά φορτία που έχουν μετρηθεί στις θέσεις των 7 γεωτρήσεων παρατήρησης καθ όλη την περίοδο, για την οποία γίνεται η ρύθμιση του μοντέλου Εκτίμηση παραμέτρων σε γραμμικά μοντέλα Ας υποθέσουμε ότι ένα φυσικό ή τεχνητό σύστημα μπορεί να περιγραφεί από τη γραμμική εξίσωση: X*b=c (2.4) Στην εξίσωση (2.4) το X είναι μητρώο με m σειρές και n στήλες. Τα στοιχεία του X είναι σταθερά και ανεξάρτητα από τα στοιχεία του b, το οποίο είναι το διάνυσμα των n παραμέτρων του συστήματος. Το διάνυσμα c περιέχει τις παρατηρήσεις, των οποίων το πλήθος είναι m. Τα στοιχεία του μητρώου X λόγω του ότι είναι σταθερά υποθέτουμε ότι είναι γνωστά. Η εξίσωση (2.4) συνδέει γραμμικά τις παραμέτρους με τις παρατηρήσεις. Αν το πλήθος των παραμέτρων είναι ίδιο με το πλήθος των παρατηρήσεων (m=n), ο πίνακας X αντιστρέφεται και η λύση του συστήματος (2.4) είναι: b=x -1 *c (2.5) Αν το πλήθος των παρατηρήσεων είναι μεγαλύτερο από το πλήθος των παραμέτρων (m>n), ο πίνακας X δεν είναι τετραγωνικός και δεν αντιστρέφεται. Για να γίνει τετραγωνικός ο πίνακας X θα πρέπει να αφαιρεθεί ένα πλήθος παρατηρήσεων όμως δεν υπάρχει κάποιο κριτήριο που να υποδεικνύει ποιες παρατηρήσεις θα πρέπει να αφαιρεθούν. Για τον προσδιορισμό των παραμέτρων του διανύσματος b, θα πρέπει να γινόμενο X*b να δίνει τιμές κατά το δυνατόν κοντά στις μετρημένες παρατηρήσεις του διανύσματος c. Για ένα τυχαίο διάνυσμα b, το άθροισμα των τετραγώνων των αποκλίσεων του διανύσματος c (δηλ των πραγματικών παρατηρήσεων) από τις τιμές που αντιστοιχούν στο γινόμενο X*b δίνεται από τη σχέση: Φ=(c-X b) T (c-x b) (2.6) Η συνάρτηση Φ ονομάζεται αντικειμενική συνάρτηση και εξαρτάται από το διάνυσμα b. Η βέλτιστη λύση του γραμμικού συστήματος είναι το διάνυσμα των παραμέτρων b, το οποίο ελαχιστοποιεί τη συνάρτηση Φ και δίνεται από τη σχέση: 9

24 b= (X T X) -1 X T c (2.7) Αν το πλήθος των παρατηρήσεων είναι μικρότερο από αυτό των παραμέτρων (m<n), τότε δημιουργείται αοριστία στο σύστημα και δεν υπάρχει μοναδική λύση για το διάνυσμα b. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να εισάγει ένα διάστημα εμπιστοσύνης για κάθε μέτρηση/παρατήρηση, με αποτέλεσμα η 2.6 να μετασχηματίζεται σε: Φ= (c-x b) T Q (c-x b) (2.8) Ο πίνακας Q είναι διαγώνιος με διάσταση m και κάθε στοιχείο της διαγωνίου του ισούται με το τετράγωνο του βάρους της αντίστοιχης παρατήρησης. Φ= m i=1 (wi ri) 2 (2.9) Όπου ri είναι η διαφορά της i-πραγματικής μέτρησης και της αντίστοιχης υπολογισμένης τιμής. Στη σχέση (2.7) εισάγεται ο παράγοντας των βαρών Q, οπότε τροποποιείται σε: b= (X T Q X) -1 X T Q c (2.10) Εκτίμηση παραμέτρων σε μη γραμμικά συστήματα Η εξίσωση (2.4) περιγράφει τη γραμμική σχέση των παραμέτρων και των παρατηρήσεων σε ένα σύστημα. Τα περισσότερα φυσικά συστήματα είναι μη γραμμικά. Στα συστήματα αυτά, υπάρχει η δυνατότητα γραμμικοποίησης τους ούτως ώστε να εφαρμοσθεί η θεωρία των γραμμικών συστημάτων. Έστω ότι η σχέση μεταξύ των παραμέτρων του συστήματος και των αντίστοιχων μετρήσεων καθορίζεται από μία συνάρτηση Μ. Ένα τυχαίο διάνυσμα παραμέτρων b0 συνδέεται με το αντίστοιχο διάνυσμα παρατηρήσεων με τη σχέση: c0=m (b0) (2.11) Ένα διάνυσμα παρατηρήσεων c το οποίο αντιστοιχεί σε ένα διάνυσμα παραμέτρων b, το οποίο απέχει ελάχιστα από το b0, με τη χρήση του θεωρήματος Taylor προκύπτει η σχέση: c=c0 + J (b-b0) (2.12) Το μητρώο J είναι ο ιακωβιανός πίνακας του μητρώου Μ και έχει m σειρές και n στήλες. Το στοιχείο Jij είναι η παράγωγος της i-παρατήρησης ως προς την j-παράμετρο. Η 10

25 εξίσωση (2.12) είναι η γραμμικοποίηση της εξίσωσης (2.11). Έτσι η αντικειμενική συνάρτηση για μη γραμμικά συστήματα μετασχηματίζεται στην εξής: Φ= (c-c0-j (b-b0)) T Q (c-c0-j (b-b0)) (2.13) Οι αντιστοιχίες που εμφανίζονται σε σχέση με την εξίσωση των γραμμικών συστημάτων είναι: c (c-c0) b (b-b0) X J Η ελαχιστοποίηση του αριθμού Φ οδηγεί στη βέλτιστη εκτίμηση για το διάνυσμα (b-b0) και είναι: u=b-b0= (J T Q J) -1 J T Q (c-c0) (2.14) Η οπτικοποίηση ενός συστήματος δύο παραμέτρων φαίνεται στο Σχήμα 2.3. Κάθε σημείο της διακεκομμένης γραμμής αντιστοιχεί σε ένα ζεύγος τιμών των παραμέτρων. Οι κλειστές καμπύλες του σχήματος είναι καμπύλες στις οποίες η τιμή της αντικειμενικής συνάρτησης Φ είναι ίδια. Σε κάθε επανάληψη οι παράμετροι βελτιώνονται γραμμικά μέχρι να συγκλίνουν στην καλύτερη εκτίμηση (ελαχιστοποίηση του Φ). Σχήμα 2.3: Σύγκλιση παραμέτρων στη βέλτιστη εκτίμηση (ελάχιστο Φ) 11

26 2.2.3 Χρήση των εκ των προτέρων πληροφοριών (Prior Information) στη διαδικασία εκτίμησης των παραμέτρων Σε πολλές περιπτώσεις ο χρήστης διαθέτει κάποιες πληροφορίες για το σύστημα οι οποίες δεν αποτελούν μέρος των παρατηρήσεων με αποτέλεσμα να χρειάζεται διαφορετικός τρόπος για την εισαγωγή τους. Το PEST παρέχει τη δυνατότητα στο χρήστη να εισάγει τις πληροφορίες αυτές, αναφέρονται ως πριν πληροφορίες, ως έξτρα εξισώσεις σε ένα γραμμικό ή μη γραμμικό σύστημα. Οι εκ των προτέρων πληροφορίες μπορούν να βοηθήσουν τη διαδικασία της βελτιστοποίησης σε ένα σημαντικό βαθμό. Σε πολλές περιπτώσεις οι παρατηρήσεις δεν είναι αρκετές ώστε το σύστημα να φθάσει στη βέλτιστη λύση. Οι εκ των προτέρων πληροφορίες μπορούν να ορίζουν σχέσεις μεταξύ των παραμέτρων και των τιμών των παραμέτρων να προκύπτει πρωτίστως από τη χρήση αυτών των πληροφοριών Παράμετρος Marquardt Η εξίσωση (2.14) μπορεί να γραφτεί και ως εξής: u=(j T Q J) -1 J T Q r (2.15) όπου r=c-c0 Ορίζεται το διάνυσμα gi του οποίου το i-στοιχείο είναι η παράγωγος της συνάρτησης Φ ως προς την i-παράμετρο: gi= Φ bi (2.16) Επίσης ισχύει ότι g= -2J T Qr άρα: u=(j T Q J) -1 (- g ) (2.17) 2 Το διάνυσμα g εκφράζει τη μεταβολή της συνάρτησης Φ σε σχέση με την αλλαγή των παραμέτρων. Αν τα στοιχεία του διανύσματος g είναι θετικά τότε η συνάρτηση Φ αυξάνεται. Το διάνυσμα u θα πρέπει να προσεγγίζει το g για να υπάρχει η επιθυμητή ελαχιστοποίηση της συνάρτησης Φ. Στην εξίσωση 2.17 εισάγεται η παράμετρος Marquardt α: u=(j T Q J+ α I) -1 (- g ) (2.18) 2 όπου I είναι μοναδιαίος πίνακας n στοιχείων. 12

27 Σε κάθε επανάληψη το PEST υπολογίζει το α. Το διάνυσμα u προσεγγίζει το g η παράμετρος Marquardt (α) λαμβάνει μεγάλες τιμές Πίνακας S και αριθμός Marquardt Lambda Σε πολλά προβλήματα, ειδικά σε αυτά που περιλαμβάνουν διαφορετικά είδη παραμέτρων και παρατηρήσεων των οποίων τα μεγέθη διαφέρουν σημαντικά, τα στοιχεία του μητρώου J μπορεί να διαφέρουν ως προς την τάξη μεγέθους, δημιουργώντας σημαντικά λάθη στον υπολογισμό του u από τη σχέση Το πρόβλημα αυτό μπορεί να επιλυθεί με την εισαγωγή στην εξίσωση 2.18 ενός πίνακα S. Ο πίνακας S είναι τετραγωνικός με διαστάσεις nxn και κάθε στοιχείο του δίνεται από τη σχέση: Sii=(J T 1 2 Q J) ii (2.19) Εισάγοντας τον πίνακα S στην εξίσωση 2.18, αυτή αποκτά τη μορφή: S -1 u=((j S) T QJS+α S T S) -1 (J S) T Qr (2.20) Μπορεί να δειχθεί ότι παρόλο η εξίσωση 2.20 είναι μαθηματικά ταυτόσημη με την εξίσωση 2.18 υπερέχει αριθμητικά. Αν το α είναι μηδέν, ο πίνακας (J S) T QJS+α S T S έχει όλα τα διαγώνια στοιχεία ίσα με τη μονάδα, παρόλο που στη γενική περίπτωση το α δεν είναι μηδέν. Στην περίπτωση που το α είναι διάφορο του μηδενός τα διαγώνια στοιχεία του πίνακα (J S) T QJS+α S T S είναι μεγαλύτερα της μονάδας και το PEST θέτει τη μεγαλύτερη τιμή του πίνακα α S T S ως λ και καλείται Marquardt Lambda. Το μεγαλύτερο διαγώνιο στοιχείο του πίνακα (J S) T QJS+α S T S έχει τιμή λ Κριτήριο τερματισμού PEST Στόχος του PEST είναι η ελαχιστοποίηση του αριθμού Φ διότι στις περισσότερες περιπτώσεις δεν επιτυγχάνεται ο μηδενισμός του που είναι και το ιδανικό σενάριο. Το PEST σταματάει τις επαναλήψεις όταν μετά από ένα αριθμό επαναλήψεων, ο αριθμός φ δεν μειώνεται περαιτέρω σημαντικά. Για το λόγο αυτό, δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να ορίσει τον τερματισμό του PEST κρίνοντας ποια μείωση του Φ είναι ικανοποιητική, εξοικονομώντας παράλληλα και υπολογιστικό κόστος. 13

28 2.2.7 Ο αλγόριθμος PEST στο MODFLOW-2000 Το μοντέλο MODFLOW-2000, δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει τις προς βελτιστοποίηση παραμέτρους, τις παρατηρήσεις που θεωρεί απαραίτητες, να εισάγει τις εκ των προτέρων πληροφορίες καθώς επίσης και τα κριτήρια με τα οποία θα λειτουργήσει ο αλγόριθμος PEST. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να βελτιστοποιήσει 3 διαφορετικές κατηγορίες παραμέτρων: α) την υδραυλική αγωγιμότητα (hydraulic conductivity), β) την αποθηκευτικότητα (storage) και γ) τις εισροές που λαμβάνουν χώρα στον υδροφορέα. Η επιλογή των παραμέτρων που θα βελτιστοποιηθούν μπορεί να φορά μια κατηγορία ή συνδυασμό των τριών κατηγοριών. Μετά την επιλογή των παραμέτρων σημαντικό βήμα είναι ο ορισμός των αρχικών τιμών από τις οποίες θα αρχίσει ο κύκλος των διαδοχικών προσεγγίσεων προς τη βέλτιστη λύση καθώς και τα όρια στα οποία θα κινηθούν οι τιμές των παραμέτρων. Η διαδικασία της αναζήτησης με τον αλγόριθμο PEST ρυθμίζεται με βάση τις εξής παραμέτρους: α) επιλογή των εκ των προτέρων πληροφοριών β) επιλογή των παρατηρήσεων που θα χρησιμοποιηθούν στη διαδικασία βελτιστοποίησης γ) Κριτήρια εκτέλεσης του αλγορίθμου PEST Οι εκ των προτέρων πληροφορίες αποτελούν σημαντικό παράγοντα του αλγορίθμου καθώς διατυπώνουν επιπλέον εξισώσεις μεταξύ των παραμέτρων. Ειδικότερα για την υδραυλική αγωγιμότητα οι εκ των προτέρων πληροφορίες αφορούν την ισοτροπία της υδραυλικής αγωγιμότητας σε κάθε ζώνη διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας. Επίσης ο χρήστης έχει τη δυνατότητα μεταβολής της σημαντικότητας κάθε μιας από τις εκ των προτέρων πληροφορίες τροποποιώντας το βάρος της πληροφορίας που εισάγεται σε κάθε εξίσωσης. Ο βέλτιστος προσδιορισμός των παραμέτρων προκύπτει από τις μετρημένες παρατηρήσεις. Το MODFLOW ορίζει ως παρατηρήσεις τα υδραυλικά φορτία που έχουν μετρηθεί μέσα στον υδροφορέα. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει με ποιες από αυτές τις παρατηρήσεις επιθυμεί να γίνει η βελτιστοποίηση με το PEST. Στο παράθυρο ελέγχου του PEST που χρησιμοποιείται στο MODFLOW ορίζονται τα κριτήρια εκτέλεσης του PEST. Ο χρήστης εισάγει την αρχική τιμή για τον αριθμό Marquardt Lambda με τον οποίο θα πραγματοποιηθεί η πρώτη επανάληψη. Αν ο αριθμός Φ μειωθεί τότε το PEST προχωράει στις επόμενες επαναλήψεις με τιμή μικρότερη του αρχικού λ η οποία προκύπτει όταν το αρχικό λ διαιρεθεί με κάποιον συντελεστή. Ο 14

29 συντελεστής αυτός έχει ορισθεί από το χρήστη. Αν ο αριθμός Φ δεν μειωθεί τότε το PEST αυξάνει τον αριθμό λ πολλαπλασιάζοντας την αρχική τιμή με τον συντελεστή που έχει ορισθεί. Το PEST καταλήγει σε έναν αριθμό λ όταν ο αριθμός Φ σταματάει να μειώνεται η μειώνεται ελάχιστα χωρίς κάποια αλλαγή των αποτελεσμάτων. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να ορίσει τα κριτήρια τερματισμού μέσω του μέγιστου αριθμού των επαναλήψεων που ο αλγόριθμος PEST καθίσταται αναποτελεσματικός. Στο κώδικα έχουν εισαχθεί κάποια αντικειμενικά κριτήρια τα οποία στις περισσότερες περιπτώσεις ικανοποιούν τις απαιτήσεις του χρήστη, χωρίς να του αφαιρεί τη δυνατότητα παρέμβασης. Ο κώδικας PEST χρησιμοποιεί τις αρχικές τιμές των παραμέτρων ως αρχικό διάνυσμα. Με τις τιμές αυτές, μέσω τις εξίσωσης (2.2) του MODFLOW-2000, υπολογίζονται τα υδρυαλικά φορτία σε όλα τα κελιά του κανάβου. Γίνεται παρεμβολή και υπολογίζονται τα υδραυλικά φορτία στις θέσεις παρατήρησης που εν συνεχεία συγκρίνονται με τις μετρημένες στάθμες και προκύπτει το σφάλμα μεταξύ μετρημένων και προσομοιωμένων τιμών. Βάσει των αποτελεσμάτων πραγματοποιείται αλλαγή στις τιμές του διανύσματος των παραμέτρων με τη χρήση της εξίσωσης (2.2) και μέσω τις ίδιας διαδικασίας καθορίζεται η νέα τιμή του σφάλματος. Οι επαναλήψεις σταματούν ανάλογα τα κριτήρια τερματισμού που έχει ορίσει ο χρήστης Αρχείο του κώδικα PEST Μετά το τέλος της χρήσης του κώδικα PEST δημιουργείται ένα ξεχωριστό αρχείο, με κατάληξη (.REC), στο οποίο περιγράφεται η διαδικασία που ακολούθησε το PEST καθώς και τα τελικά αποτελέσματα για την βελτιστοποίηση των παραμέτρων που το είχαν ανατεθεί. Στο Παράρτημα Α παρουσιάζεται αποσπασματικά ένα αρχείο (.REC) για τη βελτιστοποίηση των υδραυλικών αγωγιμοτήτων στον υδροφορέα του Γλαύκου. Όπως φαίνεται στη σελίδα Α1 του Παραρτήματος η ρύθμιση των χαρακτηριστικών του PEST όπως παρουσιάστηκε στο Κεφάλαιο Πιο συγκεκριμένα ορίζονται οι 9 τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που θα διερευνηθούν, οι 6 εκ των προτέρων πληροφορίες που περιλαμβάνουν τις ισοτροπίες ανάμεσα στις υδραυλικές αγωγιμότητες και οι 605 τιμές του υδραυλικού φορτίου οι οποίες είναι οι παρατηρήσεις του μοντέλου (σελ. Α2). Οι ρυθμίσεις του PEST εμφανίζονται στο σελίδα Α3. Βάσει των αρχικών τιμών που έχουν ορισθεί για τις υδραυλικές αγωγιμότητες το PEST υπολογίζει το αρχικό σφάλμα Φ (phi), που είναι το άθροισμα των τετραγώνων των διαφορών των προσομοιώσεων από τις παρατηρήσεις του υδραυλικού φορτίου και των αποκλίσεων των εκ των προτέρων πληροφοριών, που έχει (σελ. Α3). Το PEST εκτελεί συνολικά 116 επαναλήψεις 15

30 μειώνοντας σταδιακά τον αριθμό Lambda (λ) έως ότου καταλήξει στον ελάχιστο αριθμό Φ που ισούται με τιμή (σελ. Α3 σελ. Α6). Οι βέλτιστες τιμές για των υδραυλικών αγωγιμοτήτων καθώς επίσης και τα προσομοιωμένα υδραυλικά φορτία για τις βέλτιστες τιμές των παραμέτρων παρουσιάζονται στη σελίδα Α7. 3 Ο υδροφορέας του Γλαύκου και η μοντελοποίηση του Ο παράκτιος υδροφορέας του ποταμού Γλαύκου βρίσκεται νοτιοδυτικά της πόλης των Πατρών (Σχ. 3.1) και αποτελεί σημαντική πηγή τροφοδοσίας νερού τόσο για την ύδρευση 16

31 της πόλη των Πατρών όσο και για την άρδευση των παραπλήσιων εκτάσεων. Το νερό που αντλείται κατά τη θερινή περίοδο για τις ανάγκες ύδρευσης από τον υδροφορέα του Γλαύκου ανέρχεται στο 40% της συνολικής κατανάλωσης για το διάστημα αυτό. Η μοντελοποίηση του υδροφορέα του Γλαύκου είναι αντικείμενο μελέτης από τις αρχές της δεκαετίας του 90 μέχρι και σήμερα λόγω της σπουδαιότητάς του για την ευρύτερη περιοχή της Πάτρας. Σχήμα 3.1: Θέση παράκτιου υδροφορέα του ποταμού Γλαύκου (από Ζιώγα, 2013) 3.1 Η γεωμετρία του υδροφορέα Η έκταση του υδροφορέα του Γλαύκου, σύμφωνα με εκτιμήσεις, κυμαίνεται από 15 km 2 έως 25 km 2 καθώς δεν υπάρχουν ακριβή στοιχεία για τη γεωμετρία του υδροφορέα. Ο Ζιώγας (2013) εκτίμησε τη θέση των πλευρικών ορίων όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.2 (μαύρη γραμμή), βασισμένος στη γεωλογία της πεδινής λεκάνης του Γλαύκου, στη γεωλογία των γειτονικών λεκανών και στην υδρολογική λεκάνη για το Γλαύκο που παρουσιάζεται από τους Lambrakis et al. (1997). 17

32 Σχήμα 3.2: Γεωμετρία πλευρικών ορίων του παράκτιου υδροφορέα του Γλαύκου: (α) σε συνδυασμό με τη γεωλογία, (β) σε συνδυασμό με την επιφανειακή μορφολογία της περιοχής και (γ) περιγραφική αναπαράσταση προέκτασης του θαλασσινού ορίου του υδροφορέα, κατάντη της ακτογραμμής (από Ζιώγα, 2013) Το όριο στο βόρειο τμήμα (Σχ. 3.2) τέμνει κάθετα την ακτογραμμή και είναι περίπου παράλληλο με τις γραμμές ροής κατά την περίοδο εμπλουτισμού του υδροφορέα. Το νότιο όριο τέμνει και αυτό κάθετα την ακτογραμμή και εκτείνεται μέχρι τον ποταμό Μανωλιά χωρίς να περιλαμβάνει την ευρύτερη περιοχή του ποταμού λόγω έλλειψης δεδομένων. Το ανάντη όριο στο δυτικό-νοτιοδυτικό τμήμα του υδροφορέα τοποθετείται μεταξύ της προσχωσιγενούς πεδιάδας και των συμπαγών σχηματισμών (Σχ. 3.2α). Το κατάντη όριο στο βορειοανατολικό τμήμα τοποθετείται σε απόσταση ίση με 4 φορές το βάθος του υδροφορέα, όπως προτείνεται από το Smith (2004) και όπως δείχνουν να απαιτείται προκαταρκτικές προσομοιώσεις, ώστε να μην επηρεάζεται η διείσδυση αλμυρού νερού στον υδροφορέα και η εκροή του υπόγειου γλυκού νερού στη θάλασσα (Σχ. 3.2γ). Στο σχήμα 3.2 (β) απεικονίζεται ψηφιακά το ανάγλυφο της περιοχής που χρησιμοποιήθηκε για τον καθορισμό της γεωμετρίας του δυτικού νοτιοδυτικού ορίου. Η συνολική έκταση του υδροφορέα, βάσει των παραπάνω πλευρικών ορίων, υπολογίστηκε στα km 2. Το βάθος του υδροφορέα του Γλαύκου δεν είναι σταθερό. Κοντά στον ποταμό φτάνει περίπου τα 200 m κάτω από το επίπεδο της θάλασσας και μειώνεται προς την πλευρά του βορείου, του νοτίου και του ανατολικού ορίου του υδροφορέα 18

33 3.2 Η γεωλογία του υδροφορέα Η γεωλογική δομή του υδροφορέα του ποταμού Γλαύκου παρουσιάζει σημαντική ετερογένεια. Ο υδροφορέας είναι προσχωσιγενής και δημιουργήθηκε από τις ποταμοχειμαρώδεις αποθέσεις του ποταμού. Στην παράκτια ζώνη παρατηρείται εναλλαγή των αργιλικών προσχώσεων με ενστρώσεις αδρομερών υλικών. Στο ενδότερο τμήμα της κοιλάδας υπάρχουν αδρομερείς αλουβιακές αποθέσεις που αποτελούνται κατά κύριο λόγο από κροκάλες, χάλικες και άμμους. Στις εργασίες των Βουδούρη (1995) και Μανδηλαρά (2005) πραγματοποιείται λεπτομερής ανάλυση της γεωλογικής δομής του υδροφορέα του ποταμού Γλαύκου. Η υπόθεση των εναλλασσόμενων στρωμάτων αργιλικού και μαργαϊκού υλικού στην παράκτια ζώνη επιβεβαιώνεται από τις γεωηλεκτρικές τομογραφίες στις θέσεις 1 και 2 του Σχήματος 3.3 α, και τα προφίλ 6 γεωτρήσεων ( Σχ. 3.4) στην παράκτια περιοχή, οι θέσεις των οποίων παρουσιάζονται στο Σχήμα 3.3 β. Σχήμα 3.3: (α) Σχηματοποιημένα αποτελέσματα γεωηλετρικών τομογραφιών στην παράκτια ζώνη και (β) θέσεις γεωηλεκτρικών τομογραφιών και γεωτρήσεων του Σχ. 2.3 (α) (από Ζιώγα, 2013) 19

34 Ένωση Πατρών 2 (78) Σφαγεία Γ33 Πειραική 5 (7) Κ1 (1) Α.Σ.Ο. (24) Pirelli 6 (121) 0.0 m Άργιλος Αργιλικό υλικό με άμμο και χάλικες -50 m Άμμος, χάλικες κροκάλες Μαργαικό υλικό με άμμο (ή ελάχιστη άμμο) -100 m κροκάλες, χάλικες -150 m Σχήμα 3.4: Προφίλ γεωτρήσεων παράκτιας ζώνης (από Ζιώγα, 2013) 3.3 Τροφοδοσία και απολήψεις Ο υδροφορέας τροφοδοτείται από: α) την κατείσδυση μέρους της απορροής του ποταμού Γλαύκου, β) την κατείσδυση μέρους της ποσότητας νερού από τις βροχοπτώσεις και γ) τις πλευρικές εισροές στην περιοχή του Σαραβαλίου Κρήνης και στην περιοχή των χειμάρρων Διακονιάρη-Ελεκίστρα. Απολήψεις από τον υδροφορέα γίνονται από δίκτυο υδρευτικών και αρδευτικών γεωτρήσεων. Σχήμα 3.4: Οριακές συνθήκες και αντλητικές γεωτρήσεις του μοντέλου υπόγειας ροής του παράκτιου υδροφορέα του Γλαύκου (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) 20

35 Τα βόρεια και νότια όρια του υδροφορέα, στο μεγαλύτερο μήκος τους, θεωρούνται ως αδιαπέρατα (όρια μηδενικής ροής, βλ. Σχ. 3.4), λόγω του γεγονότος ότι η ροή είναι περίπου παράλληλη προς τα όρια αυτά (Ζιώγας, 2013). Περιοχές του νότιου-νοτιοανατολικού ορίου (Σχ. 3.4) ορίστηκαν ως εισροές γλυκού νερού από τις γειτνιάζουσες καρστικές περιοχές. Ως πλευρική εισροή θεωρήθηκε επίσης στο ανατολικό όριο η κατείσδυση στο όριο αυτό από τις κοίτες των χειμάρρων Διακονιάρη και Ελεκίστρα, οι οποίες κοντά στο όριο του μοντέλου του υδροφορέα δεν είναι εγκιβωτισμένες. Το όριο του υδροφορέα στο παράκτιο τμήμα αποτελείται από τον πυθμένα της θάλασσας και εκτείνεται 600 m από την ακτογραμμή προς τη θάλασσα (Σχ. 3.4). Ως οριακή συνθήκη για τη ροή στο όριο αυτό θεωρείται σταθερό υδραυλικό φορτίο ίσο με μηδέν δεδομένου ότι ως επίπεδο αναφοράς λαμβάνεται το επίπεδο της θάλασσας. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.4, κατείσδυση βροχοπτώσεων θεωρείται ότι λαμβάνει χώρα στη λιγότερο αστικοποιημένη περιοχή (περίπου ανάντη της οδού Ακρωτηρίου). Κατείσδυση από τον ποταμό Γλαύκο λαμβάνει μόνο στο τμήμα της κοίτης από το ανάντη όριο του υδροφορέα μέχρι το ύψος της οδού Ακρωτηρίου, δεδομένου ότι στο κατάντη τμήμα η κοίτη και οι όχθες του ποταμού είναι στεγανοποιημένες (επένδυση με σκυρόδεμα). Επίσης δεν ελήφθη υπ όψιν κατείσδυση από την κοίτη του διακονιάρη, δεδομένου ότι αυτή στο μεγαλύτερο τμήμα της είναι εγκιβωτισμένη. Οι δημοτικές αντλητικές γεωτρήσεις φαίνονται στο Σχήμα 3.4. Για τις αρδευτικές γεωτρήσεις, οι πληροφορίες που υπάρχουν είναι ελάχιστες. Το σενάριο που υιοθετήθηκε αφόρα στη δημιουργία δέκα αρδευτικών γεωτρήσεων από τις οποίες αντλείται ο συνολικός όγκος του αρδευτικού νερού. Οι θέσεις αυτών των γεωτρήσεων καθορίστηκαν βάσει των στοιχείων του Ευρωπαϊκού προγράμματος CORINE landcover 2000 για τις καλλιεργούμενες εκτάσεις της περιοχής και σε περιοχές που είναι γνωστή η ύπαρξη ιδιωτικών γεωτρήσεων. 3.4 Δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης Το δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης βρίσκεται σε λειτουργία από τον Ιούλιο του 2008 στον υδροφορέα του Γλαύκου. Το δίκτυο αποτελείται από 7 γεωτρήσεις, η κατασκευή των οποίων πραγματοποιήθηκε την περίοδο στα πλαίσια του Προγράμματος INTRREG IIIA ΕΛΛΑΔΑ-ΙΤΑΛΙΑ (Τίτλος του Προγράμματος: PRIMAC, No.I ) με σκοπό την καταγραφή της υπόγειας στάθμης σε όλη την έκταση υδροφορέα του Γλαύκου (Σχ. 3.5). Η διάνοιξη των γεωτρήσεων έχει διάμετρο 12". Η σωλήνωση έγινε με τυφλούς σωλήνες και φιλτροσωλήνες διαμέτρου 6". Στο κενό μεταξύ 21

36 του τοιχώματος των γεωτρήσεων και της σωλήνωσης τοποθετήθηκε χαλικόφιλτρο με διάμετρο κόκκων 5 έως 30 mm. Ο καθαρισμός των γεωτρήσεων έγινε με πλύσιμο, άντληση και εμφύσηση αέρα. Στον πίνακα 3.1 παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των γεωτρήσεων παρατήρησης (υψόμετρο, βάθος, μήκος φίλτρων). Από τον Ιούλιο του 2008 έως το Μάρτιο του 2009 η καταγραφή της υπόγειας στάθμης γινόταν σε περίπου μηνιαία βάση με επισκέψεις στο πεδίο. Από τον Απρίλιο του 2009 η καταγραφή της υπόγειας στάθμης πραγματοποιείται σε ημερήσια βάση με αισθητήρες Aqua TROLL 200 που είναι εγκατεστημένοι στις γεωτρήσεις. Από τον Απρίλιο του 2012 η καταγραφή της στάθμης στην γεώτρηση G8 σταμάτησε λόγω καταστροφής του εξοπλισμού της γεώτρησης από αγνώστους. Σχήμα 3.5: Δίκτυο γεωτρήσεων παρατήρησης στον υδροφορέα του Γλαύκου (από Ζιώγα, 2013) Πίνακας 3.1: Χαρακτηριστικά των γεωτρήσεων παρατήρησης στον παράκτιο υδροφορέα του Γλαύκου Γεώτρηση Υψόμετρο (m) a.s.l Βάθος (m) Μήκος Φίλτρων (m) G1 (Αύγης) G2 (Carrefour) G4 (Κρεσταίνων) G5 (Ζαρουχλαίικα) G6 (Εθνικό Στάδιο) G8 (Παραγλαύκια) G10 (Λαχαναγορά)

37 3.5 Παράμετροι που προσδιορίζονται με τη ρύθμιση και δεδομένα εισόδου Οι παράμετροι, οι οποίες είναι άγνωστες και πρέπει να προσδιοριστούν κατά τη ρύθμιση είναι: 1. Τα υδραυλικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα (κατανομή της υδραυλικής αγωγιμότητας, η ειδική απόδοση για τις περιοχές που ο υδροφορέας είναι ελεύθερος και η ειδική αποθηκευτικότητα για τις περιοχές που ο υδροφορέας είναι περιορισμένος). Δεν θα αναφερθούμε εδώ στους συντελεστές διασποράς, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν από το Ζιώγα (2013) στο μοντέλο SEAWAT. 2. Η τιμή και η χρονική μεταβολή όλων των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου του υδροφορέα (κατείσδυση από τον ποταμό, κατείσδυση των βροχοπτώσεων, πλευρικές εισροές, αντλήσεις από τις γεωτρήσεις της ΔΕΥΑΠ για την ύδρευση και αντλήσεις για την άρδευση. 3. Αρχικές συνθήκες για την περίοδο της ρύθμισης που αρχίζει την 1/8/2008 (έναρξη των μετρήσεων της υπόγειας στάθμης). Αφού συγκεντρώθηκαν αξιολογήθηκαν και αναλύθηκαν όλες οι πληροφορίες που προέρχονται από παλαιότερες μελέτες και κυρίως από τις εργασίες των Lambrakis et al. (1997), Βουδούρης (1995) και Μανδηλαράς (2005) καθώς επίσης και νεώτερα στοιχεία, ο Ζιώγα (2013) όρισε πιθανά διαστήματα τιμών και χρονικές μεταβολές για όλα τα άγνωστα μεγέθη. Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας έχουν συνοπτικά έχουν ως εξής: - Για την υδραυλική αγωγιμότητα θεωρήθηκε ότι στον υδροφορέα παρουσιάζονται τρείς ζώνες με διαφορετική υδραυλική αγωγιμότητα. Η γεωμετρία των ζωνών και τα πιθανά διαστήματα, μέσα στα οποία κυμαίνονται οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας σε κάθε μια από τις ζώνες, φαίνονται στο Σχήμα 3.6. Σχήμα 3.6: Κατανομή της υδραυλικής αγωγιμότητας στον υδροφορέα (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) 23

38 - Για την ειδική αποθηκευτικότητα και την ειδική απόδοση θεωρήθηκε ότι οι τιμές κυμαίνονται από 5x10-6 έως 1x10-6 (1/m) και 0.06 έως 0.15 αντιστοίχως. - Για την κατείσδυση από τον ποταμό Γλαύκο εκτιμήθηκε ότι η μέση ετήσια τιμή του όγκου του νερού που κατεισδύει κυμαίνεται από 9x10 6 m 3 έως 15x10 6 m 3 /year. Για τη χρονική μεταβολή της κατείσδυσης θεωρήθηκε ότι ακολουθεί τη χρονική μεταβολή της παροχής του ποταμού εφόσον η τελευταία έχει λειανθεί και έχουν αφαιρεθεί οι έντονες διακυμάνσεις (βλ. Ziogas & Kaleris, 2016). Επίσης με βάση τα υπάρχοντα στοιχεία θεωρήθηκε ότι το ποσοστό της απορροής που κατεισδύει είναι αυξημένο κατά την έναρξη της υγρής περιόδου και μειωμένο κατά τη διάρκεια αυτής (βλ. Σχ. 3.7). Στην απορροή του ποταμού που καταλήγει στη λεκάνη του Γλαύκου έχει ληφθεί υπ όψιν η κατακράτηση επιφανειακού νερού του ποταμού προς τις εγκαταστάσεις του Ριγανόκαμπου από τα στοιχεία που διαθέτει η ΔΕΥΑΠ. Η κατείσδυση από τον ποταμό πραγματοποιείται για τα διαστήματα του έτους που η απορροή του ποταμού είναι μεγαλύτερη από το ποσό που απάγεται προς τις εγκαταστάσεις του Ριγανόκαμπου. - Η κατείσδυση των βροχοπτώσεων ορίστηκε ως ένα μεταβαλλόμενο ποσοστό του ύψους βροχής, με αυξημένα ποσοστά κατείσδυσης, κατά την έναρξη της υγρής περιόδου (όπως και για την κατείσδυση από τον ποταμό). Το εύρος του ποσοστού αυτού θεωρήθηκε ότι κυμαίνεται από 25% έως 35% (βλ. Σχ. 3.7). - Για την πλευρική εισροή από την περιοχή Σαραβαλίου-Κρήνης εκτιμήθηκε ότι ο όγκος νερού που εμπλουτίζει τον υδροφορέα κυμαίνεται από 2x10 6 m 3 έως 6.5x10 6 m 3 /year. Η χρονική μεταβολή της πλευρικής αυτής εισροής προσαρμόστηκε στη χρονική μεταβολή της βασικής απορροής από το ορεινό τμήμα της λεκάνης του Γλαύκου, όπως αυτή υπολογίστηκε από την υδρολογική προσομοίωση του ορεινού τμήματος της λεκάνης του Γλαύκου σε προηγούμενες εργασίες (βλ. Ζιώγας, 2013). Η μέση μηνιαία τιμή της βασικής απορροής εκφράστηκε ως ποσοστό της μέσης μηνιαίας απορροής του ποταμού. Το ποσοστό αυτό προσδιορίζεται κατά τη ρύθμιση. - Για την πλευρική εισροή από την κατέισδυση επιφανειακών νερών στις περιοχές της κοίτης των χειμάρρων Ελεκίστρα-Διακονιάρη εκτιμήθηκε ότι ο όγκος νερού που κατεισδύει κυμαίνεται από μηδεν έως 2x10 6 m 3 /year και προσδιορίστηκε ως ένα σταθερό ποσοστό της απορροής του ποταμού Γλαύκου για κάθε υδρολογικό έτος. Η χρονική μεταβολή από το όριο αυτό θεωρήθηκε ότι ακολουθεί τη χρονική μεταβολή της απορροής του Γλαύκου. - Για τις αντλητικές γεωτρήσεις της ΔΕΥΑΠ ο ετήσιος όγκος άντλησης εκτιμήθηκε από στοιχεία της ΔΕΥΑΠ και κυμαίνεται μεταξύ 4.5x10 6 m 3 /year και 7.5x10 6 m 3 /year. Η 24

39 χρονική μεταβολή των παροχών άντλησης προέκυψε από ένα μέσο πρόγραμμα λειτουργίας που προσδιορίστηκε με βάση καταγραφές της ΔΕΥΑΠ (σύστημα SCADA) και τις μέσες μηνιαίες τιμές των παροχών άντλησης από τις διάφορες γεωτρήσεις. Οι μέσες μηνιαίες παροχές άντλησης δόθηκαν από τη ΔΕΥΑΠ. - Για τις αρδευτικές γεωτρήσεις ο ετήσιος όγκος άντλησης εκτιμήθηκε ότι κυμαίνεται μεταξύ 3x10 6 m 3 /year και 5x10 6 m 3 /year. Η εκτίμηση του όγκου και της χρονικής μεταβολής των αντλήσεων για την άρδευση έγινε με εφαρμογή της μεθόδου Blaney- Criddle (βλ. Σακάς, 2004) και λαμβάνοντας υπ όψιν το εμβαδόν των εκτάσεων των διαφόρων καλλιεργειών, όπως αυτές προκύπτουν από τη βάση δεδομένων CORINE ( ποσότητες άντλησης για την άρδευση δεν μεταβλήθηκαν κατά την ρύθμιση του μοντέλου. Για τον προσδιορισμό των αρχικών συνθηκών στην αρχή της περιόδου ρύθμισης του μοντέλου που είναι ο Αύγουστος 2008, αναζητήθηκε ένα υδρολογικό έτος πριν το 2008 με παρόμοιες υδρολογικές συνθήκες. Ένα τέτοιο έτος είναι το Για την περίοδο δεν υπάρχουν μεν μετρήσεις της υπόγειας στάθμης, μπορούν όμως να εκτιμηθούν οι απολήψεις από τον υδροφορέα και είναι γνωστή η παροχή του ποταμού, με την οποία όπως αναφέρθηκε παραπάνω σχετίζονται οι συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου του υδροφορέα. Για το λόγο αυτό οι προσομοιώσεις άρχισαν από το υδρολογικό έτος Διαπιστώθηκε ότι οι στάθμες που προκύπτουν κατά τον τρόπο αυτό στις αρχές του υδρολογικού έτους συμφωνούν ικανοποιητικά με εκείνες που μετρήθηκαν και κατά συνέπεια οι προκύπτουσες αρχικές συνθήκες είναι κατάλληλες για την προσομοίωση τις περιόδου Σχήμα 3.7: Ποσοστό κατείσδυσης από τον ποταμό Γλαύκο, ίδιο για όλα τα υδρολογικά έτη 25

40 3.6 Χωρική και χρονική διακριτοποίηση του υδροφορέα του Γλαύκου Για την αριθμητική προσομοίωση, η χωρική και χρονική διακριτοποίηση του υδροφορέα πρέπει να επιλέγεται κατά τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται αφενός η καλύτερη δυνατή προσέγγιση της κατανομής του υδραυλικού φορτίου και των χρονικών μεταβολών του στις θέσεις των μετρήσεων, και αφετέρου ο περιορισμός του υπολογιστικού κόστους. Λαμβάνοντας υπ όψιν τα παραπάνω στοιχεία ο Ζιώγας (2013) κατέληξε στα εξής: - Για τη χωρική διακριτοποίηση στον υδροφορέα του Γλαύκου χρησιμοποιήθηκε ορθογωνικός τρισδιάστατος κάναβος με διαστάσεις Δx=Δy=200m στο εσωτερικό του υδροφορέα και στην παράκτια ζώνη, για ένα πλάτος από το όριο της θάλασσας έως και 800m στα ανάντη της ακτογραμμής, Δx=100m και Δy=200m (Σχ. 3.3). Κατά τον άξονα z έγινε χρήση 15 στρωμάτων (layers) με Δzmax 15m. Ο προσανατολισμός του κανάβου καθορίστηκε έτσι ώστε η διεύθυνση του κατά μήκος άξονα του κανάβου να συμπίπτει με την κύρια διεύθυνση της υπόγειας ροής του υπόγειου νερού, η οποία κατευθύνεται προς τον Πατραϊκό κόλπο (Σχ 3.8). - Για την προσομοίωση της ροής με ελεύθερη επιφάνεια που επικρατεί στο εσωτερικό του υδροφορέα, το στρώμα στην επιφάνεια του μοντέλου ορίστηκε ως στρώμα τύπου 3 (περιορισμένο/ελεύθερο με μεταβλητά υδραυλικά χαρακτηριστικά). Το κάτω όριο αυτού του στρώματος βρίσκεται σε βάθος 1 m κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, δημιουργώντας έτσι μία ζώνη αυξημένου πάχους όμοια με την ακόρεστη ζώνη του υδροφορέα. Στη ζώνη αυτή, η υπόγεια στάθμη μπορεί να μεταβάλλεται σημαντικά σε καθεστώς ελεύθερης ροής. Τα υπόλοιπα στρώματα του υδροφορέα δηλώθηκαν ως τύπου 0 (περιορισμένα με σταθερά υδραυλικά φορτία). Σχήμα 3.8: Προσανατολισμός κανάβου αριθμητικού μοντέλου (τροποποιημένο από Ζιώγα, 2013) - Όπως προαναφέρθηκε (βλ. κεφ. 1) σε αντίθεση με τον κώδικα SEAWAT, στον κώδικας MODFLOW δεν λαμβάνονται υπ όψιν διαφορές πυκνότητας, Έτσι, με 26

41 τον κώδικα MODFLOW δεν μπορεί να προσομοιωθεί η σφήνα αλμυρού νερού που δημιουργείται κοντά στην ακτή και επηρεάζει την κατανομή του υδραυλικού φορτίου στον υδροφορέα. Για να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα της ανάλυσης με το MODFLOW με εκείνα που προέκυψαν με το SEAWAT έγινε προσπάθεια η επιρροή της αλμυρής σφήνας να ληφθεί προσεγγιστικά υπ όψιν και στο MODFLOW. Για το λόγο αυτό, στην προσομοίωση με το MODFLOW, τα στοιχεία του τρισδιάστατου κανάβου, με τον οποίο διακριτοποιείται ο υδροφορέας και τα οποία βρίσκονται στην περιοχή της αλμυρής σφήνας, όπως αυτή προσομοιώνεται με το μοντέλο SEAWAT-2000, θεωρήθηκαν ανενεργά (βλ. Σχήμα 3.9). Με τον τρόπο αυτό η διατομή εξόδου του υπόγειου νερού στη θάλασσα είναι προσεγγιστικά όμοια με τη διατομή που διαμορφώνεται όταν ληφθούν υπόψη οι διαφορές πυκνότητας μεταξύ γλυκού και αλμυρού νερού. - Το χρονικό βήμα υπολογισμού της υπόγειας στάθμης ορίστηκε ίσο με 10 ημέρες. Στο διάστημα αυτό οι τιμές των χρονικά μεταβαλλόμενων μεγεθών παραμένουν σταθερές και ίσες με το μέσο όρο των τιμών του δεκαημέρου. Πρακτικά το χρονικό βήμα καθορίζει επίσης και την συχνότητα αποθήκευσης των αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα του MODFLOW-2000, δηλαδή τα προσομοιωμένα υδραυλικά φορτία, αποθηκεύονται σε χρονοσειρές με χρονοβήμα 10 ημερών. Σχήμα 3.9: Προσομοίωση αλμυρής σφήνας στο MODFLOW-2000 Με βάση τη χωρική διακριτοποίηση που επιλέχτηκε, τα κελιά του κανάβου που αντιστοιχούν στις τρείς ζώνες διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας φαίνονται στο Σχήμα Στο Σχήμα 3.11 φαίνονται τα κελιά στα οποία λαμβάνει χώρα εμπλουτισμός καθώς και τα κελιά με σταθερό υδραυλικό φορτίο και στο Σχήμα 3.12 τα κελιά στα οποία βρίσκονται οι αντλητικές γεωτρήσεις της ΔΕΥΑΠ και οι αρδευτικές γεωτρήσεις. Στο 27

42 Σχήμα 3.13 φαίνονται οι θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης ως προς τα κελιά του κανάβου. Σχήμα 3.10: Ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας στο μοντέλο του Γλαύκου 28

43 Σχήμα 3.11: Εμπλουτισμός υδροφορέα στο μοντέλο του Γλαύκου ( 1 ο στρώμα ) Σχήμα 3.12: Αντλητικές γεωτρήσεις στο μοντέλο του Γλαύκου 29

44 Σχήμα 3.13: Θέσεις γεωτρήσεων παρατήρησης στο μοντέλο του Γλαύκου 3.7 Κριτήριο αξιολόγησης των προσομοιώσεων Η αξιολόγηση των προσομοιώσεων για τη ρύθμιση του μοντέλου του υδροφορέα έγινε βάσει των μετρήσεων υπόγειας στάθμης από το δίκτυο των επτά γεωτρήσεων. Πέραν της οπτικής σύγκρισης των μετρημένων και προσομοιωμένων χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης, χρησιμοποιήθηκε και το κριτήριο Nash & Sutcliffe (1970), το οποίο ορίζεται από την εξίσωση 3.1: Crhj= 1 Ν i (h sim,j,i h obs,j,i ) 2 Ν i (h obs,j,i h obs,j,i ) 2 (3.1) όπου: hobs,j,i : η μετρημένη τιμή της υπόγειας στάθμης στη γεώτρηση j την ημέρα i hsim,j,i : η τιμή της υπόγειας στάθμης στη γεώτρηση j την ημέρα i που προσδιορίστηκε από την προσομοίωση h obs,j : η μέση τιμή της χρονοσειράς της υπόγειας στάθμης της γεώτρησης j Η τιμή Crhj κυμαίνεται από 1 έως -. Για Crhj ίσο με 1 τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ταυτίζονται με τις μετρημένες τιμές της υπόγειας στάθμης. Για τιμές του Crhj μεγαλύτερες του 0.6 οι αποκλίσεις μεταξύ των μετρημένων και των προσομοιωμένων 30

45 χρονοσειρών είναι περιορισμένες και οι προσομοιώσεις θεωρούνται επιτυχείς (Moriasi et al., 2007). 3.8 Αποτελέσματα ρύθμισης του μοντέλου για τον υδροφορέα του Γλαύκου Οι βέλτιστες τιμές των άγνωστων παραμέτρων του υδροφορέα του Γλαύκου, τις οποίες προσδιόρισε ο Ζιώγας (2013) χρησιμοποιώντας τον κώδικα SEAWAT-2000 και εφαρμόζοντας τη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος είναι οι εξής: - Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας για τις τρείς ζώνες του υδροφορέα (βλ. Σχημα 3.10 ) είναι: kf1=5 m/d, kf2=25m/d και kf3=40 m/d. - Οι τιμές για την αποθηκευτικότητα και την ειδική απόδοση είναι 1x10-6 1/m και αντιστοίχως - Τα ποσοστά της παροχής του ποταμού Γλαύκου, τα οποία κατά τη διάρκεια του υδρολογικού έτους κατεισδύουν, δίδονται στον Πίνακα 3.2. Για τα ποσοστά αυτά ο ετήσιος όγκος της κατείσδυσης από τον ποταμό για την περίοδο της ρύθμισης δίνεται στον Πίνακα Τα ποσοστά του όγκου των βροχοπτώσεων, τα οποία κατά τη διάρκεια του υδρολογικού έτους κατεισδύουν, δίδονται στον Πίνακα 3.2. Για τα ποσοστά αυτά ο ετήσιος όγκος των βροχοπτώσεων που κατεισδύει κατά την περίοδο της ρύθμισης δίνεται στον Πίνακα Οι πλευρικές εισροές στην περιοχή Σαραβαλίου-Κρήνης, κατά τη διάρκεια ενός υδρολογικού έτους, δίδονται στον Πίνακα 3.4 ως ποσοστά της ετήσιας απορροής του Γλαύκου. Για τα ποσοστά αυτά, οι ετήσιοι όγκοι πλευρικού εμπλουτισμού από την περιοχή Σαραβαλίου-Κρήνης κατά την περίοδο της ρύθμισης δίδονται στον Πίνακα Οι πλευρικές εισροές στην περιοχή Διακονιάρη-Ελεκίστρα, κατά τη διάρκεια ενός υδρολογικού έτους, δίδονται στον Πίνακα 3.4 ως ποσοστά της ετήσιας απορροής του Γλαύκου. Για τα ποσοστά αυτά, οι ετήσιοι όγκοι πλευρικού εμπλουτισμού από την περιοχή Διακονιάρη-Ελεκίστρα κατά την περίοδο της ρύθμισης δίδονται στον Πίνακα Ο ετήσιος όγκος απολήψεων από τις δημοτικές γεωτρήσεις κατά την περίοδο της ρύθμισης δίνεται στον Πίνακα 3.3. Οι τιμές αυτές δε μεταβλήθηκαν κατά τη ρύθμιση. - Οι τιμές των παροχών άντλησης για της αρδευτικές γεωτρήσεις δεν μεταβλήθηκαν κατά τη ρύθμιση (βλ. Πίνακα 3.3). 31

46 Στον Πίνακα 3.5 δίδονται οι τιμές του κριτηρίου Crhj, οι οποίες προκύπτουν για όλες τις γεωτρήσεις παρατήρησης από τις προσομοιώσεις με τον κώδικα SEAWAT-2000 και τις βέλτιστες τιμές των άγνωστων παραμέτρων που προσδιορίστηκαν από το Ζιώγα (2013). Για όλες τις γεωτρήσεις οι τιμές του Crhj είναι μεγαλύτερες του 0.7. Έτσι, οι προσομοιώσεις των χρονοσειρών μπορούν να θεωρηθούν ικανοποιητικές και το σετ των άγνωστων παραμέτρων κατάλληλο για προσομοιώσεις της δυναμικής συμπεριφοράς της υπόγειας στάθμης στον υδροφορέα του Γλαύκου. Η μικρότερη τιμή Crhj προκύπτει για τη γεώτρηση G2. Η συμπεριφορά αυτής της γεώτρησης θα συζητηθεί στο κεφάλαιο 4. Για να διαπιστωθεί αν η προσεγγιστική προσομοίωση της αλμυρής σφήνας με τον κώδικα MODFLOW (βλ. κεφ. 3.6) είναι επιτυχής, έγινε προσομοίωση των μετρημένων χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης με τον κώδικα MODFLOW χρησιμοποιώντας το παραπάνω βέλτιστο σετ παραμέτρων και τις χρονοσειρές των δεδομένων εισόδου, όπως αυτές χρησιμοποιήθηκαν στο SEAWAT. Οι διαφορές των τιμών Crhj των προσομοιώσεων με το MODFLOW-2000 από τις τιμές του Πίνακα 3.5 είναι αμελητέες. Κατά συνέπεια η προσεγγιστική προσομοίωση της αλμυρής σφήνας που εφαρμόστηκε στην εργασία μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητική. Πίνακας 3.2: Πόσοστά κατείσδυσης για τον ποταμό και τις βροχοπτώσεις για κάθε υδρολογικό έτος Ποσοστά Κατείσδυσης (%) Χρονική Περίοδος Ποταμός Γλαύκος Βροχοπτώσεις Αύγουστος-Νοέμβριος Δεκέμβριος-Ιούλιος

47 Πίνακας 3.3: Όγκοι νερού κατ έτος για τις παραμέτρους του υδρολογικού ισοζυγίου για την περίοδο της ρύθμισης Παράμετροι Υδρολογικού ισοζυγίου ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ υδρολ. έτος Γλαύκος όριο Σαραβαλίου- Κρήνης όριο Διακονιάρη- Ελεκίστρα Bροχοπτώσεις Δημοτικές γεωτρήσεις γεωτρήσεις άρδευσης m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr E E E E E E E E E E E E E E E E+06 Πίνακας 3.4: Ποσοστά κατείσδυσης πλευρικών εισροών σε ένα υδρολογικό έτος Ποσοστά Κατείσδυσης (%) Ετήσια απορροή όριο Σαραβαλίου- όριο Διακονιάρη- Γλαύκου Κρήνης Ελεκίστρα (m 3 ) έως 32x από 32x10 6 έως 42x από 42x

48 Πίνακας 3.5: Κριτήριο Nash & Sutcliffe για τις προσομοιώσεις της χρονικής μεταβολής της υπόγειας στάθμης με τον κώδικα SEAWAT-2000 και τον κώδικα MODFLOW για την περίοδο Γεώτρηση Κριτήριο Crhj G G G G G G G

49 4 Ρύθμιση του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου με τη χρήση του κώδικα PEST 4.1 Μεθοδολογία Οι παράμετροι του μοντέλου του Γλαύκου που θα προσδιοριστούν με το αλγόριθμο PEST μέσω του MODFLOW-2000, είναι οι ίδιες με εκείνες που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) μέσω του SEAWAT-2000 με την μέθοδο δοκιμής και σφάλματος. Συγκεκριμένα, θα προσδιοριστούν: (α) οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας των τριών περιοχών του υδροφορέα (βλ. Σχ. 3.10), (β) η κατείσδυση από την κοίτη του π. Γλαύκου. (γ) η κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις και (δ) οι πλευρικές εισροές στην περιοχή Σαραβαλίου-Κρήνης και στην περιοχή του χειμάρρου Διακονιάρη (βλ. Σχ. 3.11). Στην παρούσα εργασία ο προσδιορισμός με τον κώδικα PEST πραγματοποιείται για κάθε κατηγορία αγνώστων (υδραυλική αγωγιμότητα και εισροές) ξεχωριστά καθώς επίσης και για συνδυασμούς αυτών. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προσδιορισμού των βέλτιστων τιμών των αγνώστων γίνεται: (α) Με τη σύγκριση του συνολικού σφάλματος του προσδιορισμού των παραμέτρων (βλ. κεφάλαιο 2.2) και (β) συγκρίνοντας τις τιμές του κριτηρίου Crhj που υπολογίζεται για όλες τις γεωτρήσεις παρατήρησης από τις μετρημένες χρονοσειρές της υπόγειας στάθμης και εκείνες που προκύπτουν από την προσομοίωση με το MODFLOW όταν σ αυτό χρησιμοποιηθούν οι βέλτιστες τιμές των άγνωστων παραμέτρων που προσδιορίστηκαν με τη χρήση του PEST. Ενώ το συνολικό σφάλμα χαρακτηρίζει το αποτέλεσμα της βελτιστοποίησης αθροιστικά για όλες τις γεωτρήσεις, το κριτήριο Crhj δείχνει πόσο επιτυχής είναι η βελτιστοποίηση για κάθε μια από τις θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης. Επειδή στόχος της διερεύνησης εδώ είναι να συγκριθούν τα αποτελέσματα της αυτόματης ρύθμισης με τα αποτελέσματα της μεθόδου δοκιμής και σφάλματος (Ζιώγας, 2013), χρησιμοποιήθηκε για την αυτόματη ρύθμιση με τον κώδικα PEST η περίοδος μετρήσεων της υπόγειας στάθμης από τον Αύγουστο 2008 μέχρι τον Απρίλιο 2012, με την οποία έγινε από τον Ζιώγα (2013) η ρύθμιση με τη μέθοδο της δοκιμής και σφάλματος. Οι νεώτερες μετρήσεις (δηλ. οι μετρήσεις μετά τον Απρίλιο του 2012) θα χρησιμοποιηθούν μαζί με τις μετρήσεις της περιόδου για τον έλεγχο των αποτελεσμάτων της ρύθμισης στο Κεφάλαιο 5. Δύο σημαντικά ερωτήματα που τίθενται κατά τον προσδιορισμό των παραμέτρων ενός μοντέλου υπογείων υδάτων είναι: (α) Κάτω από ποιες προϋποθέσεις, η εύρεση της 35

50 πραγματικής τιμής των παραμέτρων που πρέπει να προσδιοριστούν είναι δυνατή και (β) σε ποιο βαθμό η θέση των σημείων μέτρησης της υπόγειας που χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση επηρεάζει το αποτέλεσμα του προσδιορισμού των παραμέτρων. Τα ερωτήματα αυτά θα διερευνηθούν παρακάτω. 4.2 Σχέση μεταξύ της υπόγειας στάθμης και των υδρογεωλογικών παραμέτρων Η εύρεση της πραγματικής τιμής των παραμέτρων ενός μοντέλου υπογείων υδάτων, το οποίο ρυθμίζεται με τη βοήθεια μετρήσεων της υπόγειας στάθμης, καθορίζεται από τη σχέση μεταξύ των άγνωστων παραμέτρων και της υπόγειας στάθμης. Η σχέση αυτή θα συζητηθεί εδώ για την περίπτωση που δείχνει το Σχ Το σύστημα των υδροφορέων του σχήματος αυτού μπορεί να θεωρηθεί προσεγγιστικά ως μια κατακόρυφη τομή στον υδροφορέα του Γλαύκου, η οποία είναι παράλληλη στον άξονα του ποταμού και εκτίνεται από το ανατολικό όριο μέχρι τη θάλασσα. N [m/d] είναι ο εμπλουτισμός του υδροφορέα τόσο από τις βροχοπτώσεις όσο και από την κοίτη του ποταμού, και h0 [m] το υδραυλικό φορτίο στο όριο της θάλασσας. Το τρίτο φάτνωμα του υδροφορέα του Σχήματος 4.1, στο οποίο δεν υπάρχει εμπλουτισμός, αντιστοιχεί σχηματικά στο τμήμα του υδροφορέα κατάντη της οδού Ακρωτηρίου (βλ. Σχήμα 3.4 και 3.11), στο οποίο θεωρήθηκε ότι δεν λαμβάνει χώρα εμπλουτισμός από τις βροχοπτώσεις και επιπλέον η κοίτη του ποταμού στην περιοχή αυτή είναι στεγανοποιημένη. Σχήμα 4.1: Κατακόρυφη τομή του σχηματοποιημένου υδροφορέα του Γλαύκου Οι εξισώσεις που δίνουν τις τιμές του υδραυλικού φορτίου στα τρία τμήματα του υδροφορέα σε αδιάστατη μορφή έχουν ως εξής: 36

51 Περιοχή 1 0 x L1 h 2 2 = N (L 1 +L 2 )L N (L 2 +2L 1 )L N h 0 k f3 h 0 k f2 h 0 (L 2 1 x 2 ) k f1 h 0 2 (4.1α) Περιοχή 2 L1 x L1+L2 h 2 2 = N (L 1 +L 2 )L N [L 2 2 (x L 1 ) 2 +2L 1 (L 1 +L 2 x)] 2 (4.1β) h 0 k f3 h 0 k f2 h 0 Περιοχή 3 L1+L2 x L1+L2+L3 h 2 h 0 2 = N k f3 (L 1 +L 2 )(L 1 +L 2 +L 3 x) h 0 2 (4.1γ) Από τις εξισώσεις αυτές προκύπτει ότι: Οι τρεις ανεξάρτητες μεταβλητές που επηρεάζουν το υδραυλικό φορτίο στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι οι λόγοι του εμπλουτισμού Ν προς τις υδραυλικές αγωγιμότητες (N/kf1, N/kf2, N/kf3). Αυτό συνεπάγεται ότι η τιμή των υδραυλικών αγωγιμοτήτων που θα προσδιοριστούν από μετρήσεις της υπόγειας στάθμης για δοσμένη τιμή του εμπλουτισμού N, εξαρτώνται από αυτήν την τιμή του εμπλουτισμού. Για τις ίδιες μετρήσεις της υπόγειας στάθμης και για άλλες τιμές του εμπλουτισμού N οι εξισώσεις (4.1α), (4.1β) και (4.1γ) θα δώσουν διαφορετικές τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας, για τις οποίες όμως θα ισχύει: N k f1 = N/k f1, N k f2 = N/k f2 και N k f3 = N/k f3. Έτσι, αν η τιμή του εμπλουτισμού που θα χρησιμοποιηθεί δεν είναι ακριβής, οι τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας που θα προκύψουν θα έχουν σφάλματα. Ανάλογα ισχύουν και για την περίπτωση που η τιμή του εμπλουτισμού θεωρηθεί άγνωστη και οι τιμές των υδραυλικών αγωγιμοτήτων γνωστές. Γενικότερα, για την πραγματική δομή του υδροφορέα του Γλαύκου, η οποία φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 4.2, η σχέση μεταξύ της υπόγειας στάθμης hi σε μια θέση του υδροφορέα και των υδρογεωλογικών παραμέτρων δίδεται από την Εξ.(4.2): της h i = f m (k f1, k f2, I P, R 1, R 2 I, r, B, L, d 1, d 2, d 3, d 4, x i, y i ) k f3 k f3 k f3 k f3 k f3 k f3 m m m m m m m m (4.2) 37

52 Σχήμα 4.2: Σχηματική παράσταση του υδροφορέα του Γλαύκου (οριζοντιογραφία) Στην Εξ.(4.2) kf1, kf2, και kf3 είναι η υδραυλική αγωγιμότητα στις τρεις ζώνες του υδροφορέα (βλ. Σχ. 4.2), Ip [m 3 /sm 2 ] είναι η κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις, Ir [m 3 /sm 2 ] η κατείσδυση από την κοίτη του ποταμού, R1 και R2 [m 3 /sm 2 ] ο εμπλουτισμός από τις πλευρικές εισροές και Q [m 3 /sm 2 ] οι απολήψεις υπόγειου νερού για ύδρευση και άρδευση. Τα μεγέθη Ip, Ir, R1, R2 και Q χαρακτηρίζονται στη συνέχεια ως συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου του υδροφορέα. Η σημασία των μηκών B, L d1, d2, d3, d4, φαίνεται στο Σχ. 4.2, m είναι το πάχος του υδροφορέα και xi, yi οι συντεταγμένες της θέσης στην οποία η υπόγεια στάθμη έχει την τιμή hi. Σύμφωνα με την Εξ.(4.2), αν το μοντέλο του Σχ. 4.2 είναι ακριβές, δηλ. σχηματοποιεί σωστά το φυσικό σύστημα, τότε για γνωστές τιμές των μεγεθών του υδρολογικού ισοζυγίου, οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που θα προκύψουν με τη βοήθεια του κώδικα PEST από τις μετρήσεις της υπόγειας στάθμης είναι συγκεκριμένες. Αν αυτές οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό με τον κώδικα PEST κάποιου από τα μεγέθη του υδρολογικού ισοζυγίου, τότε η τιμή που θα προκύψει για το μέγεθος αυτό θα πρέπει να είναι ίση (πέραν ενδεχομένως κάποιων αριθμητικών σφαλμάτων) με εκείνη που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της υδραυλικής 38

53 αγωγιμότητας, ώστε οι τιμές των αδιάστατων παραμέτρων της Εξ.(4.2) να παραμείνουν ίδιες. Πρέπει να ληφθεί υπόψη όμως ότι τέτοια αποτελέσματα δεν υποδεικνύουν πάντα ότι το μοντέλο είναι ακριβές. Μικρές ή καθόλου αποκλίσεις της προκύπτουσας τιμής της συνιστώσας του υδρολογικού ισοζυγίου από εκείνη που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας μπορούν να οφείλονται στο ενδεχόμενο, οι μετρήσεις της υπόγειας στάθμης που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό μιας συνιστώσας του υδρολογικού ισοζυγίου να έχουν γίνει σε θέσεις που δεν επηρεάζονται από την συγκεκριμένη συνιστώσα. Αν στην ανωτέρω διαδικασία η τιμή της συνιστώσας του υδρολογικού ισοζυγίου που προκύπτει διαφέρει σημαντικά από εκείνη που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας τότε υπάρχει αβεβαιότητα στο μοντέλο και αυτό ικανοποιείται από διαφορετικούς συνδυασμούς τιμών των παραμέτρων. Για τους παραπάνω λόγους η σύγκριση των τιμών ενός μεγέθους, το οποίο σε μια φάση της ρύθμισης του μοντέλου με την εφαρμογή του κώδικα PEST θεωρήθηκε γνωστό και σε άλλη φάση θεωρήθηκε άγνωστο, είναι χρήσιμη διαδικασία για την αξιολόγηση των αβεβαιοτήτων του μοντέλου που χρησιμοποιείται. Γενικά, αβεβαιότητα υπάρχει σε ένα μοντέλο όταν μπορούν να βρεθούν περισσότερα του ενός σετ παραμέτρων, τα οποία το ικανοποιούν στον ίδιο βαθμό. Οι διαπιστώσεις αυτές χρησιμοποιούνται στα Κεφ. 4.5 και 4.6 για την αξιολόγηση της αβεβαιότητας του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου. 4.3 Σημασία της θέσης των μετρήσεων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων Αν για τον υδροφορέα του Σχ. 4.1 ο εμπλουτισμός θεωρηθεί γνωστός, τότε για τον προσδιορισμό των υδραυλικών αγωγιμοτήτων απαιτούνται τρείς μετρήσεις της στάθμης. Εάν μέσα σε κάθε μια από τις περιοχές με διαφορετική υδραυλική αγωγιμότητα υπάρχει μια θέση μέτρησης, η λύση του προβλήματος είναι δυνατή. Από τις εξισώσεις 4.1α, 4.1β και 4.1γ που αναφέρονται στις τρεις περιοχές του υδροφορέα, προκύπτει για τις τρείς μετρήσεις ένα σύστημα τριών εξισώσεων, με αγνώστους τους τρεις λόγους του εμπλουτισμού προς τις υδραυλικές αγωγιμότητες. Το πρόβλημα λύνεται επίσης αν υπάρχουν δύο μετρήσεις σε μια περιοχή και μια μέτρηση σε κάποια άλλη, αρκεί όπως προκύπτει από τις εξισώσεις 4.1α, 4.1β και 4.1γ, η περιοχή στην οποία υπάρχουν οι δύο θέσεις μέτρησης να μην είναι η περιοχή 3. Στην περίπτωση αυτή δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός της υδραυλικής αγωγιμότητας της περιοχής 1. Το πρόβλημα προσδιορισμού των υδραυλικών αγωγιμοτήτων δεν λύνεται επίσης αν τα τρία σημεία μέτρησης βρίσκονται είτε στην περιοχή 2 είτε στην περιοχή 3 (βλ. εξισώσεις 4.1α, 4.1β, 39

54 4.1γ). Από τις διαπιστώσεις αυτές προκύπτει ότι η επιλογή των θέσεων από τις οποίες θα χρησιμοποιηθούν πληροφορίες για τον προσδιορισμό των παραμέτρων πρέπει να γίνει με βάση τη δομή και την υδραυλική συμπεριφορά του υδροφορέα. Επειδή συνήθως κατά τον σχεδιασμό της συλλογής δεδομένων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων η δομή του υδροφορέα δεν είναι επαρκώς γνωστή, δεν μπορεί να αποκλειστεί το ενδεχόμενο να προγραμματιστούν και μετρήσεις που δεν θα υποστηρίζουν αποτελεσματικά τον προσδιορισμό των παραμέτρων. Για την περίπτωση που ο υπολογισμός της ροής γίνεται με τη βοήθεια ενός αριθμητικού μοντέλου, οι απαιτήσεις για τη θέση των σημείων μέτρηση που θα χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των άγνωστων παραμέτρων γίνονται πιο ελαστικές. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την αριθμητική επίλυση, όλα τα μοντέλα χρησιμοποιούν μια σχέση για τον υπολογισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας σε περιοχές που βρίσκονται στα όρια μεταξύ σχηματισμών. Ένα παράδειγμα θα δοθεί με τη βοήθεια του μοντέλου του Σχ. 4.3, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ότι αντιστοιχεί στο διακριτοποιημένο μοντέλο του Σχήματος 4.1. Το όριο της θάλασσας βρίσκεται στο κέντρο του κελιού 1 ενώ το κελί 0 είναι το φανταστικό κελί που τοποθετεί αυτομάτως ο κώδικας MODFLOW στο περίγραμμα του πεδίου ροής. Θεωρούμε ότι τα κελιά 1, 2 και 3 έχουν όλα την ίδια υδραυλική αγωγιμότητα kfa, η οποία είναι άγνωστη, ενώ τα κελιά 4, 5, 6 κλπ έχουν υδραυλική αγωγιμότητα kfb η οποία είναι γνωστή. Σχήμα 4.3: Διακριτοποίηση του υδροφορέα του Σχ. 4.1 Εάν ήταν διαθέσιμη για τον υδροφορέα μια μόνο μέτρηση του υδραυλικού φορτίου τότε ο προσδιορισμός της υδραυλικής αγωγιμότητας kfa μπορεί να γίνει με τη βοήθεια της εξίσωσης των πεπερασμένων διαφορών. Αυτή η εξίσωση για τα υδραυλικά φορτία hi στους κόμβους του μοντέλου του Σχ. 4.3 και για μόνιμη ροή είναι: 40

55 T i 1,i (h Δx 2 i 1 h i ) + T i+1,i (h Δx 2 i+1 h i ) + q i = 0 (4.3) Ti-1,i και Ti+1,i είναι οι μεταβιβασιμότητες (το γινόμενο της υδραυλικής αγωγιμότητας επί το πάχος του υδροφορέα), με τις οποίες υπολογίζεται η ροή από τους κόμβους i-1 και i+1 προς τον κόμβο i, Δx είναι το μήκος των κελιών και q i [m 3 /sm 2 ] ο εμπλουτισμός στο κελί i. Αν υποθέσουμε ότι (α) η συνολική παροχή q που καταλήγει στη θάλασσα είναι γνωστή, (β) ο εμπλουτισμός qi έχει την ίδια τιμή q σε όλα τα κελιά και (γ) η μέτρηση του υδραυλικού φορτίου είχε γίνει στο κελί 3, τότε για τη μεταβιβασιμότητα Ta προκύπτει από την εξίσωση (4.3) ως εξής: T a = (2q 3q )Δx 2 h 3 h 1 (4.4) Από την Εξ.(4.4) το Ta υπολογίζεται ως συνάρτηση των υδραυλικών και γεωμετρικών παραμέτρων του προβλήματος, όπως θα προέκυπτε και στην περίπτωση της αναλυτικής λύσης. Εάν η μοναδική μέτρηση του υδραυλικού φορτίου είχε γίνει στον κελί 4, δηλ. εκτός της περιοχής για την οποία θέλουμε να προσδιορίσουμε την υδραυλική αγωγιμότητα, τότε η εξίσωση του υδραυλικού φορτίου στον κόμβο 4, που προκύπτει από την εξίσωση (4.3) έχει τη μορφή: h 4 = h 1 + (q q 1 ) ( 2 T a + 1 T 3,4 ) Δx 2 q 2 ( 1 T a + 1 T 3,4 ) Δx 2 q 3 1 T 3,4 Δx 2 (4.5) T3,4 στην Εξ.(4.5) είναι η μεταβιβασιμότητα, με την οποία γίνεται ο υπολογισμός της ροής μεταξύ των κελιών 3 και 4. Στον κώδικα MODFLOW αυτή η μεταβιβασιμότητα υπολογίζεται ως ο αρμονικός μέσος όρος των τιμών Ta και Tb όπου Tb είναι η μεταβιβασιμότητα του τμήματος με υδραυλική αγωγιμότητα kfb: T3,4= 2 T at b T a +T b (4.6) Αντικαθιστώντας τη μεταβιβασιμότητα T3,4 από την Εξ.(4.6) στην Εξ.(4.5) και θεωρώντας ότι οι ποσότητες εμπλουτισμού στα κελιά 1, 2 και 3 είναι ίσες μεταξύ τους (δηλ. q1=q2=q3 = q ), προκύπτει από την Εξ.(4.5): T a = (5q qq )T b 2(h4 h1) (4.7) Δx 2 T b q+3q 41

56 Η Εξ. (4.7) δείχνει ότι η άγνωστη μεταβιβασιμότητα Ta υπολογίζεται ως συνάρτηση της γνωστής μεταβιβασιμότητας Tb εξ αιτίας του γεγονότος ότι για την αριθμητική επίλυση χρησιμοποιείται η εξίσωση (4.6). Η ύπαρξη μέτρησης μέσα στην περιοχή με μεταβιβασιμότητα Ta δεν είναι αναγκαία. Το παράδειγμα αυτό δείχνει ότι εξ αιτίας της Εξ.(4.6), ο προσδιορισμός άγνωστων παραμέτρων με τη βοήθεια ενός αριθμητικού μοντέλου μπορεί να γίνει και με μετρήσεις σε θέσεις, οι οποίες για την αναλυτική επίλυση του προβλήματος δεν βοηθούν. 4.4 Εφαρμογή του κώδικα PEST για μοναδικούς αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας Σενάρια που διερευνήθηκαν (1) Σενάριο S1: Στον υδροφορέα του Γλαύκου υπάρχουν τρείς περιοχές με διαφορετική υδραυλική αγωγιμότητα, όπως αυτές ορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013). Η τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες θεωρείται άγνωστη και προσδιορίζεται με τον κώδικα PEST. Η γεωμετρία των τριών ζωνών και η κατανομή των γεωτρήσεων παρατήρησης μέσα σ αυτές δίδονται στο Σχ (2) Σενάριο S2: Η υδραυλική αγωγιμότητα στη ζώνη 3 του Σχ. 4.4 είναι ίση με εκείνη της ζώνης 2. Ο υδροφορέας αποτελείται από τη ζώνη 1 όπως αυτή εμφανίζεται στο σενάριο S1 (Σχ. 4.4) και από τη ζώνη 2 που προκύπτει από την ενοποίηση των ζωνών 2 και 3 του σεναρίου S1. Το σενάριο S2 εξετάστηκε διότι από το S1 προκύπτει ότι οι διαφορές της υδραυλικής αγωγιμότητας των ζωνών 2 και 3 είναι μικρές. 42

57 Σχήμα 4.4: Ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας όπως ορίστηκαν από το Ζιώγα (2013) και κατανομή των γεωτρήσεων παρατήρησης μέσα σ αυτές. Οι υδραυλικές αγωγιμότητες στις ζώνες 1 και 2 θεωρούνται άγνωστες και προσδιορίζονται με τον κώδικα PEST. Σημειώνεται ότι ο Ζιώγας (2013) θεωρεί ότι η υδραυλική αγωγιμότητα της ζώνης 3, την οποία χρησιμοποίησε, είναι ίση με την υδραυλική αγωγιμότητα των διαπερατών στρωμάτων στην παράκτια στρωματωμένης περιοχή (βλ. Σχ. 4.5). Έτσι, στο σενάριο S2 η υδραυλική αγωγιμότητα των διαπερατών στρωμάτων της παράκτιας ζώνης θεωρείται ίση με τη υδραυλική αγωγιμότητα της ζώνης 2. Σχήμα 4.5: Διαπεράτα και αδιαπέρατα στρώματα στο παράκτιο τμήμα της ζώνης 3 του υδροφορέα 43

58 (3) Σενάριο S3: Η ζώνη 3, όπως αυτή ορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) διατηρείται και οι ζώνες 1 και 2 ενοποιούνται σε μια ζώνη, η οποία χαρακτηρίζεται στη συνέχεια ως ζώνη 1. Το σενάριο αυτό εξετάστηκε για να ελεγχθεί αν η ύπαρξη εκτεταμένης ζώνης με σχετικά μικρή υδραυλική αγωγιμότητα υποστηρίζεται από τις διαθέσιμες μετρήσεις. Για όλα τα παραπάνω σενάρια ισχύουν οι εξής παραδοχές: (α) η ροή στον υδροφορέα είναι μη μόνιμη. (β) Οι χρονοσειρές των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου, δηλ. της κατείσδυσης από τον ποταμό, της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων και των πλευρικών εισροών θεωρούνται γνωστές, όπως προσδιορίστηκαν από το Ζιώγα (2013). (γ) Οι απολήψεις των δημοτικών και αρδευτικών γεωτρήσεων θεωρούνται γνωστές όπως προσδιορίστηκαν από το Ζιώγα (2013). (δ) Ως αρχικές τιμές για τις υδραυλικές αγωγιμότητες kf1, kf2 και kf3 χρησιμοποιήθηκαν στον κώδικα PEST οι τιμές που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) (βλ. Πίνακα 4.1). (ε) Τα όρια μεταβολής των τιμών των υδραυλικών αγωγιμοτήτων ορίστηκαν ως εξής: - 1Ε-15<kf1<1Ε29-1Ε-15<kf2<1Ε29-1Ε-15<kf3<1Ε29 (στ) Ως εκ των προτέρων πληροφορία χρησιμοποιήθηκε η παραδοχή ότι ο υδροφορέας είναι σε όλη του την έκταση ισότροπος. (ζ) Οι παρατηρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την βελτιστοποίηση των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας είναι οι χρονοσειρές της υπόγειας στάθμης που μετρήθηκαν και στις επτά γεωτρήσεις παρατήρησης. (η) Για τις παραμέτρους που ρυθμίζουν την εκτέλεση του αλγορίθμου χρησιμοποιήθηκαν οι εξής τιμές: I. Για τον αριθμό Marquart Lambda: - Η αρχική τιμή του αριθμού Lambda ορίστηκε ίση με Ο συντελεστής μείωσης του αριθμού Lambda ορίστηκε ίσος με 2. - Ο μέγιστος αριθμός δοκιμών για τον αριθμό Lambda σε μία επανάληψη ορίστηκε ίσος με 10. II. Για τους περιορισμούς αλλαγής των τιμών των παραμέτρων κατά τη διαδικασία της βελτιστοποίησης: 44

59 - Η μέγιστη αλλαγή μίας παραμέτρου σε κάθε επανάληψη ορίστηκε ίση με 10, δηλαδή η τιμή της παραμέτρου δεν μπορεί να υπερδεκαπλασιαστεί ή να υποδεκαπλασιαστεί. - Η μέγιστη αλλαγή στον συντελεστή μίας παραμέτρου (βλ. Κεφ 2.2.1) σε κάθε επανάληψη ορίστηκε ίση με 10 III. Για τα κριτήρια τερματισμού: - Ο μέγιστος αριθμός επαναλήψεων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων ορίστηκε ίσος με Η τιμή για την οποία η αλλαγή του σφάλματος θεωρείται αμελητέα ορίστηκε ίση με 0.01 (1%). - Ο μέγιστος αριθμός επαναλήψεων στις οποίες δεν υπάρχει μείωση του σφάλματος ορίστηκε ίσος με 3. - Ο μέγιστος αριθμός επαναλήψεων που δεν επιφέρουν καμία αλλαγή στα αποτελέσματα ορίστηκε ίσος με Αξιολόγηση των σεναρίων κατανομής της υδραυλικής αγωγιμότητας που διερευνήθηκαν Οι βέλτιστες τιμές που προέκυψαν για τις υδραυλικές αγωγιμότητες kf1, kf2 και kf3 στα 3 σενάρια που περιγράφονται προηγουμένως δίδονται στον Πίνακα 4.1. Για τα σενάρια S2 και S3, στα οποία οι ζώνες είναι 2, δίδονται στον Πίνακα 4.1 τρεις τιμές, δύο εκ των οποίων είναι όμως ίσες μεταξύ τους και αντιστοιχούν στις ενοποιημένες περιοχές. Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) χαρακτηρίζονται ως βασικό σενάριο SB. Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας του σεναρίου S1 δείχνουν ότι η βελτιστοποίηση με βάση τις διαθέσιμες μετρήσεις της υπόγειας στάθμης (βλ. Σχ. 4.4) οδηγεί σε τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που διαφέρουν μεταξύ τους πολύ λιγότερο απ ότι στο βασικό σενάριο. Από τη σύγκριση των τιμών του συνολικού σφάλματος στον Πίνακα 4.1 και των τιμών του κριτηρίου Crhj στο Σχήμα 4.6 φαίνεται ότι με το σενάριο S1 για τις υδραυλικές αγωγιμότητες επιτυγχάνεται καλύτερη ή παρόμοια προσέγγιση της συμπεριφοράς της χρονικής μεταβολής της υπόγειας στάθμης σε σχέση με τις υδραυλικές αγωγιμότητες του βασικού σεναρίου SB. Μικρή χειροτέρευση των αποτελεσμάτων προκύπτει για την γεώτρηση G5. Η σημαντικότερη βελτίωση επιτυγχάνεται στην γεώτρηση παρατήρησης G2. Η βελτίωση αυτή γίνεται εμφανής και από τη σύγκριση της 45

60 μετρημένης χρονοσειράς της υπόγειας στάθμης στη θέση G2 με τις προσομοιωμένες χρονοσειρές για τα σενάρια υδραυλικής αγωγιμότητας SB και S1 (βλ. Σχ. 4.7). Πίνακας 4.1: Τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας βασικού σεναρίου (Ζιώγας, 2013) και των τιμών των υδραυλικών αγωγιμοτήτων που υπολογίστηκαν με το PEST για τα σενάρια S1, S2 και S3 χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις σε όλες τις γεωτρήσεις παρατήρησης. Ζώνη Βασικό σενάριο SB (Ζιώγας, 2013) Σενάριο S1 (PEST) Σενάριο S2 (PEST) Σενάριο 3 (PEST) k f1 (m/d) k f2 (m/d) k f3 (m/d) Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 ) Σχήμα 4.6: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης για τα 4 σενάρια υδραυλικών αγωγιμοτήτων 46

61 Σχήμα 4.7: Σύγκριση χρονοσειρών των μετρημένων και προσομοιωμένων τιμών υπόγειας στάθμης θέση παρατήρησης G2 Παρόμοια αποτελέσματα με το σενάριο S1 όσο αφορά το συνολικό σφάλμα και τις τιμές του κριτηρίου Crhj προκύπτουν και για το σενάριο S2 (βλ. Πίνακα 4.1 και Σχ. 4.6), το οποίο διαφέρει από το S1 ως προς το ότι κατά τη βελτιστοποίηση τίθεται η δέσμευση ότι οι ζώνες 2 και 3 έχουν την ίδια υδραυλική αγωγιμότητα. Η ελαφρώς μικρότερη τιμή του συνολικού σφάλματος στο σενάριο S1 έναντι του σεναρίου S2 οφείλεται στον επιπλέον βαθμό ελευθερίας για την προσαρμογή των παραμέτρων που παρέχουν οι τρεις ζώνες. Πράγματι, όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.1 οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας προκύπτουν στο σενάριο S1 λίγο διαφορετικές απ ότι στο S2. Τα αποτελέσματα των σεναρίων S1 και S2 δεν είναι ευαίσθητα στις αρχικές τιμές (τιμές εκκίνησης) της υδραυλικής αγωγιμότητας που δίνονται για τη βελτιστοποίηση. Το Σχ. 4.8 δείχνει τη μεταβολή του σφάλματος κατά την επαναληπτική διαδικασία της βελτιστοποίησης για διαφορετικές αρχικές τιμές των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας. Όπως φαίνεται στο Σχ. 4.8 για την περίπτωση Β, στην οποία οι αρχικές τιμές διαφέρουν από τις τελικές περισσότερο απ ότι στην περίπτωση Α, ο κώδικας PEST χρειάζεται για την περίπτωση Β μεγαλύτερο αριθμό επαναλήψεων αλλά καταλήγει στο ίδιο αποτέλεσμα όπως στην περίπτωση Α. Βάσει του γεγονότος ότι: 47

62 (α) το αποτέλεσμα της βελτιστοποίησης δεν εξαρτάται από τις αρχικές τιμές, (β) στο σενάριο SB, οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας των ζωνών 2 και 3 που δοκιμάστηκαν κατά την ρύθμιση με τη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος επιλέχτηκαν από διαστήματα πιθανών τιμών για τις ζώνες αυτές, τα οποία παρουσιάζουν αλληλοεπικάλυψη (βλ. Σχ. 3.6), (γ) η βελτιστοποίηση έγινε βάσει της προσομοίωσης της μη μόνιμης ροής, που σημαίνει ότι η βελτιστοποίηση βασίζεται στο αποτέλεσμα της προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης για διαφορετικές υδρολογικές συνθήκες, θα πρέπει να θεωρηθεί ότι για την υδραυλική αγωγιμότητα τα σενάρια S1 και S2 είναι πιθανότερα από το βασικό σενάριο SB. Τέλος, με βάση τα αποτελέσματα στον Πίνακα 4.1 και του Σχ. 4.6, το σενάριο S3, σύμφωνα με το οποίο οι ζώνες 1 και 2 έχουν την ίδια υδραυλική αγωγιμότητα, δεν μπορεί να περιγράψει τη δυναμική της υπόγειας στάθμης και κατά συνέπεια δεν θεωρείται πιθανό. Κατά πόσον οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που προέκυψαν για τα σενάρια S1 και S2 αντιστοιχούν στις πραγματικές τιμές του μεγέθους αυτού εξαρτάται από την ακρίβεια των τιμών των μεγεθών εμπλουτισμού καθώς επίσης και από τις επιρροές του τρόπου υπολογισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας στις περιοχές των διεπιφανειών των σχηματισμών (βλ. Κεφ. 4.2 και 4.3). Σχήμα 4.8: Μεταβολή του σφάλματος προσδιορισμού των παραμέτρων με τον κώδικα PEST για διαφορετικές αρχικές τιμές (σενάριο S1) 48

63 4.4.3 Επιρροή του αριθμού των παρατηρήσεων στην αξιοπιστία των αποτελεσμάτων προσδιορισμού των υδραυλικών αγωγιμοτήτων με τον κώδικα PEST Όπως αναφέρθηκε στο Κεφ. 4.2, η ασφαλής εκτίμηση του απαιτούμενου αριθμού των παρατηρήσεων της υπόγειας στάθμης για τον προσδιορισμό των άγνωστων παραμέτρων απαιτεί καλή γνώση της γεωλογίας του συστήματος και των υδρολογικών συνθηκών. Επειδή κατά το σχεδιασμό του προγράμματος της μελέτης του υδροφορέα του Γλαύκου το σύστημα δεν ήταν επαρκώς γνωστό, κυρίως όσον αφορά τη γεωλογία και τους μηχανισμούς εμπλουτισμού, κατασκευάστηκε ο μέγιστος αριθμός γεωτρήσεων παρατήρησης της υπόγειας στάθμης, ο οποίος ήταν δυνατός με βάση τους διαθέσιμους πόρους. Στο κεφάλαιο αυτό θα εξεταστεί η επιρροή του αριθμού των παρατηρήσεων στον προσδιορισμό των άγνωστων παραμέτρων. Διερεύνηση για το σενάριο S1 (3 ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας): Σύμφωνα με την Εξ.(4.2) οι άγνωστες παράμετροι για το σενάριο S1 είναι τρείς. Κατά συνέπεια χρειάζονται τουλάχιστον τρεις μετρήσεις της υπόγειας στάθμης, αν δεν ληφθούν υπόψη οι σχέσεις που συνδέουν τις υδραυλικές αγωγιμότητας στις θέσεις αλλαγής των σχηματισμών (βλ. Εξ.(4.6)). Στο Σχήμα 4.9 φαίνονται οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας για τις ζώνες 1, 2 και 3 του σεναρίου S1 που προκύπτουν χρησιμοποιώντας διαφορετικό αριθμό γεωτρήσεων παρατήρησης. Τα σύμβολα στον οριζόντιο άξονα που δεν έχουν το πρόσημο (-) δηλώνουν τις γεωτρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό μιας τιμής της υδραυλικής αγωγιμότητας. Τα σύμβολα με το πρόσημο (-) δηλώνουν ποια γεώτρηση δεν ελήφθη υπ όψιν για τον προσδιορισμό της τιμής της υδραυλικής αγωγιμότητας. Αν θεωρηθεί ότι η πλέον αξιόπιστη τιμή των kf1, kf2 και kf3 είναι εκείνη η οποία προκύπτει με τη χρήση όλων των διαθέσιμων παρατηρήσεων, το Σχ. 4.9 δείχνει ότι για όλες τις ζώνες οι διακυμάνσεις των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας περιορίζονται όταν αυξάνεται ο αριθμός των γεωτρήσεων παρατήρησης που λαμβάνονται υπ όψιν. Ακόμα και στην περίπτωση που δεν λαμβάνεται υπ όψιν έστω και μία μόνο θέση παρατήρησης οι αποκλίσεις των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας από τις βέλτιστες μπορεί να είναι μεγαλύτερες απ ότι σε περιπτώσεις που δεν λαμβάνονται υπόψη περισσότερες της μιας θέσεις παρατήρησης (βλ. π.χ. τις συνέπειες της παράληψης μόνο της G4 για τη ζώνη 1, της G2 για τη ζώνη 2 και της G5 για τη ζώνη 3). Κατά συνέπεια δεν φαίνεται να υπάρχει δυνατότητα προσδιορισμού ενός ελάχιστου αριθμού θέσεων μέτρησης 49

64 για τον προσδιορισμό μιας τιμής της υδραυλικής αγωγιμότητας που να προσεγγίζει ικανοποιητικά την πλέον αξιόπιστη τιμή. Επειδή, επίσης, όπως δείχνει το Σχ. 4.9 τιμές που προσδιορίστηκαν με τη χρήση συγκεκριμένου αριθμού θέσεων παρατήρησης αποκλίνουν περισσότερο από την πλέον αξιόπιστη τιμή απ ότι τιμές που προσδιορίστηκαν με τη χρήση μικρότερου αριθμού θέσεων παρατήρησης, πρέπει να υποθέσει κανείς ότι και η διάταξη των θέσεων παρατήρησης που χρησιμοποιούνται κάθε φορά, όπως άλλωστε συζητήθηκε και παραπάνω, παίζουν ρόλο. Σχήμα 4.9: Τιμές των 3 ζωνών υδραυλικής αγωγιμότητας του σεναρίου S1 με χρήση διαφορετικού αριθμού παρατηρήσεων στον κώδικα PEST Από το Σχ. 4.10, στο οποίο παρουσιάζονται οι τιμές του κριτηρίου Crhj για όλες τις γεωτρήσεις, φαίνεται ότι αποτελέσματα παραπλήσια εκείνων που προκύπτουν αν ληφθούν υπόψη όλες οι γεωτρήσεις, λαμβάνονται και με τη χρήση τριών μόνο γεωτρήσεων. Επειδή όμως δεν υπάρχει συστηματικότητα ως προς το ποιες γεωτρήσεις θα μπορούσαν να μην ληφθούν υπόψη, εξάγεται το συμπέρασμα ότι η χρήση όλων των θέσεων παρατήρησης κατά τη ρύθμιση είναι η πλέον ασφαλής επιλογή. Η άποψη αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι η παράληψη κατά τη ρύθμιση έστω και μιας μόνο γεώτρησης παρατήρησης οδηγεί σε κάποιες γεωτρήσεις σε μείωση της τιμής του κριτηρίου Crhi (βλ. π.χ. τις συνέπειες της παράληψης της G5 επί της G5 όπως επίσης της παράληψης της G2 επί της G2). 50

65 Σχήμα 4.10: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις 7 θέσεις παρατήρησης για όλες τις περιπτώσεις του Σχ. 4.9 που αφορούν το σενάριο S1 Διερεύνηση για το σενάριο S2 (2 ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας): 51

66 Οι άγνωστες παράμετροι του μοντέλου στην περίπτωση αυτού του σεναρίου είναι οι υδραυλικές αγωγιμότητες kf1 και kf2. Εάν ληφθεί υπόψη ότι ο προσδιορισμός βασίζεται στον αριθμητικό υπολογισμό της ροής με το MODFLOW και ενδεχομένως θα αρκούσε λόγω της Εξ.(4.6) που χρησιμοποιείται σ αυτό μια θέση παρατήρησης για τον προσδιορισμό των υδραυλικών αγωγιμοτήτων, το Σχ δείχνει ότι αυτό δεν είναι αληθές. Αν θεωρηθεί ότι η πλέον αξιόπιστη τιμή της kf1 είναι εκείνη η οποία προκύπτει με τη χρήση όλων των διαθέσιμων παρατηρήσεων, οι τιμές που προκύπτουν από τη χρήση της χρονοσειρά μιας μόνο θέσης παρατήρησης διαφέρουν για τη ζώνη 1 σημαντικά από την πλέον αξιόπιστη τιμή (μέγιστη απόκλιση περίπου 115%). Για τη ζώνη 2 αντίθετα οι αποκλίσεις από την πλέον αξιόπιστη τιμή είναι μικρές (μικρότερες του 12%). Οι αποκλίσεις της υδραυλικής αγωγιμότητας από τις πλέον αξιόπιστες τιμές μειώνονται και για τις δύο ζώνες με την αύξηση του αριθμού των θέσεων παρατήρησης που λαμβάνονται υπόψη. Οι τιμές του κριτηρίου Crhj στο Σχ δείχνουν ότι η χρησιμοποίηση ακόμα και αρκετά περισσοτέρων της μιας θέσεων παρατήρησης, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης σε κάποιες θέσεις (βλ. π.χ. στο Σχ τις τιμές Crhj για τις γεωτρήσεις G1, G2 και G8) αποκλίνουν από εκείνα που προκύπτουν αν χρησιμοποιηθούν όλες οι θέσεις παρατήρησης. Ο διαφορετικός βαθμός προσέγγισης που επιτυγχάνεται για την προσομοίωση της υπόγειας στάθμης στις διάφορες θέσεις μειώνοντας τον αριθμό των θέσεων παρατήρησης που χρησιμοποιείται κατά τη ρύθμιση του μοντέλου, υποδεικνύει και εδώ ότι είναι σκόπιμο να χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση όλες οι διαθέσιμες θέσεις παρατήρησης. Σχήμα 4.11: Τιμές των 2 ζωνών υδραυλικής αγωγιμότητας του σεναρίου S2 με χρήση διαφορετικού αριθμού παρατηρήσεων στον κώδικα PEST 52

67 Σχήμα 4.12: Τιμές του κριτηρίου Crh j στις 7 θέσεις παρατήρησης για όλες τις περιπτώσεις του Σχ που αφορούν το σενάριο S2 53

68 4.5 Εφαρμογή του κώδικα PEST με μοναδικό άγνωστο μέγεθος την κατείσδυση από την κοίτη του π. Γλαύκου Σενάρια για τον προσδιορισμό της κατείσδυσης από την κοίτη του Γλαύκου: Από τη διερεύνηση αυτή αναμένονται, όπως αναφέρθηκε στο Κεφ. 4.2, ενδείξεις σχετικά με ενδεχόμενες αβεβαιότητες του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου. Εξετάστηκαν τα εξής σενάρια: (1) Σενάριο IR1: Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S1. (2) Σενάριο IR2: Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S2. Για όλα τα παραπάνω σενάρια ισχύουν οι εξής παραδοχές: (α) η ροή στον υδροφορέα είναι μη μόνιμη. (β) Οι χρονοσειρές των υπόλοιπων συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου, δηλ. της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων και των πλευρικών εισροών θεωρούνται γνωστές, όπως προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013). (γ) Οι απολήψεις των δημοτικών και αρδευτικών γεωτρήσεων θεωρούνται γνωστές όπως προσδιορίστηκαν από το Ζιώγα (2013). (δ) Τα όρια μεταβολής του ενιαίου πολλαπλασιαστή της χρονοσειράς είναι από 0 έως 3. (ε) Οι παρατηρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την βελτιστοποίηση της κατείσδυσης από τον ποταμό είναι οι χρονοσειρές της υπόγειας στάθμης που μετρήθηκαν στις επτά γεωτρήσεις παρατήρησης. (στ) Για τις παραμέτρους που ρυθμίζουν την εκτέλεση του αλγορίθμου χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιες τιμές όπως στην περίπτωση της βελτιστοποίησης των υδραυλικών αγωγιμοτήτων (βλ. Κεφ ). 54

69 4.5.2 Αξιολόγηση των σεναρίων της κατείσδυσης από τον ποταμό που διερευνήθηκαν Για τα σενάρια IR1 και IR2 μόνο άγνωστο μέγεθος είναι ο παράγοντας, με τον οποίον πολλαπλασιάζεται η χρονοσειρά της κατείσδυσης από τον ποταμό. Οι βέλτιστες τιμές του ενιαίου πολλαπλασιαστή για την κατείσδυση από τον ποταμό δίδονται στον Πίνακα 4.2 και έχουν τιμή πολύ κοντά στην μονάδα. Επειδή ο προσδιορισμός του πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης έγινε με τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας οι οποίες προσδιορίστηκαν μέσω του κώδικα PEST με δεδομένη τη χρονοσειρά της κατείσδυσης, τα αποτελέσματα του πίνακα 4.2 (τιμές του πολλαπλασιαστή κοντά στη μονάδα και μέγιστα σφάλματα βελτιστοποίησης μικρότερα από εκείνα που προέκυψαν κατά τον προσδιορισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας, βλ. Πίνακα 4.1) θα μπορούσαν να θεωρηθούν ένδειξη ότι το μοντέλο δεν παρουσιάζει αβεβαιότητες (βλ. Κεφ. 4.2). Δεν πρέπει όμως να αποκλειστεί το ενδεχόμενο ότι το αποτέλεσμα αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κατείσδυση από τον ποταμό δεν επηρεάζει έντονα την υπόγεια στάθμη στις επτά θέσης μέτρησής της που χρησιμοποιήθηκαν για τη ρύθμιση του μοντέλου αλλά μόνο σε δύο αυτές. Όπως φαίνεται στο Σχ οι θέσεις μέτρησης της υπόγειας στάθμης που χρησιμοποιήθηκαν στη ρύθμιση και επηρεάζονται άμεσα από την κατείσδυση από τον ποταμό είναι οι θέσεις G8 και G10. Έτσι παρά τις τιμές του Πίνακα 4.2 δεν μπορεί να αποκλειστεί το ενδεχόμενο το μοντέλο να παρουσιάζει αβεβαιότητες. Πίνακας 4.2: Τιμές του ενιαίου πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού Γλαύκου όπως υπολογίστηκαν από το PEST για τα σενάρια IRB, IR1 και ΙR2 Σενάριο IR1 (PEST) Σενάριο IR2 (PEST) Ενιαίος Πολλαπλασιαστής Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 )

70 Σχήμα 4.13: Κελιά εμπλουτισμού από τον ποταμό Γλαύκο σε συνδυασμό με τις 3 ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας και θέσεις γεωτρήσεων παρατήρησης Εφαρμογή του κώδικα PEST με μοναδικό άγνωστο αφενός την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις και αφετέρου τις πλευρικές εισροές από τα όρια των περιοχών Σαραβαλίου-Κρήνης και του χείμαρρου Διακονιάρη Σενάρια που διερευνήθηκαν: Όπως και στο Κεφ. 4.5 από τη διερεύνηση αυτή αναμένονται ενδείξεις σχετικά με ενδεχόμενες αβεβαιότητες στο μοντέλο του υδροφορέα του Γλαύκου. Εξετάστηκαν τα εξής σενάρια: (α) Για την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις (1) Σενάριο IP1: Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S1. (2) Σενάριο IP2: Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, 56

71 η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S2. (β) Για τις πλευρικές εισροές (1) Σενάριο R1: Οι χρονοσειρές των πλευρικών εισροών από τις περιοχές Σαραβαλίου- Κρήνης και χείμαρρου Διακονιάρη είναι εκείνες που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένες η κάθε μια με έναν συντελεστή, η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S1. (2) Σενάριο R2: Οι χρονοσειρές των πλευρικών εισροών από τις περιοχές Σαραβαλίου- Κρήνης και χείμαρρου Διακονιάρη είναι εκείνες που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένες η κάθε μια με έναν συντελεστή, η βέλτιστη τιμή του οποίου προσδιορίζεται με το PEST. Για την υδραυλική αγωγιμότητα λαμβάνονται οι τιμές του σεναρίου S2. Για όλα τα παραπάνω σενάρια ισχύουν ανάλογες παραδοχές με εκείνες που ισχύουν στο Κεφ Αξιολόγηση των σεναρίων προσδιορισμού αφενός της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις και αφετέρου των πλευρικών εισροών Οι βέλτιστες τιμές του ενιαίου πολλαπλασιαστή για την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.3 και για τις πλευρικές εισροές στον πίνακα 4.4. Και για τις δύο περιπτώσεις οι τιμές του πολλαπλασιαστή παρουσιάζουν σχετικά μικρές αποκλίσεις από τη μονάδα, όπως αναμένεται για την περίπτωση που το μοντέλο του Γλαύκου δεν παρουσιάζει αβεβαιότητες (βλ. Κεφ. 4.2 και Κεφ ). Αυτές οι αποκλίσεις όμως είναι μεγαλύτερες από εκείνες που προέκυψαν για τον πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού (μέχρι 15% για τις βροχοπτώσεις και μέχρι 22% για τον Διακονιάρη). Επειδή οι βροχοπτώσεις επηρεάζουν όλες τις γεωτρήσεις μέτρησης της υπόγειας στάθμης πλην της G5, η οποία βρίσκεται σε περιοχή όπου δεν λαμβάνει χώρα εμπλουτισμός από βροχοπτώσεις (κατάντη της οδού Ακρωτηρίου, βλ. Σχ. 4.13), οι αποκλίσεις της τιμής του πολλαπλασιαστή της βροχόπτωσης από τη μονάδα αποτελούν ισχυρότερη ένδειξη κάποιων αβεβαιοτήτων στο μοντέλο (βλ. και αντίστοιχη συζήτηση στο Κεφ ). Οι αποκλίσεις όμως του πολλαπλασιαστή της πλευρικής εισροής από τον Διακονιάρη κατά 22% από τη μονάδα σε συνδυασμό με την συγκριτικά με άλλες γεωτρήσεις χαμηλή τιμή του κριτηρίου Crhi που επιτυγχάνεται στη γεώτρηση G1 (βλ. 57

72 Σχήματα 4.10 και 4.12) πρέπει να θεωρηθεί ισχυρή ένδειξη ότι το μοντέλο δεν περιγράφει με ακρίβεια την δυναμική συμπεριφορά της υπόγειας στάθμης στην περιοχή του ορίου του Διακονιάρη. Πίνακας 4.3: Τιμές του ενιαίου πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις όπως υπολογίστηκαν από το PEST για τα σενάρια IP1 και ΙP2 Σενάριο IP1 (PEST) Σενάριο IP2 (PEST) Ενιαίος Πολλαπλασιαστής Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 ) Πίνακας 4.4: Τιμές των ενιαίων πολλαπλασιαστών των πλευρικών εισροών όπως υπολογίστηκαν από το PEST για τα σενάρια R1 και R2 Ενιαίος Πολλαπλασιαστής Σενάριο R1 (PEST) Σενάριο R2 (PEST) Πλ. εισροή Σαραβαλίου- Κρήνης Πλ. εισροή χείμαρρου Διακονιάρη Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 )

73 4.6 Εφαρμογή του κώδικα PEST για αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυση από την κοίτη του ποταμού Γλαύκου Σενάρια που διερευνήθηκαν: (1) Σενάριο CIR1: Ο υδροφορέας θεωρείται ότι παρουσιάζει τρείς ζώνες διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας, όπως προτάθηκε από τον Ζιώγα (2013). Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες είναι άγνωστες. Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η τιμή του οποίου είναι άγνωστη. Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες και ή τιμή του πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης θα υπολογιστούν με τον κώδικα PEST. (2) Σενάριο CIR2: Ο υδροφορέας θεωρείται ότι παρουσιάζει δύο ζώνες διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας (σενάριο S2, βλ. Κεφ ). Η χρονοσειρά της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η τιμή του οποίου είναι άγνωστη. Η τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας στις δύο ζώνες του υδροφορέα και ή τιμή του πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης θα υπολογιστούν με τον κώδικα PEST. Για όλα τα παραπάνω σενάρια ισχύουν οι εξής παραδοχές: (α) η ροή στον υδροφορέα είναι μη μόνιμη. (β) Οι χρονοσειρές των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου πλην της κατείσδυσης από τον ποταμό, δηλ. της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων και των πλευρικών εισροών θεωρούνται γνωστές, όπως προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013). (γ) Οι απολήψεις των δημοτικών και αρδευτικών γεωτρήσεων θεωρούνται γνωστές όπως προσδιορίστηκαν από το Ζιώγα (2013). (δ) Τα όρια μεταβολής του ενιαίου πολλαπλασιαστή της χρονοσειράς είναι από 0 έως 3 (ε) Ως αρχικές τιμές για τις υδραυλικές αγωγιμότητες kf1, kf2 και kf3 χρησιμοποιήθηκαν στον κώδικα PEST οι τιμές που προσδιορίστηκαν από τον Ζιώγα (2013) (βλ. Πίνακα 4.1). (στ) Τα όρια μεταβολής των τιμών των υδραυλικών αγωγιμοτήτων ορίστηκαν ως εξής: - 1Ε-15<kf1<1Ε29-1Ε-15<kf2<1Ε29-1Ε-15<kf3<1Ε2 (ζ) Ως εκ των προτέρων πληροφορία χρησιμοποιήθηκε η παραδοχή ότι ο υδροφορέας είναι σε όλη του την έκταση ισότροπος 59

74 (η) Οι παρατηρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την βελτιστοποίηση των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυσης του ποταμού είναι οι χρονοσειρές της υπόγειας στάθμης που μετρήθηκαν στις επτά γεωτρήσεις παρατήρησης. (θ) Για τις παραμέτρους που ρυθμίζουν την εκτέλεση του αλγορίθμου χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιες τιμές όπως στην περίπτωση της βελτιστοποίησης μόνο των υδραυλικών αγωγιμοτήτων (βλ. Κεφ ) Αξιολόγηση των σεναρίων προσδιορισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυσης από τον ποταμό που διερευνήθηκαν Οι βέλτιστες τιμές που προέκυψαν για τις υδραυλικές αγωγιμότητες kf1, kf2 και kf3 και για τον πολλαπλασιαστή της χρονοσειράς της κατείσδυσης από τον ποταμό στα 2 σενάρια που περιγράφονται προηγουμένως, παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.5. Για το σενάριο CIR1 δίδονται στον Πίνακα 4.5 τρεις τιμές, δύο εκ των οποίων είναι όμως ίσες μεταξύ τους λόγω της ενοποίησης των ζωνών. Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας για τα σενάρια CIR1 και CIR2 είναι περίπου ίσες με τις τιμές των σεναρίων S1 και S2 (βλ. Πίνακα 4.1), οι οποίες προσδιορίστηκαν όταν μόνα άγνωστα μεγέθη ήταν οι υδραυλικές αγωγιμότητες. Οι τιμές των συνολικών σφαλμάτων του PEST στον Πίνακα 4.5 είναι περίπου ίσες με τις αντίστοιχες τιμές στον Πίνακα 4.1, πράγμα που δηλώνει ότι οι προσομοιώσεις των χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης είναι για τις δύο περιπτώσεις παρόμοια. Εάν ληφθεί υπόψη η διάταξη των γεωτρήσεων, οι μετρήσεις των οποίων λαμβάνονται υπόψη στη ρύθμιση (βλ. Σχ. 4.13), το γεγονός ότι η τιμή του πολλαπλασιαστή της χρονοσειράς της κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού προκύπτει και εδώ περίπου ίση με τη μονάδα, ενισχύει περισσότερο την άποψη ότι η κατείσδυση από τον ποταμό δεν επηρεάζει επαρκώς τις μετρήσεις της υπόγειας στάθμης παρά την άποψη ότι το μοντέλο δεν παρουσιάζει αβεβαιότητες (βλ. και Κεφ ). 60

75 Πίνακας 4.5: Τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας και του πολλαπλασιαστή κατείσδυσης από την κοίτη του ποταμού που υπολογίστηκαν με το PEST για τα σενάρια S1, S2 και S3. Ζώνη Σενάριο CIR1 (PEST) Σενάριο CIR2 (PEST) k f1 (m/d) k f2 (m/d) k f3 (m/d) Πολ/σιαστής κατείσδυσης ποταμού Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 ) Εφαρμογή του κώδικα PEST για αγνώστους τις τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας και την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις στη λεκάνη του Γλαύκου Σενάρια που διερευνήθηκαν: (1) Σενάριο CIP1: Ο υδροφορέας θεωρείται ότι παρουσιάζει τρείς ζώνες διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας, όπως προτάθηκε από τον Ζιώγα (2013). Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες είναι άγνωστες. Η χρονοσειρά της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η τιμή του οποίου είναι άγνωστη. Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες και ή τιμή του πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης θα υπολογιστούν με τον κώδικα PEST. (2) Σενάριο CIP2: Ο υδροφορέας θεωρείται ότι παρουσιάζει δύο ζώνες διαφορετικής υδραυλικής αγωγιμότητας (σενάριο S2, βλ. Κεφ ). Η χρονοσειρά της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων είναι εκείνη που προσδιορίστηκε από τον Ζιώγα (2013) πολλαπλασιασμένη με έναν συντελεστή, η τιμή του οποίου είναι άγνωστη. Η τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας στις δύο ζώνες του υδροφορέα και ή τιμή του πολλαπλασιαστή της κατείσδυσης θα υπολογιστούν με τον κώδικα PEST. Για όλα τα παραπάνω σενάρια ισχύουν παρόμοιες παραδοχές με εκείνες που αναφέρθηκαν στο Κεφ

76 4.7.2 Αξιολόγηση των σεναρίων υπολογισμού της υδραυλικής αγωγιμότητας και της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων που διερευνήθηκαν Οι βέλτιστες τιμές που προέκυψαν για τις υδραυλικές αγωγιμότητες kf1, kf2 και kf3 και ο πολλαπλασιαστής της χρονοσειράς της κατείσδυσης για τα 2 σενάρια που περιγράφονται προηγουμένως παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.6. Για το σενάριο CIP1 δίδονται στον Πίνακα 4.6 τρεις τιμές, δύο εκ των οποίων είναι όμως ίσες μεταξύ τους λόγω της ενοποίησης των ζωνών 2 και 3. Το γεγονός ότι η βελτιστοποίηση των άγνωστων παραμέτρων είναι επιτυχής φαίνεται από τις τιμές του συνολικού σφάλματος του PEST στον Πίνακα 4.6, οι οποίες είναι σχετικά μικρές συγκριτικά με το σφάλμα προσδιορισμού των τιμών των παραμέτρων για άλλα σενάρια (βλ. Πίνακες 4.1 έως 4.5). Οι τιμές όμως της υδραυλικής αγωγιμότητας που προσδιορίστηκαν για τα σενάρια CIP1 και CIP2 διαφέρουν από τις τιμές που προέκυψαν για όλα τα προηγούμενα σενάρια προσδιορισμού υδραυλικών αγωγιμοτήτων (βλ. Πίνακα 4.1 και 4.5) κατά περίπου 30% για τη ζώνη 1 και περίπου κατά 20% για τις ζώνες 2 και 3 ενώ ο πολλαπλασιαστής της χρονοσειράς της κατείσδυσης των βροχοπτώσεων προέκυψε ίσος περίπου με δύο (διαφορά περίπου 118%). Αυτό σημαίνει ότι η Εξ.(4.2) ικανοποιείται και για ένα σετ τιμών των ανεξάρτητων μεταβλητών που διαφέρει σημαντικά από τις τιμές των παραμέτρων που ικανοποιούν την Εξ.(4.2) για τα σενάρια S1 και S2. Στον Πίνακα 4.7 δίδονται οι λόγοι των τιμών των αδιάστατων παραμέτρων της Εξ.(4.2) που θεωρήθηκαν εδώ ότι είναι άγνωστες για τα σενάριa S1 και CIP1. Επειδή το μοντέλο του Γλαύκου ικανοποιείται για συνδυασμούς παραμέτρων που οι τιμές τους διαφέρουν αρκετά μεταξύ τους (από 20% μέχρι 72%, όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.7) δείχνει ότι το μοντέλο έχει αβεβαιότητες. Επιπλέον, επειδή σύμφωνα με τον Πίνακα 4.6 η κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις προκύπτει περίπου διπλάσια εκείνης που έγινε δεκτή αρχικά, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι πρέπει να κατεισδύει περισσότερο από το 50% του όγκου της βροχής, οι τιμές των παραμέτρων όπως προέκυψαν από την εφαρμογή του PEST στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν μπορούν να γίνουν αποδεκτές. Στη συγκεκριμένη περίπτωση οι αβεβαιότητες του μοντέλου οδηγούν σε μη ρεαλιστικές τιμές των παραμέτρων. 62

77 Πίνακας 4.6: Τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας και του πολλαπλασιαστή κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις που υπολογίστηκαν με το PEST για τα σενάρια CIP1 και CIP2 Ζώνη Σενάριο CIP1 (PEST) Σενάριο CIP2 (PEST) k f1 (m/d) k f2 (m/d) k f3 (m/d) Πολ/σιαστής κατείσδυσης βροχοπτώσεων Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 ) Πίνακας 4.7: Λόγοι των τιμών των αδιάστατων μεταβλητών της Εξ.(4.2) που θεωρήθηκαν εδώ ότι είναι άγνωστες για τα σενάρια S1 και CIP1 Λόγος αδιάστατων παραμέτρων Τιμή ( kf1 / kf3 )CIP1 / ( kf1 / kf3 )S ( kf2 / kf3 )CIP1 / ( kf1 / kf3 )S ( Ip / kf3 )CIP1 / ( kf1 / kf3 )S ( Ir / kf3 )CIP1 / (Ir / kf3 )S ( R1 / kf3 )CIP1 / (R1 / kf3 )S ( R2 / kf3 )CIP1 / (R2 / kf3 )S

78 64

79 5 Εφαρμογή του μοντέλου για την περίοδο και βελτίωση της ρύθμισης 5.1 Δεδομένα για την περίοδο Για τη χρονική επέκταση του μοντέλου του υδροφορέα του Γλαύκου έως το Σεπτέμβριο του 2015 και την προσομοίωση της υπόγειας στάθμης κατά την περίοδο χρησιμοποιήθηκαν τα εξής δεδομένα: - Για την κατείσδυση από τον ποταμό Γλαύκο χρησιμοποιήθηκε η ίδια διαδικασία υπολογισμού της από την παροχή του ποταμού όπως για την περίοδο (βλ. Κεφ. 3.8). Οι τιμές της κατείσδυσης για κάθε δεκαήμερο χρονικό βήμα προέκυψαν από τις τιμές του περισσεύματος της απορροής του ποταμού. Το περίσσευμα της απορροής (βλ. Σχ. 5.1) του ποταμού προκύπτει με την αφαίρεση της παροχής που εκτρέπεται προς την περιοχή του Ριγανόκαμπου από τη μέτρηση της απορροής του ποταμού στο ύψος του Υδροηλεκτρικού Εργοστασίου της Δ.Ε.Η. Σχήμα 5.1: Χρονοσειρές απορροής και περισσεύματος απορροής του ποταμού Γλαύκου για την επέκταση του μοντέλου έως το Σεπτέμβριο Για την κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις, χρησιμοποιήθηκαν επίσης η ίδια διαδικασία (ίδιοι συντελεστές κατείσδυσης) που χρησιμοποιήθηκε κατά τη ρύθμιση για την περίοδο (βλ. Κεφ. 3.8). Τα δεδομένα για τις τιμές της βροχής προέρχονται για την περίοδο Απρίλιος του 2012 έως τον Οκτώβριο του 65

80 2013 από το βροχομετρικό σταθμό Παραλία Πατρών. Λόγω διακοπής λειτουργίας του σταθμού, για την περίοδο Νοέμβριος-2013 έως Σεπτέμβριος-2015 οι τιμές της βροχόπτωσης προσδιορίστηκαν από τα δεδομένα του σταθμού Λιμένας Πατρών. Στο Σχήμα 5.2 φαίνονται οι θέσεις των βροχομετρικών σταθμών. Ο πιο αντιπροσωπευτικός σταθμός για τον υδροφορέα είναι ο σταθμός Οβρυά του οποίου η λειτουργία σταμάτησε το Μάιο του Σχήμα 5.2: Σταθμοί καταγραφής διαθέσιμων βροχομετρικών δεδομένων (από Ζιώγα, 2013) - Για τις πλευρικές εισροές χρησιμοποιήθηκε επίσης η ίδια διαδικασία υπολογισμού όπως την περίοδο (βλ. Κεφ. 3.8). Για την πλευρική εισροή της περιοχής Σαραβαλίου-Κρήνης, η χρονική μεταβολή της προσαρμόζεται στη χρονική μεταβολή της βασικής απορροής από το ορεινό τμήμα της λεκάνης του Γλαύκου. Για την πλευρική εισροή από το χείμαρρο Διακονιάρη, η χρονική μεταβολή της θεωρήθηκε ότι ακολουθεί τη χρονική μεταβολή της απορροής του Γλαύκου. - Για τις αντλούμενες ποσότητες από τις δημοτικές γεωτρήσεις ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία προσδιορισμού των χρόνων λειτουργίας όπως την περίοδο Για τους χρόνους λειτουργίας χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα του συστήματος SCADA της Δ.Ε.Υ.Α.Π. οι χρόνοι λειτουργίας των γεωτρήσεων και οι μέσες παροχές άντλησης (βλ. Κεφ. 3.5). Για τις μέσες παροχές άντλησης σε ορισμένες γεωτρήσεις έγινε επανεκτίμηση των τιμών τους για όλη τη περίοδο ρύθμισης Επίσης προστίθενται 3 γεωτρήσεις (Πειραïκή Πατραïκή, Ροδοπούλου, Τ.Ο.Ε.Β) οι οποίες λειτουργούν στην περιοχή κατά την περίοδο , οι 66

81 οποίες δεν είχαν ληφθεί υπόψιν κατά τη ρύθμιση της περιόδου Οι τιμές των παροχών άντλησης δίνονται στον πίνακα Για τις αρδευτικές γεωτρήσεις του υδροφορέα χρησιμοποιήθηκε ο ίδιος ετήσιος όγκος άντλησης καθώς και ίδια η χρονική κατανομή του όπως κατά τα έτη (βλ. Κεφ. 3.8). Πίνακας 5.1: Τιμές των μέσων παροχών άντλησης των δημοτικών γεωτρήσεων για τις περιόδους ρύθμισης και Μέση παροχή άντλησης A/A Γεώτρηση εκτίμηση Ζιώγα νέα εκτίμηση m 3 /hr m 3 /hr 1 Πειραïκή Πατραïκή ΔΕΗ Ροδοπούλου Αράπη Λαχαναγορά Λαχαναγορά Λαχαναγορά Παλαιά Ταραμπούρα Λαλιώτη Ταραμπούρα Ταραμπούρα Μπεγουλάκι Νέα Μπεγουλάκι Παλαιά Καρναβαλικά (Πετρωτό) Εγλυκάδα Εγλυκάδα Εγλυκάδα Εθνικό Στάδιο Τ.Ο.Ε.Β

82 Για τον έλεγχο των προσομοιώσεων της υπόγειας στάθμης εισήχθησαν οι μετρημένες τιμές υπόγειας στάθμης ανά δεκαήμερο για την περίοδο προσομοίωσης από τις 6 γεωτρήσεις παρατήρησης, καθώς ο αισθητήρας καταγραφής υπόγειας στάθμης της G8 καταστράφηκε τον Απρίλιο του Οι καταγραφές της υπόγειας στάθμης πραγματοποιούνται σε ημερήσια βάση. Για την εισαγωγή των υπόγειων σταθμών στο μοντέλο απαιτείται η μετατροπή των μετρήσεων του βάθους από τους αισθητήρες σε απόλυτα υψόμετρα (a.s.l). Λόγω διαφόρων προβλημάτων συντήρησης των αισθητήρων, οι μετρήσεις υπόγειας στάθμης εμφανίζουν κενά, τα οποία αναφέρονται στον πίνακα 5.2. Για τις γεωτρήσεις G1 και G2 συμπληρώθηκαν οι τιμές τις υπόγειας στάθμης για τις περιόδους 1/4/ /2/2014 και 20/2/ /10/2014 αντιστοίχως. Οι ελλείπουσες τιμές της χρονοσειράς G1 για το διάστημα από 06/04/ /02/2014 συμπληρώθηκαν με τη βοήθεια της χρονοσειράς G2, με την οποία η G1 παρουσιάζει υψηλό βαθμό γραμμικής συσχέτισης (R=0.975). Η εξίσωση της απλής γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ των δύο γεωτρήσεων είναι: G1= G2. Οι ελλείπουσες τιμές της χρονοσειράς της G2 για το διάστημα 10/02/ /11/2015 συμπληρώθηκαν με τη βοήθεια της χρονοσειράς της G10, με την οποία η G2 για το διάστημα 01/05/ /04/2016 παρουσιάζει υψηλό βαθμό γραμμικής συσχέτισης (R=0.995). Η εξίσωση της απλής γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ των δύο γεωτρήσεων είναι: G2= G10. Πίνακας 5.2: Χρονικά διαστήματα μη καταγραφής υπόγειας στάθμης στις γεωτρήσεις παρατήρησης για την περίοδο Γεώτρηση Μη καταγραφή υπόγειας στάθμης Μη καταγραφή υπ. στάθμης από έως μήνες Παρατηρήσεις G1 1/4/ /5/ G2 20/2/ /10/ G4 1/4/ /5/ G5 31/5/ /5/ G6 20/3/ /6/ G Εκτός λειτουργίας G10 30/1/ /5/

83 Για την περίοδο πραγματοποιήθηκαν οι εξής προσομοιώσεις: - Προσομοίωση 1: Τρεις ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας όπως στο σενάριο SB (βλ. Πίν. 4.1, Κεφ ). Εισροές και απολήψεις όπως περιγράφονται στο Κεφ Προσομοίωση 2: Δύο ζώνες υδραυλικής αγωγιμότητας όπως στο σενάριο S2 (βλ. Πίν. 4.1, Κεφ ). Εισροές και απολήψεις όπως περιγράφονται στο Κεφ Αποτελέσματα προσομοιώσεων για τη χρονική περίοδο Στον Σχήμα 5.3 παρουσιάζονται οι τιμές του κριτηρίου Crhj που προκύπτουν από τις προσομοιώσεις των χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης για την περίοδο Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σε όλες τις γεωτρήσεις παρατήρησης, πλην της G2, δεν είναι αποδεκτά. Για τις γεωτρήσεις G5 και G10 οι τιμές του κριτηρίου Crhj είναι αρνητικές (βλ. γεωτρήσεις G5 και G10 στο Σχ. 5.3). Σχήμα 5.3: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 για την περίοδο Σχήμα 5.4: Αποτελέσματα προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησης G2 και G10 για την περίοδο ρύθμισης , βάσει προσομοιώσεων 1 και 2 69

84 Στο Σχήμα 5.4 παρουσιάζονται οι χρονοσειρές της υπόγειας στάθμης για τις γεωτρήσεις G2 και G10 για το χρονικό διάστημα στο οποίο λειτουργούν οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες καταγραφής υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησης. Και στις δύο προσομοιώσεις υδραυλικής αγωγιμότητας το μοντέλο προσομοιώνει τη χρονική μεταβολή της υπόγειας στάθμης με τιμές χαμηλότερες από τις μετρημένες. Κατά την περίοδο οι αποκλίσεις των προσομοιωμένων τιμών από τις μετρημένες γίνονται εντονότερες. Προβλήματα στα αποτελέσματα του μοντέλου παρουσιάζονται και κατά την περίοδο Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για τις απολήψεις από τις δημοτικές γεωτρήσεις στις προσομοιώσεις 1 και 2 χρησιμοποιήθηκαν οι νέες εκτιμήσεις των παροχών άντλησης των δημοτικών γεωτρήσεων (βλ. Πίνακα 5.1). Στο Σχήμα 5.5 παρουσιάζονται για την περίοδο οι τιμές του κριτηρίου Crhj που προκύπτουν από τις προσομοιώσεις 1 και 2 των χρονοσειρών της υπόγειας στάθμης καθώς και οι τιμές του κριτηρίου αυτού για τα σενάρια SB και S2 (βλ. Κεφ ). Τα ποσοστά των αποκλίσεων στις τιμές του κριτηρίου για την προσομοίωση 1 σε σύγκριση με το σενάριο SB και την προσομοίωση 2 σε σύγκριση με το σενάριο S2 φθάνουν στο 85% και 72% αντίστοιχα. Αν και τα ποσοστά αυτά είναι αρκετά μεγάλα, με αποτέλεσμα οι προσομοιώσεις να μην είναι αποδεκτές, είναι αναμενόμενα. Η αλλαγή της εκτίμησης των παροχών των δημοτικών γεωτρήσεων, χωρίς να πραγματοποιείται κάποια άλλη αλλαγή στις εισροές του μοντέλου επηρεάζει αρνητικά τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Σχήμα 5.5: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 ( ) και των αντίστοιχων σεναρίων προηγούμενης ρύθμισης ( ) για την περίοδο

85 Στον Πίνακα 5.3 παρουσιάζονται οι όγκοι νερού που αντλούνται από τις δημοτικές γεωτρήσεις για την περίοδο και συγκρίνονται με του αντίστοιχους όγκους από τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013). Για τα 3 υδρολογικά έτη, στα οποία η παρούσα ρύθμιση συμπίπτει χρονικά με τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013), η νέα εκτίμηση των παροχών στις δημοτικές γεωτρήσεις προκαλεί αύξηση του ετήσιου όγκου αντλούμενου νερού από τον υδροφορέα περίπου 8%. Για την σωστή λειτουργία του μοντέλου θα χρειαστεί επαναρρύθμιση του εμπλουτισμού του υδροφορέα ούτως ώστε να αυξηθούν οι εισροές και να καλυφθεί η απώλεια που δημιουργείται από τις αυξημένες παροχές άντλησης των δημοτικών γεωτρήσεων. Σημειώνεται ότι η κατείσδυση από τον ποταμό είναι ένα από τα μεγέθη που προσδιορίστηκε κατά τη ρύθμιση του μοντέλου για την περίοδο ενώ οι απολήψεις θεωρήθηκαν γνωστές. Κατά συνέπεια η αξιοπιστία της τιμής που προέκυψε για τον εμπλουτισμό είναι συνάρτηση της τιμής που ελήφθη υπόψη για τις απολήψεις. Πίνακας 5.3: Τιμές των αντλούμενων ετήσιων όγκων από τις δημοτικές γεωτρήσεις βάσει των εκτιμήσεων για τις μέσες παροχές άντλησης του Ζιώγα (2013) και της νέας εκτίμησης ( βλ. Πίν. 5.1) για την περίοδο ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΔΗΜΟΤΙΚΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ υδρολ. έτος Ρύθμιση Ζιώγα (2013) Ρύθμιση περιόδου Διαφορά m3/yr m3/yr % E E E E E E Βελτίωση της ρύθμισης για την περίοδο Σύμφωνα με τα παραπάνω, οι συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου, οι οποίες πρέπει να επαναρρυθμιστούν, είναι: α) η κατείσδυση από τον ποταμό Γλαύκο, β) η κατείσδυση των βροχοπτώσεων και γ) οι πλευρικές εισροές. 71

86 Επειδή η τιμή της κατείσδυσης από τις βροχοπτώσεις βρίσκεται κοντά στα ανώτατα πιθανά όρια (βλ. Κεφ. 4.7), όπως επίσης και οι τιμές των πλευρικών εισροών στις περιοχές Σαραβαλίου-Κρήνης και Διακονιάρη-Ελεκίστρα (βλ. Κεφ. 3.5 και Πίνακα 3.2), η κατείσδυση από τον ποταμό είναι η μόνη συνιστώσα που μπορεί να επανεξεταστεί, καθόσον η τιμή της που χρησιμοποιείται στο μοντέλο είναι αρκετά μικρότερη από το πιθανό άνω όριό της (βλ. Κεφ. 3.5 και Πίνακα 3.2). Για τον προσδιορισμό της τιμής κατείσδυσης από τον ποταμό χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της δοκιμής και σφάλματος, επειδή, όπως συζητήθηκε στα Κεφ. 4.5 και 4.6, ο προσδιορισμός με τη χρήση του κώδικα PEST δεν είναι δυνατός. Έτσι, για να καλυφθεί η ετήσια αύξηση των αντλήσεων από τον υδροφορέα κατά 8%, η οποία διαπιστώθηκε από την επανεκτίμηση των παροχών άντλησης της ΔΕΥΑΠ (βλ. Πίνακα 5.3), το ποσοστό της κατείσδυσης από τον ποταμό διατηρήθηκε για την αρχή της υγρής περιόδου (Αύγουστος- Νοέμβριος) στο 80% της παροχής του ποταμού, ενώ για το υπόλοιπο διάστημα κάθε υδρολογικού έτους (Δεκέμβριος-Ιούλιος) αυξάνεται κατά 10% (βλ. Σχ. 5.6). Αυτή η αύξηση της κατείσδυσης από τον ποταμό σε ετήσια βάση καλύπτει την ετήσια αύξηση των απολήψεων. Η χρονοσειρά της κατείσδυσης που προκύπτει κατ αυτόν τον τρόπο δίνεται στον Σχ. 5.7 μαζί με εκείνη που χρησιμοποιήθηκε από τον Ζιώγα (2013). Σχήμα 5.6: Χρονική μεταβολή της κατείσδυσης από τον ποταμό ως ποσοστό της απορροής του σύμφωνα με τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013) και τη νέα ρύθμιση για την περίοδο

87 Σχήμα 5.7: Τιμές των χρονοσειρών της κατείσδυσης από τον ποταμό σύμφωνα με τη ρύθμιση του Ζιώγα (2013) και τη νέα ρύθμιση για την περίοδο Οι τιμές του κριτηρίου Crhj που προκύπτει από τις προσομοιώσεις 1 και 2 με τη νέα χρονοσειρά της κατείσδυσης από τον Γλαύκο δίδονται στο Σχ. 5.8 μαζί με τις αντίστοιχες τιμές που προκύπτουν αν για τις δύο προαναφερθείσες προσομοιώσεις χρησιμοποιηθεί για την κατείσδυση η χρονοσειρά του Ζιώγα (2013). Από τις τιμές στο Σχ. 5.8 προκύπτει ότι για την προσομοίωση 1 η τιμή του Crhj βελτιώθηκε σε σχέση με τις τιμές που προκύπτουν με χρήση της αρχικής χρονοσειράς της κατείσδυσης (Ζιώγας, 2013) σε ποσοστά που κυμαίνονται από 108% έως 1000% με εξαίρεση τη θέση G2, της οποίας η τιμή μειώθηκε κατά 15%. Για την προσομοίωση 2 σε όλες τις γεωτρήσεις παρατήρησης επιτεύχθηκε αύξηση της τιμής του Crhj η οποία κυμαίνεται από 34% έως 5500%. Συνολικά τα αποτελέσματα του κριτηρίου Crhj των προσομοιώσεων 1 και 2 με τη νέα ρύθμιση της κατείσδυσης του ποταμού για την περίοδο είναι ικανοποιητικά. Οι διαφορές των τιμών Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 από τις αντίστοιχες τιμές των περιπτώσεων SB και S2 (βλ. Πίν. 4.1 Κεφ ) της περιόδου είναι αναμενόμενες διότι για τον υπολογισμό των τιμών του κριτηρίου για τις προσομοιώσεις 1 και 2 χρησιμοποιείται για το κριτήριο Crhj διπλάσιος αριθμός μετρημένων της στάθμης, άρα υπεισέρχεται στον υπολογισμό διπλάσιος αριθμός αποκλίσεων των προσομοιωμένων από τις μετρημένες τιμές της υπόγειας στάθμης, καθώς η περίοδος ρύθμισης για τα σενάρια 1 και 2 είναι 7 χρόνια (Αυγ Σεπτ. 2015) ενώ για τα αντίστοιχα σενάρια της περιόδου SB και S2 είναι περίπου 3.5 χρόνια (Αυγ Απρ. 2012). 73

88 Σχήμα 5.8: Τιμές κριτηρίου Crh j για τις προσομοιώσεις 1 και 2 σύμφωνα με την αρχική και τη νέα ρύθμιση της κατείσδυσης του ποταμού ποταμού για την περίοδο Πίνακας 5.4: Τιμές παραμέτρων υδρολογικού ισοζυγίου των προσομοιώσεων 1 και 2 βάσει της νέας ρύθμισης του μοντέλου για την περίοδο Παράμετροι Υδρολογικού ισοζυγίου ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ υδρολ. έτος Γλαύκος όριο Σαραβαλίου- Κρήνης όριο Διακονιάρη- Ελεκίστρα Bροχοπτώσεις Δημοτικές γεωτρήσεις γεωτρήσεις άρδευσης m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr m3/yr E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+06 74

89 Οι τιμές των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου για τις προσομοιώσεις 1 και 2 σύμφωνα με τη νέα ρύθμιση για την περίοδο δίνονται στον Πίνακα 5.4. Στο Σχήμα 5.9 παρουσιάζονται οι προσομοιωμένες χρονοσειρές των δύο σεναρίων σε σχέση με τις μετρημένες τιμές της υπόγειας στάθμης. Όπως παρατηρείται οι προσομοιωμένες χρονοσειρές των δύο σεναρίων ακολουθούν χρονικά τη μεταβολή της μετρημένης υπόγειας στάθμης σε όλες της θέσεις παρατήρησης, παρουσιάζοντας τις μεγαλύτερες αποκλίσεις στις αιχμές των χρονοσειρών. Σχήμα 5.6: Αποτελέσματα προσομοίωσης της υπόγειας στάθμης στις θέσεις παρατήρησης για την περίοδο ρύθμισης , βάσει των βελτιωμένων προσομοιώσεων 1 και 2 75

90 5.4 Έλεγχος της ρύθμισης για την περίοδο με τη χρήση του κώδικα PEST Μετά την αλλαγή της χρονοσειράς της κατείσδυσης, έγινε με τη βοήθεια του PEST επαναπροσδιορισμός της υδραυλικής αγωγιμότητας για τις περιπτώσεις των προσομοιώσεων 1 και 2, χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις όλης της περιόδου Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.5. Για την προσομοίωση 1, ομοίως όπως και για την περίοδο , οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας στις τρεις ζώνες υποδεικνύουν μία γεωλογική δομή για τον υδροφορέα διαφορετική από αυτήν που είχε εκτιμηθεί αρχικά. Συγκεκριμένα, οι τιμές της 2 ης και 3 ης ζώνης δεν διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους, υποδεικνύοντας ότι αυτές οι περιοχές του υδροφορέα αποτελούν μια ζώνη. Επίσης, οι τιμές αυτές δεν διαφέρουν από εκείνες που προέκυψαν από τις μετρήσεις της υπόγειας στάθμης για την περίοδο και με χρήση της χρονοσειράς κατείσδυσης από τον ποταμό που προτάθηκε από τον Ζιώγα (2013). Στην προσομοίωση 2, όπου οι ζώνες 2 και 3 έχουν ενοποιηθεί, οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας που προκύπτουν από το PEST με χρήση των μετρήσεων όλης της περιόδου προκύπτουν παρόμοιες με εκείνες που προέκυψαν για την περίοδο ρύθμισης Τα αποτελέσματα αυτά των προσομοιώσεων 1 και 2, τα οποία προκύπτουν για μακρύτερες χρονοσειρές και μετά από τροποποίηση της χρονοσειράς της κατείσδυσης του ποταμού, ενισχύουν την άποψη ότι οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας είναι αξιόπιστες και ότι η κατείσδυση από τον ποταμό δεν έχει σημαντική επιρροή στις θέσεις μέτρησης της υπόγειας στάθμης που χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση του μοντέλου. Πίνακας 5.5: Τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας με τη χρήση PEST για τις προσομοιώσεις 1 και 2 με την αλλαγή της κατείσδυσης από τον ποταμό στην περίοδο Ζώνη Προσομοίωση 1 Προσομοίωση 2 Αρχικές με PEST Αρχικές με PEST kf1 (m/d) kf2 (m/d) kf3(m/d) Συνολικό σφάλμα PEST (m 2 )

91 6 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού στον υδροφορέα του Γλαύκου 6.1 Πιθανές αιτίες ρύπανσης και υπάρχοντα στοιχεία Ο παράκτιος υδροφορέας του Γλαύκου υδροδοτεί την πόλη των Πατρών με σημαντικές ποσότητες νερού σε ετήσια βάση. Για το λόγο αυτό, η μελέτη του υδροφορέα εκτείνεται και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά του υπόγειου νερού του. Πιθανές αιτίες ρύπανσης του υδροφορέα είναι οι εξής: - Η ύπαρξη επιχειρήσεων στην περιοχή, όπως πρατήρια υγρών καυσίμων, μηχανουργείων, λαχαναγοράς κλπ., οι οποίες επεξεργάζονται η διακινούν υλικά που δυνητικά μπορούν να ρυπάνουν τον υδροφορέα. - Η έντονη αστικοποίηση της περιοχής τα τελευταία χρόνια. Η έλλειψη δικτύου αποχέτευσης σε αρκετά τμήματα της περιοχής, δημιουργεί προϋποθέσεις πιθανής ρύπανσης του υδροφορέα από αστικά λύματα. - Η ρύπανση του νερού του ποταμού από υγρά λύματα που διοχετεύονται στην κοίτη ή απορρίμματα που εναποτίθενται στις όχθες, δεδομένου ότι η κατείσδυση από τον ποταμό είναι σημαντική (βλ. Κεφ. 3.5 και 5.3). - Οι πλευρικές εισροές από γειτονικές λεκάνες, εφόσον το νερό που εισρέει είναι ρυπασμένο. Ποιοτικοί έλεγχοι του υπόγειου νερού στον υδροφορέα του Γλαύκου γίνονται από την ΔΕΥΑΠ στις γεωτρήσεις άντλησης. Με βάση υπάρχοντα στοιχεία (βλ. Καλέρης, 2003) η ποιότητα του νερού του υδροφορέα είναι καλή. Προβλήματα έχουν παρατηρηθεί σε γεωτρήσεις στην περιοχή της Λαχαναγοράς, στις οποίες έχει διαπιστωθεί η ύπαρξη φυκών. Για την διερεύνηση της ποιοτικής κατάστασης του υδροφορέα του Γλαύκου στις θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης, έγινε τον Δεκέμβριο του 2015 δειγματοληψία, η οποία όμως ήταν επιτυχής μόνο στις γεωτρήσεις G1, G2, G4 και G5 (βλ. Σχ. 3.5). Στις γεωτρήσεις G6, G10 η δειγματοληψία δεν ήταν επιτυχής για λόγους που θα εξηγηθούν παρακάτω ενώ, όπως έχει αναφερθεί στα προηγούμενα κεφάλαια, ο απαιτούμενος εξοπλισμός της γεώτρησης G8 έχει καταστραφεί. 6.2 Συνεχής καταγραφή ποιοτικών παραμέτρων με τη βοήθεια αισθητήρων. Οι αισθητήρες TROLL-200 (βλ. Κεφ. 3.4), οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι μέσα στις γεωτρήσεις παρατήρησης καταγράφουν, εκτός από την υπόγεια στάθμη, την θερμοκρασία 77

92 του νερού και την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η τυπική μεταβολή της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια ενός υδρολογικού έτους σε όλες τις γεωτρήσεις φαίνεται στο Σχ Η θερμοκρασία παραμένει κατά τη διάρκεια του υδρολογικού έτους περίπου σταθερή με τιμές που κυμαίνονται από περίπου 16.5 ο C μέχρι περίπου 17.5 ο C στις γεωτρήσεις G1, G2, G4, G5, G6 και G10 που βρίσκονται σχετικά μακριά από τον Γλαύκο, ενώ στην G8 που βρίσκεται κοντά στον ποταμό η επιρροή της κατείσδυσης νερού από τον ποταμό προκαλεί μεταβολές εντονότερες μεταβολές στη θερμοκρασία του υπόγειου νερού. Σχήμα 6.1: Μεταβολή της θερμοκρασίας του υπόγειου νερού στις γεωτρήσεις παρατήρησης στον υδροφορέα του Γλαύκου. Οι καταγεγραμμένες τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητα έδειξαν αρχικά ελάχιστη, σχεδόν μηδενική, μεταβολή με τον χρόνο. Αυτό οφείλεται πιθανόν στο γεγονός ότι οι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι μέσα σε σωλήνες διαμέτρου 2, οι οποίοι βρίσκονται μέσα στη γεώτρηση, τη διατρέχουν από την επιφάνεια μέχρι το βάθος εγκατάστασης του αισθητήρα και είναι ανοιχτοί στο κάτω άκρο τους. Αυτοί οι σωλήνες είναι απαραίτητοι ώστε το καλώδιο του αισθητήρα να μην μπλέκεται με την μετροταινία, με την οποία γίνεται κατά διαστήματα μέτρηση της υπόγειας στάθμης, γεγονός που αν συμβεί έχει ως αποτέλεσμα τον εγκλωβισμό της μετροταινίας. Παρά το γεγονός ότι οι σωλήνες αυτοί είναι ανοιχτοί στο κάτω άκρο τους και σε μερικές γεωτρήσεις διάτρητοι στο κατώτερο τμήμα 78

93 τους, φαίνεται ότι δεν επιτρέπουν την επαρκή ανανέωση του νερού στην περιοχή του αισθητήρα. Όπως εξηγείται στο Κεφ. 6.5 αυτή η υπόθεση διερευνήθηκε πειραματικά κατά τη δειγματοληψία από τις γεωτρήσεις και φαίνεται να είναι σωστή. Για το λόγο αυτό η επί τόπου συνεχής καταγραφή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας κρίθηκε αναξιόπιστη και οι τιμές δεν χρησιμοποιούνται. Η ελλιπής ανανέωση του νερού στην περιοχή του αισθητήρα ενδέχεται να έχει συνέπειες και για την θερμοκρασία που καταγράφει αυτός. Επειδή για μεγάλο χρονικό διάστημα για την μέτρηση της στάθμης στις επισκέψεις πεδίου χρησιμοποιείτο μετροταινία, η οποία ήταν εφοδιασμένη και με αισθητήρα μέτρησης θερμοκρασίας, έχει διαπιστωθεί ότι ο μόνιμα εγκατεστημένος αισθητήρας έδινε τιμές κατά περίπου 0.5 ο C χαμηλότερες από ότι ο αισθητήρας της μετροταινίας. Κατά συνέπεια οι συνεχώς καταγραφόμενες τιμές της θερμοκρασίας μπορούν να θεωρηθούν αξιόπιστες. 6.3 Δειγματοληψία υπόγειου νερού με άντληση Η δειγματοληψία σε κάθε μια από τις γεωτρήσεις παρατήρησης έγινε με τη βοήθεια της αντλίας που είναι εγκατεστημένη μέσα σ αυτή. Οι αντλίες είναι φυγοκεντρικού τύπου και έχουν ωφέλιμη ισχύ 7.5 kw. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη δειγματοληψία έχει ως εξής: - Στην έξοδο της αντλίας, η οποία βρίσκεται μέσα στο φρεάτιο της γεώτρηση, τοποθετήθηκε μάνικα (βλ. Σχ. 6.2), ώστε το αντλούμενο νερό να απορρίπτεται σχετικά μακριά από την γεώτρηση και να μην είναι δυνατόν να κατεισδύσει κοντά σ αυτήν. - Μετά την έναρξη της λειτουργίας της αντλίας ελήφθησαν πέντε δείγματα σε χρόνους 15, 30, 60, 90 και Η παροχή άντλησης μετρήθηκε με τη βοήθεια ογκομετρικού δοχείου 40 L σε διάφορες χρονικές στιγμές κατά τη διάρκεια της δίωρης άντλησης, ώστε να ελέγχεται αν η παροχή παραμένει σταθερή. - Κατά τη διάρκεια της άντλησης οι αισθητήρες των γεωτρήσεων προγραμματίστηκαν να καταγράφουν και να αποθηκεύουν δεδομένα σε χρονικό βήμα ενός λεπτού, ούτως ώστε να παρακολουθείται η συνεχής μεταβολή των τιμών των παραμέτρων κατά την άντληση. - Τα δείγματα λαμβάνονταν στην εκροή της μάνικας σε πλαστικά μπουκάλια νερού 0.5 L. Τα μπουκάλια σφραγίζονταν και σημαίνονταν αναφορικά με τη θέση δειγματοληψίας και την ώρα λήψης του δείγματος. Ο πρόχειρος αυτός τρόπος 79

94 λήψης των δειγμάτων οφείλεται στο ότι σκοπός αυτής της πρώτης δειγματοληψίας ήταν να δοκιμαστεί η διαδικασία και να γίνουν διερευνητικές αναλύσεις για την ποιοτική κατάσταση του νερού. Ο λόγος για τον οποίον κατά τις πρώτες αυτές δοκιμές ελήφθησαν δείγματα σε διάφορες χρονικές στιγμές μετά την έναρξη της άντλησης είναι για να διαπιστωθεί πόσο γρήγορα στις συγκεκριμένες γεωτρήσεις σταθεροποιούνται οι τιμές των διαφόρων ποιοτικών παραμέτρων. Σύμφωνα με προδιαγραφές δειγματοληψίας (βλ. π.χ. LAWA, 1999) αυτό αναμένεται να συμβεί μετά την άντληση του διπλάσιου έως τετραπλάσιου όγκου νερού που περιέχεται στη γεώτρηση. Κάτι τέτοιο όμως δεν ισχύει γενικά και γι αυτό ο απαιτούμενος χρόνος σταθεροποίησης των τιμών των ποιοτικών παραμέτρων πρέπει να εξετάζεται σε κάθε περίπτωση ξεχωριστά. Σχήμα 6.2: Διάταξη κατά την δειγματοληψία στη γεώτρηση G2 6.4 Χημικές αναλύσεις Οι αναλύσεις που έγιναν στα δείγματα αφορούν τα παρακάτω ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού: 80

95 (1) Την ηλεκτρική αγωγιμότητα (Cond). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως αποδεκτό όριο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, κυρίως για την ελαχιστοποίηση των λειτουργικών προβλημάτων, την τιμή 2500 μs (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (2) Τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου (ph). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως αποδεκτά όρια για την καταλληλότητα του νερού για ανθρώπινη κατανάλωση την περιοχή 6-8. Τιμές του ph πάνω από 10 προκαλούν άμεσες επιπτώσεις στην υγεία όπως ερεθισμούς στο δέρμα και έμμεσες αφού μειώνουν την απολυμαντική ικανότητα της χλωρίωσης και συντελούν στην αύξηση της διάβρωσης των σιδηρών σωλήνων, αυξάνοντας έτσι τις συγκεντρώσεις των διαλυμένων μετάλλων στο νερό (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (3) Τα θειικά ιόντα (SO 4 ). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για τα θειϊκά ιόντα την τιμή 250 mg/l. Οι ανόργανες θειικές ενώσεις παρουσιάζουν μεταβλητή τοξικότητα. Η τοξικότητα αυτή εξαρτάται και από το κατιόν που συνδυάζεται το θειικό ιόν. Τα κύρια παρατηρούμενα συμπτώματα υγείας από κατάποση μεγάλων δόσεων θειικών είναι η κάθαρση, η αφυδάτωση και ο γαστρεντερικός ερεθισμός. Επίσης τα θειικά είναι δυνατόν να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης του νερού αδρανοποιώντας εν μέρει το απολυμαντικό χλώριο (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (4) Τα ιόντα χλωρίου (Cl ). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για τα ιόντα χλωρίου την τιμή 250 mg/l. Το όριο αυτό ορίζεται για να μην υπάρχει δυσάρεστη γεύση στο νερό και επιπλέον για να μην αναπτύσσονται συνθήκες διάβρωσης των μεταλλικών σωληνώσεων(βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (5) Τα νιτρικά ιόντα (NO 3 ). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για τα νιτρικά ιόντα την τιμή 50 mg/l.τα νιτρικά ιόντα είναι η σταθερή μορφή του οξειδωμένου αζώτου. Η τοξικότητα των νιτρικών για τον άνθρωπο οφείλεται κυρίως στην μετατροπή τους σε νιτρώδη τα οποία οξειδώνουν τη φυσική αιμογλοβίνη του αίματος σε μεθαιμογλοβίνη η οποία δεν μπορεί να μεταφέρει οξυγόνο στους ιστούς. Τα νιτρικά χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρασκευή λιπασμάτων ως εκ τούτου είναι δυνατόν να βρίσκονται σε υψηλές συγκεντρώσεις στο υπόγειο νερό εκτάσεων στις οποίες είναι έντονη η γεωργική δραστηριότητα (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (6) Τα νιτρώδη ιόντα (NO 2 ). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για τα νιτρικά ιόντα την τιμή 0.5 mg/l (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). 81

96 (7) Το αμμώνιο (NH + 4 ). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για το αμμώνιο την τιμή 0.5 mg/l. Το όριο αυτό ορίστηκε για να μην προκαλεί αρνητικές επιπτώσεις στην οσμή του νερού (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). (8) Το σίδηρο (Fe). Η οδηγία 98/83/ΕΚ ορίζει ως όριο για το σίδηρο την τιμή 0.2 mg/l. Η παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων σιδήρου στο πόσιμο νερό είναι ανεπιθύμητη για λόγους αισθητικής και δεν έχει κάποιο γνωστό αρνητικό αποτέλεσμα στη δημόσια υγεία (βλ. Σκληβανιώτης, 2004). 6.5 Καταγραφές των αισθητήρων κατά τη δειγματοληψία και αποτελέσματα χημικών αναλύσεων Δειγματοληψία στη γεώτρηση G2 στις 02/12/2015 Η παροχή άντλησης στη γεώτρηση G2 ήταν κατά τη διάρκεια της άντλησης σταθερή και ίση με 1.07 L/sec. Στο Σχήμα 6.3 παρουσιάζεται η μεταβολή της υπόγειας στάθμης στη γεώτρηση G2 στο χρονικό διάστημα κατά το οποίο πραγματοποιείται η άντληση. Κατά την έναρξη της άντλησης παρατηρείται πτώση στάθμης που φθάνει τα 0.55 m για μερικά λεπτά έως ότου σταθεροποιηθεί σε τιμές που είναι μειωμένες κατά 0.22 m από την υπόγεια στάθμη της G2 πριν την έναρξη της άντλησης. H αρχική πτώση στάθμης κατά την έναρξη της άντλησης οφείλεται πιθανόν στην καθυστέρηση του υδροφορέα να προσαρμόσει τη ροή προς το πηγάδι στην απότομη πτώση της στάθμης. Με το πέρας της άντλησης η υπόγεια στάθμη επανέρχεται γρήγορα στην πριν την έναρξη της άντλησης θέση. 82

97 Σχήμα 6.3: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης Όπως φαίνεται στην Σχ.6.4 η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας την οποία καταγράφει ο αισθητήρας κατά τη διάρκεια της άντλησης δεν μεταβάλλεται. Για να διαπιστωθεί αν ισχύει η υπόθεση που διατυπώθηκε στο Κεφ. 6.2, διοχετεύτηκε με ένα σωλήνα που συνδέθηκε στη βρύση που βρίσκεται στο σωλήνα της αντλίας στη θέση Α του Σχ. 6.1, αντλούμενο νερό μέσα στο σωλήνα, στον οποίο είναι εγκατεστημένος ο αισθητήρας (θέση Β στο Σχ. 6.1). Αυτό έγινε λίγο πριν τον τερματισμό της άντλησης. Όπως δείχνει το Σχ. 6.4, η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας που καταγράφει ο αισθητήρας αυξάνεται αμέσως και σε επίπεδο που αντιστοιχεί στην τιμή που μετρήθηκε στα δείγματα στο εργαστήριο (βλ. Πίνακα 6.1). Αυτό αποδεικνύει ότι ο αισθητήρας δεν βρίσκεται σε επαφή με νερό που έχει τα ίδια ποιοτικά χαρακτηριστικά με το νερό της γεώτρησης, παρά το γεγονός ότι βρίσκεται μέσα σ αυτή. Το πρόβλημα δημιουργείται από τον σωλήνα, μέσα στον οποίον είναι εγκατεστημένος ο αισθητήρας. Κατά συνέπεια η υπόθεση που έγινε σχετικά με τις συνεχώς καταγραφόμενες τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας είναι σωστή και οι τιμές αυτές δεν είναι αξιόπιστες. Σημειώνεται ότι η διαταραχή την οποία παρουσιάζει η υπόγεια στάθμη λίγο πριν τον τερματισμό της άντλησης (βλ. Σχ. 6.3) οφείλεται στην διοχέτευση αντλούμενου νερού μέσα στον σωλήνα που είναι εγκατεστημένος ο αισθητήρας. 83

98 Σχήμα 6.4: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης Η θερμοκρασία, όπως δείχνει το Σχ. 6.5, παρουσιάζει κατά τη διάρκεια της άντλησης πολύ μικρή αύξηση (περίπου 0.2 ο C) και απότομη αύξηση κατά περίπου 0.5 ο C μετά την διοχέτευση αντλούμενου νερού στον σωλήνα του αισθητήρα. Το ότι το αντλούμενο νερό παρουσιάζει ελαφρώς υψηλότερη θερμοκρασία από το νερό του σωλήνα του αισθητήρα πιθανότατα οφείλεται στην θέρμανση του αντλούμενου νερού λόγω τριβών μέσα στον σωλήνα της αντλίας μέχρι να φθάσει στην επιφάνεια. Η μικρή αύξηση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της άντλησης ενδέχεται να οφείλεται στην θέρμανση του νερού μέσα στη γεώτρηση λόγω της λειτουργίας της αντλίας. Ένας άλλος πιθανός λόγος είναι, η θερμοκρασία του νερού μέσα στη γεώτρηση πριν την έναρξη της άντλησης να είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του αντλούμενου υπόγειου νερού, λόγω της επικοινωνίας του νερού της γεώτρησης με τον ατμοσφαιρικό αέρα. 84

99 Σχήμα 6.5: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G2 το χρονικό διάστημα της άντλησης Τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης για τα δείγματα της G2 παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.1. Οι τιμές των ποιοτικών παραμέτρων είναι εντός των ορίων που ορίζονται από τη νομοθεσία (βλ. Κεφ. 6.4) και δεν παρουσιάζουν ενδείξεις ύπαρξης ρύπων στο υπόγειο νερό. Το 1 ο δείγμα που ελήφθη 15 μετά την έναρξη της άντλησης περιείχε ίζημα το οποίο ήταν χώμα. Επίσης τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης αυτού του δείγματος παρουσιάζουν για μερικές παραμέτρους μεγαλύτερες τιμές σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα από τη γεώτρηση G2, κάτι που πιθανώς δείχνει ότι εδώ ο χρόνος που απαιτείται για να σταθεροποιηθούν οι τιμές των παραμέτρων στο αντλούμενο νερό είναι μεγαλύτερος από 15. Πίνακας 6.1: Αποτελέσματα χημικής ανάλυσης δειγμάτων για τη γεώτρηση G2 Γεώτρηση Παρατήρησης G2 Cond. ph Δείγμα (μs) (18 C) SO 4 (mg/l) Cl (mg/l) NO 3 NO 2 + NH 4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) Fe (μg/l) 1 ο ο ο ο ο

100 6.5.2 Δειγματοληψία στη γεώτρηση G1 στις 04/12/2015 Για τη γεώτρηση G1 η παροχή άντλησης ήταν σταθερή καθ όλη τη διάρκεια της αντλητικής διαδικασίας και ήταν ίση με 1.94 L/sec. Στο Σχήμα 6.6 φαίνεται η μεταβολή της υπόγειας στάθμης της G1 κατά τη διάρκεια της άντλησης. Με την έναρξη της άντλησης παρατηρείται ακαριαία πτώση στάθμης περίπου ίση με 2.2 m (βλ. Σχ. 6.6). Κατά τη διάρκεια της άντλησης η υπόγεια στάθμη στη G1 παραμένει σταθερή διότι η παροχή του αντλούμενου όγκου νερού δεν παρουσιάζει μεταβολές. Μετά το πέρας της άντλησης, η υπόγεια στάθμη επανέρχεται στα επίπεδα προ άντλησης σε χρονικό διάστημα μικρότερο των 2. Σχήμα 6.6: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης Η ποσοστιαία διαφορά των τιμών της ηλεκτρικής αγωγιμότητας που καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια της άντλησης (βλ. Σχ. 6.7) από τις τιμές που προσδιορίστηκαν στο εργαστήριο (βλ. Πίν. 6.2) στη γεώτρηση G1 είναι μικρότερες από τις αντίστοιχες που προέκυψαν για τη γεώτρηση G2 (13% έναντι 52%). Επίσης οι τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας πριν την έναρξη της άντλησης είναι εδώ υψηλότερες από εκείνες του αντλούμενου νερού όπως φαίνεται από την αντίδραση του αισθητήρα στην εισαγωγή αντλούμενου νερού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πριν την δειγματοληψία στη γεώτρηση G1 στις 04/12/2015 είχε γίνει στις 20/11/2015 δοκιμαστική δειγματοληψία, κατά την οποία είχε εισαχθεί αντλούμενο νερό στον σωλήνα, μέσα στον οποίο είναι 86

101 εγκατεστημένος ο αισθητήρας. Κατά το συνέπεια το σύστημα είχε υποστεί διαταραχή λίγες μέρες πριν γίνει η κανονική δειγματοληψία. Η διαταραχή αυτή οδήγησε κατά πάσα πιθανότητα στο αποτέλεσμα, μέσα στο σωλήνα του αισθητήρα να βρίσκεται τη στιγμή της δειγματοληψίας νερό «συγγενέστερο» προς το νερό της γεώτρηση. Το γεγονός ότι ούτε η θερμοκρασία παρουσιάζει αισθητή μεταβολή κατά την εισαγωγή αντλούμενου νερού (βλ. Σχ. 6.8) συνηγορεί για τα παραπάνω. Αντιθέτως, το γεγονός ότι η στάθμη μέσα στην γεώτρηση δεν διαταράσσεται κατά την εισαγωγή αντλούμενου νερού στο σωλήνα του αισθητήρα (βλ. Σχ. 6.6) υποδεικνύει ότι η παροχή εισαγωγής αντλούμενου νερού στο σωλήνα του αισθητήρα δεν ήταν ενδεχομένως αρκετή να προκαλέσει αλλαγές στα μετρούμενα μεγέθη. Σχήμα 6.7: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης 87

102 Σχήμα 6.8: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G1 το χρονικό διάστημα της άντλησης Τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης των δειγμάτων που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της άντλησης (βλ. Κεφ. 6.3 ) από τη γεώτρηση G1 δίδονται στο Πίνακα 6.2. Οι τιμές των ανόργανων ενώσεων, των χημικών στοιχείων, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και του ph είναι εντός των επιτρεπτών ορίων που ορίζονται από τη νομοθεσία (βλ. Κεφ. 6.4), με τιμές αρκετά χαμηλότερες από τα όρια αυτά, σε όλα τα δείγματα της G1 πράγμα το οποίο σημαίνει ότι δεν υπάρχουν ενδείξεις ρύπανσης. Πίνακας 6.2: Αποτελέσματα χημικής ανάλυσης δειγμάτων για τη γεώτρηση G1 Γεώτρηση Παρατήρησης G1 Cond. ph Δείγμα (μs) (18 C) SO 4 (mg/l) Cl (mg/l) NO 3 NO 2 + NH 4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) Fe (μg/l) 1 ο ο ο ο ο

103 6.5.3 Δειγματοληψία στη γεώτρηση G5 στις 11/12/2015 Η παροχή άντλησης στη γεώτρηση G5 ήταν κατά τη διάρκεια της άντλησης ίση με 2.38 L/sec. Στο Σχήμα 6.9 παρουσιάζεται η μεταβολή της υπόγειας στάθμης στη γεώτρηση G5 στο χρονικό διάστημα κατά το οποίο πραγματοποιείται η άντληση. Ο αισθητήρας της γεώτρησης G5 προγραμματίστηκε, για την καταγραφή και αποθήκευση των δεδομένων σε χρονικό βήμα ενός λεπτού. Η χρονική μεταβολή της υπόγειας στάθμης φαίνεται στο Σχ Η καταγραφή άρχισε μετά την σταθεροποίηση της λειτουργίας της αντλίας, η οποία αρχικά παρουσίασε πρόβλημα. Για το λόγο αυτό δεν κατεγράφη η έντονη μεταβολή της στάθμης κατά την έναρξη της άντλησης. Πριν την έναρξη της άντλησης η στάθμη ήταν 4.78 m και επανέρχεται στο επίπεδο αυτό πολύ γρήγορα μετά τη διακοπή της άντλησης. Η πτώση στάθμης λόγω της άντλησης ήταν περίπου 0.25 m. Σχήμα 6.9: Τιμές υπόγειας στάθμης στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης Όπως φαίνεται στο Σχ η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας την οποία καταγράφει ο αισθητήρας κατά τη διάρκεια της άντλησης δεν μεταβάλλεται. Για να διαπιστωθεί αν ισχύει η υπόθεση που διατυπώθηκε στο Κεφ. 6.2, ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία που περιγράφηκε κατά την άντληση στη γεώτρηση G2 (βλ. Κεφ ). Όπως δείχνει το Σχ. 6.10, η τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας που καταγράφει ο αισθητήρας αυξάνεται αμέσως και σε επίπεδο που αντιστοιχεί στην τιμή που μετρήθηκε στα δείγματα στο εργαστήριο (βλ. Πίν. 6.3). Αυτό αποδεικνύει ότι ο αισθητήρας δε βρίσκεται σε επαφή με το νερό που έχει τα ίδια ποιοτικά χαρακτηριστικά με το νερό της γεώτρησης, παρά το γεγονός ότι βρίσκεται μέσα σ αυτή. Το πρόβλημα δημιουργείται από το σωλήνα, μέσα 89

104 στον οποίο είναι εγκατεστημένος ο αισθητήρας. Κατά συνέπεια η υπόθεση που έγινε σχετικά με τις συνεχώς καταγραφόμενες τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας είναι σωστή και οι τιμές αυτές δεν είναι αξιόπιστες. Σημειώνεται ότι η διαταραχή την οποία παρουσιάζει η υπόγεια στάθμη λίγο πριν τον τερματισμό της άντλησης (βλ. Σχ. 6.9) οφείλεται στη διοχέτευση αντλούμενου νερού μέσα στο σωλήνα που είναι εγκατεστημένος ο αισθητήρας. Σχήμα 6.10: Τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης Η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της άντλησης δείχνει (Σχ. 6.11) ότι το υπόγειο νερό που εισρέει στη γεώτρηση έχει χαμηλότερη θερμοκρασία από το νερό της γεώτρησης. Αυτό οφείλεται πιθανόν στο ότι το νερό μέσα στη γεώτρηση επηρεάζεται από τη θερμοκρασία του αέρα λόγω της μικρής του απόστασης από την επιφάνεια του εδάφους (περίπου 4.5 m). Η μεταβολή της θερμοκρασίας που καταγράφει ο αισθητήρας μετά την διοχέτευση αντλούμενου νερού στο σωλήνα, στον οποίο αυτός είναι εγκατεστημένος, δείχνει ότι η διαφορά μεταξύ του νερού στο σωλήνα του αισθητήρα και το αντλούμενο νερό είναι πολύ μικρή. 90

105 Σχήμα 6.11: Τιμές θερμοκρασίας στη θέση της γεώτρησης G5 το χρονικό διάστημα της άντλησης Τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης των δειγμάτων παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.3. Οι τιμές των ποιοτικών παραμέτρων είναι εντός των ορίων που ορίζονται από τη νομοθεσία (βλ. Κεφ. 6.3) και δεν παρουσιάζουν ενδείξεις ύπαρξης ρύπων στο υπόγειο νερό. Το 1 ο δείγμα που ελήφθη 15 μετά την έναρξη της άντλησης περιείχε ίζημα το οποίο ήταν χώμα. Επίσης τα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης αυτού του δείγματος παρουσιάζουν για μερικές παραμέτρους μεγαλύτερες τιμές σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα από τη γεώτρηση G2, κάτι που πιθανώς δείχνει ότι εδώ χρόνος που απαιτείται για να σταθεροποιηθούν οι τιμές των παραμέτρων στο αντλούμενο νερό είναι μεγαλύτερος από 15. Πίνακας 6.3: Αποτελέσματα χημικής ανάλυσης δειγμάτων για τη γεώτρηση G5 Γεώτρηση Παρατήρησης G5 Cond. ph Δείγμα (μs) (18 C) SO 4 (mg/l) Cl (mg/l) NO 3 NO 2 + NH 4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) Fe (μg/l) 1 ο ο ο ο ο

106 6.5.4 Δειγματοληψία στη γεώτρηση G4 στις 17/12/2015 Η παροχή άντλησης στη γεώτρηση G4 ήταν ίση με 0.14 L/sec. Η μικρή αυτή τιμή της παροχής οφείλεται σε διαρροές από το σωλήνα της αντλίας με αποτέλεσμα η ποσότητα του νερού που έφθανε στην επιφάνεια του εδάφους να είναι μικρή. Παρόμοιες διαρροές δεν επέτρεψαν τη δειγματοληψία στις γεωτρήσεις G6 και G10 και περιγράφονται στο Κεφ Την ημέρα που πραγματοποιήθηκε η άντληση στη γεώτρηση G4, ο αισθητήρας αυτόματης καταγραφής δεδομένων ήταν εκτός λειτουργίας λόγω βλάβης. Τα μοναδικά αποτελέσματα για την άντληση στη γεώτρηση G4 είναι αυτά της χημικής ανάλυσης των δειγμάτων και παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.4. Όλες οι τιμές είναι εντός των επιτρεπτών ορίων (βλ. Κεφ. 6.4) χωρίς να υπάρχει ένδειξη για την ύπαρξη ρύπων στο υπόγειο νερό. Και στα 5 δείγματα που συλλέχτηκαν κατά την άντληση εντοπίστηκε ύπαρξη κυανοφυκών και χλωροφυκών καφέ χρώματος πιθανόν από τη δέσμευση σιδηροβακτηριδίων. Στο υπερκείμενο των δειγμάτων, το οποίο είναι το διαυγές νερό που υπέρκειται του ιζήματος μετά από φυγοκέντριση, αυτών δεν μετρήθηκαν πολύ υψηλές τιμές σιδήρου, με πιο πιθανά σενάρια είτε ο σίδηρος να είχε καθιζάνει είτε να είχε επικολληθεί στα πλαστικά τοιχώματα των δειγμάτων δεδομένου ότι τα δείγματα δεν ήταν οξινισμένα. Πίνακας 6.4: Αποτελέσματα χημικής ανάλυσης δειγμάτων για τη γεώτρηση G4 Γεώτρηση Παρατήρησης G4 Cond. ph Δείγμα (μs) (18 C) SO 4 (mg/l) Cl (mg/l) NO 3 NO 2 + NH 4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) Fe (μg/l) 1 ο ο ο ο ο

107 6.5.5 Προβλήματα στις γεωτρήσεις G6 και G10 Στις γεωτρήσεις G6 και G10 διαπιστώθηκε ότι ενώ η αντλία λειτουργούσε κανονικά δεν έφθανε νερό στην επιφάνεια του εδάφους. Επειδή το πρόβλημα δεν μπορούσε να αντιμετωπιστεί, οι υπεύθυνοι της ΔΕΥΑΠ προχώρησαν στην ανάσυρση των αντλιών από τις δύο γεωτρήσεις. Διαπιστώθηκε ότι ο μεταλλικός σωλήνας που μεταφέρει το αντλούμενο νερό στην επιφάνεια του εδάφους, στις θέσεις των σπειρωμάτων σύνδεσης των διαφόρων τμημάτων του σωλήνα μεταξύ τους ή/και με την αντλία είχε διαβρωθεί (βλ. Σχ. 6.12). Έτσι το αντλούμενο νερό έβγαινε από το σωλήνα άντλησης στα σημεία αυτά και δεν έφθανε στην επιφάνεια. Επειδή η βλάβη αυτή δεν κατέστη δυνατόν να διορθωθεί, δεν έγινε δειγματοληψία στις ανωτέρω δύο γεωτρήσεις. Σημειώνεται ότι οι δύο αυτές γεωτρήσεις βρίσκονται σε περιοχές όπου αναπτύσσονται έντονες δραστηριότητες, οι οποίες μπορούν να επηρεάζουν την ποιότητα του υπόγειου νερού (η G6 βρίσκεται κοντά στο Παμπελοποννησιακό Στάδιο και η G10 κοντά στη Λαχαναγορά της Πάτρας). Σχήμα 6.12: Οπή στο σπείρωμα του σωλήνα της αντλίας 93