HYDROCHEMICAL AND ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF WESTERN KOPAIDA PLAIN WATER SYSTEMS, IN THE FRAMEWORK OF AN INTEGRATED ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM

Transcript

1 Υ ΡΟΧΗΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΥΤΙΚΗΣ ΚΩΠΑΙ ΑΣ ΣΤO ΠΛΑΙΣΙO ΕΝΟΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ Παναγόπουλος Α., Αραμπατζής Γ., Τζιρίτης Ε., Βρουχάκης Ι., Κασάπη K.Α., Χρυσάφη A.Α., Σταθάκη Σ., Ζάβρα Α. Ελληνικός Γεωργικός Οργανισµός ΗΜΗΤΡΑ, Γενική ιεύθυνση Αγροτικής Έρευνας, Ινστιτούτο Εγγείων Βελτιώσεων, 57400, Σίνδος, Ελλάδα, Περίληψη Στο πλαίσιο της ολοκληρωµένης διαχείρισης υδατικών πόρων στην περιοχή της Κωπαΐδας, σχεδιάστηκε και εγκαταστάθηκε ένα δίκτυο περιβαλλοντικής παρακολούθησης προκειµένου να αξιολογηθούν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά διακριτών υδατικών συστηµάτων. Η αξιολόγηση πραγµατοποιήθηκε σε δείγµατα νερού που ελήφθησαν από τα επιφανειακά ύδατα, την ακόρεστη ζώνη, καθώς και από την υπόγεια υδροφορία της περιοχής (προσχωµατικός και καρστικός υδροφόρος). ιαπιστώθηκαν αυξηµένες τιµές αµµωνιακών και νιτρικών ιόντων στην ακόρεστη ζώνη και στον προσχωµατικό υδροφόρο, οι οποίες µεταβάλλονται ανάλογα µε τις ιδιοσυνθήκες του συστήµατος και τα οξειδοαναγωγικά του χαρακτηριστικά. Οι συγκεντρώσεις βαρέων µετάλλων διατηρούνται σε χαµηλά επίπεδα, παρόλο που προκύπτει σχετικός εµπλουτισµός σε Ni και δευτερευόντως σε Mn, λόγω γηγενών αιτιών που σχετίζονται µε το γεωλογικό υπόβαθρο. HYDROCHEMICAL AND ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF WESTERN KOPAIDA PLAIN WATER SYSTEMS, IN THE FRAMEWORK OF AN INTEGRATED ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM Panagopoulos A., Arampatzis G., Tziritis E., Vrouhakis I., Kassapi K.A., Chrysafi A.A., Stathaki S., Zavra A. Hellenic Agricultural Organisation DEMETER, General Directorate of Research, Land Reclamation Institute, 57400, Sindos, Greece, Abstract In the framework of integrated water resources management, an environmental monitoring system was compiled and implemented, in order to assess the water quality characteristics Kopaida s plain water systems. The environmental evaluation was conducted by means of hydrochemical analyses of samples collected from the discrete water systems of the region: surface waters, vadose zone leachates and groundwater (alluvial and karstic aquifers). The results revealed elevated values for nitrates and ammonium in the vadose leachates and the alluvial aquifer. Heavy metal concentrations were in general low, except the Ni and Mn values that could be attributed to the impact of geological substrate. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η περιοχή µελέτης αποτελεί τµήµα της µείζονος λεκάνης του Κωπαϊδικού πεδίου (Σχήµα 1), στην οποία κυριαρχούν εντατικές αγροτικές δραστηριότητες κατά τις τελευταίες δεκαετίες. Οι δραστηριότητες αυτές σε συνδυασµό µε τις εσφαλµένες συχνά

2 αγροτικές πρακτικές, οδήγησαν κατά το παρελθόν σε αυξηµένες συγκεντρώσεις επιβαρυντικών για το υδατικό περιβάλλον παραµέτρων, όπως οι αζωτούχες ενώσεις NO 3 και NH 4 (Tziritis, 2009). Η γεωλογική δοµή της περιοχής αποτελείται από σύγχρονες αλλουβιακές αποθέσεις µε σηµαντικό κατά τόπους πάχος (Allen, 1986), ως αποτέλεσµα του περιοδικού λιµναίου χαρακτήρα που διατηρούσε η περιοχή της Κωπαΐδας µέχρι και τις αρχές του προηγούµενου αιώνα. Το υποκείµενο γεωλογικό υπόβαθρο (Παγούνης κ.α., 1994; Tziritis, 2008), περιλαµβάνει µια ανθρακική ακολουθία από ασβεστόλιθους, ενίοτε δολοµιτιωµένους (ή και καθαρούς δολοµίτες) στα κατώτερα στρώµατα (Τριαδικό) και συχνά καρστικοποιηµένους (Ιουρασικοί και κυρίως Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι) στα ανώτερα τµήµατα. Μεταξύ της ανθρακικής ακολουθίας παρεµβάλλεται ένας σχιστοκερατολιθικός σχηµατισµός µε υπερβασικά τεµάχη (κυρίως σερπεντινίτες), γνωστός και ως σχιστοκερατολιθική διάπλαση. Υδρογεωλογικά η περιοχή χαρακτηρίζεται από δυο βασικούς υδροφόρους, που πολλές φορές συνδέονται υδραυλικά. Ο ανώτερος εξ αυτών αναπτύσσεται εντός των αλλουβιακών αποθέσεων, ενώ ο κατώτερος εντός της µεγάλης καρστικής µάζας του υποβάθρου µε κυµαινόµενες τιµές πιεζοµετρικής στάθµης (Παγούνης κ.α., 1994). Ο στόχος της παρούσης εργασίας είναι η καταγραφή των ποιοτικών χαρακτηριστικών των υδατικών συστηµάτων της περιοχής, ως αποτέλεσµα των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων και των φυσικών πηγών εµπλουτισµού. Τα αποτελέσµατα χρησιµοποιήθηκαν για την ελάττωση των εισροών (ανόργανες και οργανικές ουσίες) που προκύπτουν από τις αγροτικές δραστηριότητες στην περιοχή της. Κωπαΐδας, µέσω της ορθολογικής λίπανσης και των βέλτιστων δυνατών καλλιεργητικών πρακτικών. Συγκεκριµένα, οι συγκεντρώσεις υποβάθρου αποτέλεσαν τον κατευθυντήριο άξονα για το στρατηγικό σχεδιασµό των διαφόρων δράσεων και βοήθησαν στην κατανόηση της περιβαλλοντικής ποιοτικής κατάστασης των διαφόρων υδατικών συστηµάτων που αλληλεπιδρούν. 2. ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Συνολικά ελήφθησαν δείγµατα από 34 θέσεις που περιλάµβαναν τα βασικά υδατικά συστήµατα της περιοχής, ήτοι τους υδροφόρους ορίζοντες (αβαθή προσχωµατικό και βαθύ καρστικό), τον ποταµό Βοιωτικό Κηφισό, και τις διασταλλάξεις της ακόρεστης ζώνης (Σχήµα 1). Τα δείγµατα της ακόρεστης ζώνης ελήφθησαν από το κατεισδύον νερό το οποίο συλλεγόταν µέσω ειδικής διάταξης που βρισκόταν τοποθετηµένη περίπου 40-60cm κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Η διάταξη περιλάµβανε την τοποθέτηση ενός διάτρητου κεκλιµένου σωλήνα σε βάθος περίπου 60 cm κάτω από το έδαφος, ο οποίος στο χαµηλότερο τµήµα του συγκέντρωνε το κατεισδύον νερό. Οι διασταλλάξεις της ακόρεστης ζώνης, ειδικά σε τόσο µικρή απόσταση από την εδαφική επιφάνεια, θεωρούνται ως τα πλέον αντιπροσωπευτικά δείγµατα για την εκτίµηση της ενδεχόµενης επίδρασης από τις αγροτικές δραστηριότητες, καθώς αποτελούν το άµεσο κατεισδύον κλάσµα του νερού που αποπλένει τους ανώτερους εδαφικούς ορίζοντες και στο οποίο δεν έχουν δράσει ακόµα (ή έχουν δράσει περιορισµένα) οι φυσικές διεργασίες που καθορίζουν την χηµική του σύσταση. Συνολικά πραγµατοποιήθηκαν τρεις περίοδοι δειγµατοληψίας (Απρίλιος, Ιούλιος και Σεπτέµβριος του 2009) που καθορίσθηκαν µε βάση την εφαρµογή φυτοπροστατευτικών προϊόντων, αρδευτικών δόσεων και καλλιεργητικών φροντίδων και λαµβάνοντας υπόψη κατά το δυνατόν τις συνθήκες υγρής και ξηρής υδρολογικής περιόδου. Οι αναλύσεις πραγµατοποιήθηκαν στο εργαστήριο του Ινστιτούτου Εγγείων Βελτιώσεων (Ι.Ε.Β.) του Ελληνικού Γεωργικού Οργανισµού - ήµητρα (ΕΛ.Γ.Ο.- ήµητρα).

3 Συνολικά στο εργαστήριο προσδιορίστηκαν οι παράµετροι K και Na µε φλογοφωτόµετρο SherwoodM410, οι παράµετροι Ca, Mg Fe και Zn µε φασµατοφωµετρία ατοµικής απορρόφησης (ΑΑS) µε σύστηµα ατοµοποίησης καυστήρα, οι παράµετροι HCO 3 και Cl ογκοµετρικά, οι παράµετροι NO 3, NH 4, SO 4 µε φασµατοφωτόµετρο Lambda 35 της PerkinElmer, και τέλος οι παράµετροι Mn, Ni, Pb, Cu µε φασµατοφωµετρία ατοµικής απορρόφησης (ΑΑS) µε σύστηµα ατοµοποίησης εξαχνωτή θερµαινόµενου γραφίτη. Στο πεδίο µέσω φορητού πολυµέτρου προσδιορίστηκαν το ph και η ηλεκτρική αγωγιµότητα (EC). Για τον έλεγχο αξιοπιστίας των αναλύσεων συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν διπλά δείγµατα και υπολογίστηκε το επί τοις εκατό ιοντικό σφάλµα ισορροπίας (Appelo and Postma, 2005), όπου για το 95% των δειγµάτων ήταν κάτω από 10%. Τα αποτελέσµατα απεικονίζονται στον Πίνακα 1. Σχήµα 1: Σηµεία δειγµατοληψίας του δικτύου περιβαλλοντικής παρακολούθησης Πίνακας 1: Περιγραφικά στατιστικά στοιχεία των αναλυτικών δεδοµένων για τις 3 περιόδους δειγµατοληψίας Ακόρεστη ζώνη Προσχωµατικός ΥΟ Καρστικός ΥΟ Επιφανειακά νερά min max med min max med min max med min max med ph 7,0 7,6 7,4 6,9 7,3 7,2 7,1 7,4 7,2 7,4 7,5 7,4 E.C µs/cm K mg/l 1,4 23,5 2, ,7 0,8 0,8 Na mg/l Ca mg/l Mg mg/l Cl mg/l

4 HCO 3 mg/l SO 4 mg/l NO 3 mg/l NH 4 mg/l 0,3 7,5 2,0 0,1 1,9 0,2 0,1 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 Fe µg/l Cu µg/l Zn µg/l Mn µg/l Ni µg/l Pb µg/l ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1 Επιφανειακά νερά Η εκτίµηση της ποιοτικής κατάστασης των επιφανειακών δειγµάτων νερού µπορεί να είναι µόνο ενδεικτική, καθώς ο αριθµός των τριών θέσεων δειγµατοληψίας είναι µικρός για να εξαχθούν ασφαλή συµπεράσµατα. Σε αυτό το πλαίσιο, τα ενδεικτικά δείγµατα επιφανειακού νερού έδειξαν ότι η ποιοτική κατάσταση του Β. Κηφισού (κατά µήκος της περιοχής µελέτης) είναι ικανοποιητική, δεδοµένου οι συγκεντρώσεις των περισσότερων παραµέτρων κυµαίνονται σε αναµενόµενα πλαίσια για τα φυσικά νερά (Drever, 1997). Οι διάµεσες τιµές των αζωτούχων ενώσεων (NO 3 και NH 4 ) βρίσκονται σε χαµηλά επίπεδα (9 mg/l και 0,2 mg/l αντίστοιχα) γεγονός που υποδηλώνει την απουσία επιδράσεων από τις αγροτικές δραστηριότητες µε τις οποίες µπορούν κυρίως να σχετισθούν, ή/και τη σπουδαιότητα των ζωνών τροφοδοσίας των επιφανειακών υδάτων από περιοχές απαλλαγµένες από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (περιβάλλουσα ορεινή ζώνη). Ορισµένες µεµονωµένες αυξηµένες τιµές βαρέων µετάλλων (π.χ. 479 µg/l Mn και 23 µg/l Ni), δεν παρουσιάζουν καµία επαναληψιµότητα και θεωρούνται ως τυχαία συµβάντα, που δεν µπορούν να αποδοθούν σε συγκεκριµένα φυσικά και ανθρωπογενή αίτια. 3.2 Ακόρεστη ζώνη Οι διασταλλάξεις της ακόρεστης ζώνης, αποτελούν το πλέον αντιπροσωπευτικό δείγµα για την εκτίµηση της ενδεχόµενης επίδρασης από τις αγροτικές δραστηριότητες, καθώς αποτελούν το άµεσο κατεισδύον κλάσµα του νερού που αποπλένει τους ανώτερους εδαφικούς ορίζοντες. Παρόλο που δεν αποτελεί ένα υδατικό σώµα µε την κλασική υδρογεωλογική έννοια, εντούτοις σχηµατοποιεί ένα ιδιότυπο υδατικό σύστηµα, του οποίου τα ποιοτικά χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κρίσιµα. Με βάση τις αναλύσεις και τα περιγραφικά τους στατιστικά (Πίνακας 1) παρατηρείται ένα εµπλουτισµός της ακόρεστης ζώνης σε Ca, απόρροια της ισχυρής επίδρασης του ασβεστολιθικού υποβάθρου (Ammiote-Suchet and Probst, 1993). Οι διάµεσες τιµές των συγκεντρώσεων των νιτρικών ιόντων βρίσκονται σε χαµηλά επίπεδα (26 mg/l). Αντίθετα, ιδιαίτερα αυξηµένες είναι οι τιµές των αµµωνιακών (2 mg/l), υπερβαίνοντας κατά πολύ το αντίστοιχο όριο ποσιµότητας (0,5 mg/l) της Council Directive 98/83/EC (1998). Παρόλο που η συσχέτιση τιµών στραγγισµάτων της ακόρεστης ζώνης µε όρια που αναφέρονται σε ποσιµότητα είναι αδόκιµη, εντούτοις παρέχεται µια σηµαντική πληροφορία σχετικά µε τα αρχικά ποιοτικά χαρακτηριστικά

5 του δυνητικού ρυπαντικού φορτίου, το οποίο εν δυνάµει µπορεί να καταλήξει στον υπόγειο υδροφόρο. Η αναντιστοιχία που προκύπτει µεταξύ του εµπλουτισµού σε NO 3 και ΝΗ 4, οφείλεται στις ιδιαίτερες οξειδοαναγωγικές συνθήκες της ακόρεστης ζώνης, όπου η περίσσεια οργανικής ύλης ευνοεί την επικράτηση των αµµωνιακών έναντι των νιτρικών ιόντων, τουλάχιστον για τα ανώτερα εδαφικά στρώµατα στα οποία είναι περιορισµένος ο αερισµός. Αξιοσηµείωτη είναι και η διάµεση τιµή του Ni (16 µg/l), όπου δείχνει ένα σχετικό εµπλουτισµό λόγω της επίδρασης των λατεριτικών οριζόντων και των οφιολιθικών θραυσµάτων της σχιστοκερατολιθικής διάπλασης. Προκειµένου να εξαχθούν διακριτές σχέσεις και συσχετίσεις µεταξύ των παραµέτρων, πραγµατοποιήθηκε στατιστική επεξεργασία (Πίνακας 2) που περιλάµβανε τη διεξαγωγή ανάλυσης συσχέτισης (correlation analysis) και την κατ επέκταση εξαγωγή συντελεστών συσχέτισης (Pearson correlation coefficients) για τις παραµέτρους που παρουσίαζαν αξιοσηµείωτη διακύµανση. Ως ισχυρές θετικές ή αρνητικές συσχετίσεις θεωρήθηκαν όσες είναι > ή < αντίστοιχα, ενώ ως µέτριες 0.5 < r < 0.7 και -0.7 < r < -0.5 (Liu at al., 2003). Από τα δεδοµένα του πίνακα 2 προκύπτουν τα εξής συµπεράσµατα.: Οι ισχυρές θετικές συσχετίσεις για τα ζεύγη παραµέτρων EC-Na, EC-Ca, EC-Cl και EC-SO 4 υποδηλώνουν αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιµότητας µε την παράλληλη αύξηση της συγκέντρωσης των αλάτων στο δείγµα. Συµπληρωµατικά στο παραπάνω συµπέρασµα δρουν και οι ισχυρές θετικές συσχετίσεις για τα ζεύγη Na-Mg, Na-Cl, Na- SO 4, Ca-SO 4, Ca-Cl και Cl-SO 4. Επειδή η περίπτωση της υφαλµύρινσης θα πρέπει να αποκλεισθεί (δεν προκύπτουν τέτοια δεδοµένα από την υδρογεωλογία και τη σχετική θέση της περιοχής µε την θάλασσα), θα πρέπει η αιτία της σχετικά αυξηµένης αλατότητας ορισµένων δειγµάτων να αποδοθεί σε άλλους παράγοντες, όπως π.χ. στην ύπαρξη συγγενετικού νερού (connate water) ή/και στον εµπλουτισµό των υδροφόρων µε νερό το οποίο, αντλείται αρχικά και επανέρχεται στο σύστηµα µέσω άρδευσης µε αυξηµένη κάθε φορά αλατότητα. Οι µέτριες θετικές συσχετίσεις για τα ζεύγη παραµέτρων Fe-Cu, Fe-Ni, Cu-Zn, Cu- Mn, Cu-Ni, Cu-Cd, Mn-Ni, Mn-Cd και Ni-Cd σχετίζονται µε τους υπερβασικούς σχηµατισµούς του γεωλογικού υποβάθρου και συγκεκριµένα της σχιστοκερατολιθικής διάπλασης. Η δε ισχυρή θετική συσχέτιση µεταξύ Fe-Mn αποδίδει την έκπλυση των Fe-Mn οξειδίων που βρίσκονται στους ανώτερους εδαφικούς ορίζοντες. Οι µέτριες αρνητικές συσχετίσεις µεταξύ Ca-Mn και Ca-Ni ερµηνεύουν την ανταγωνιστική σχέση του ασβεστολιθικού υποβάθρου µε τη διάπλαση που εµπεριέχει τους πλούσιους σε Mn και Ni υπερβασικούς σχηµατισµούς. Επίσης, η µέτρια αρνητική συσχέτιση µεταξύ Mn-SO 4 είναι χαρακτηριστική της επίδρασης των αναγωγικών συνθηκών που σηµειώνονται στους βαθύτερους ορίζοντες, καθώς κάτω από αναγωγικές συνθήκες (παρουσία H 2 S ) υφίσταται εµπλουτισµός σε Mn (Μn 4+ Mn 2+ ), ενώ αντίθετα κάτω από οξειδωτικές συνθήκες καταγράφεται ελάττωσή του Mn και δηµιουργία SO 4. Αξιοσηµείωτο είναι ότι από την ανάλυση δεν προκύπτει συσχέτιση των αζωτούχων ενώσεων καθώς και του Pb µε οποιαδήποτε άλλη παράµετρο. Μια πιθανή ερµηνεία είναι ότι οι διακυµάνσεις των ΝΟ 3 και ΝΗ 4 δεν ακολουθούν καµία συσχέτιση µε άλλες παραµέτρους γιατί οφείλονται αποκλειστικά στην εφαρµοζόµενη λίπανση. Η δε έλλειψη συσχέτισης µεταξύ τους (ΝΟ 3 -ΝΗ 4 ) οφείλεται στο ότι τα ΝΗ 4 αποτελούν ένα µετασταθή και ευµετάβλητο ρύπο ο οποίος στις αερόβιες συνθήκες της ακόρεστης ζώνης σταδιακά µετατρέπεται σε NO 3 εξαρτώµενος άµεσα από τις οξειδοαναγωγικές συνθήκες (Bohlke et al., 2006).

6 Πινάκας 2: Μήτρα παραµέτρων της ανάλυσης συσχέτισης ph E.C K Na Ca Mg Cl HCO3 SO4 NO3 NH4 Fe Cu Zn Mn Ni Pb Cd ph 1 E.C -0,33 1,00 K 0,09-0,10 1,00 Na -0,26 0,89-0,07 1,00 Ca -0,45 0,72 0,13 0,69 1,00 Mg -0,21 0,67-0,42 0,72 0,39 1,00 Cl -0,37 0,85 0,02 0,85 0,71 0,47 1,00 HCO3-0,13 0,60-0,20 0,67 0,38 0,71 0,50 1,00 SO4-0,47 0,79-0,22 0,87 0,71 0,62 0,80 0,64 1,00 NO3 0,02-0,05-0,02 0,01 0,00-0,02-0,10-0,07 0,00 1,00 NH4-0,06 0,11-0,14 0,11 0,02 0,16-0,01 0,19 0,08-0,42 1,00 Fe 0,03-0,56-0,02-0,56-0,57-0,22-0,47-0,20-0,54 0,07 0,12 1,00 Cu 0,24-0,35 0,26-0,24-0,30-0,16-0,26-0,03-0,34-0,05 0,37 0,61 1,00 Zn 0,13-0,05 0,32-0,06-0,13-0,22 0,01 0,14-0,19-0,07 0,28 0,40 0,76 1,00 Mn 0,14-0,59-0,07-0,61-0,65-0,21-0,54-0,25-0,61 0,00 0,23 0,94 0,62 0,33 1,00 Ni 0,33-0,40 0,12-0,42-0,61-0,32-0,23-0,27-0,56-0,14 0,08 0,56 0,62 0,51 0,67 1,00 Pb 0,13 0,04 0,07-0,13-0,25-0,10-0,04-0,37-0,33 0,46-0,20 0,26 0,12 0,12 0,31 0,41 1,00 Cd 0,37-0,36 0,33-0,28-0,37-0,13-0,22 0,01-0,40 0,07 0,08 0,53 0,62 0,48 0,57 0,58 0,10 1

7 3.3 Προσχωµατικός υδροφόρος ορίζοντας Ο προσχωµατικός υδροφόρος αποτελεί τον άµεσο αποδέκτη όλων των δυνητικών ρύπων που απελευθερώνονται σε κάποιο σηµείο της επιφάνειας, και των οποίων η συσσωρευτική δράση λειτουργεί αθροιστικά δηµιουργώντας περιβαλλοντικές οχλήσεις. Τα όρια του προσχωµατικού υδροφόρου εκτείνονται πέραν των επιφανειακών ορίων της ευρύτερης και πιλοτικής περιοχής µελέτης, συνεπώς τα υδρογεωχηµικά και ποιοτικά του χαρακτηριστικά είναι αποτέλεσµα των χρήσεων γης και των δραστηριοτήτων της ευρύτερης περιοχής. Με βάση τον πίνακα 1 µπορούν να εξαχθούν συνοπτικά οι εξής σηµαντικές παρατηρήσεις: Η επίδραση των ασβεστολιθικών σχηµατισµών είναι εµφανής, καθώς σηµειώνεται εµπλουτισµός σε Ca µε παράλληλα σχετικά αυξηµένη διάµεση τιµή HCO 3, σύµφωνα µε την αντίδραση CaCO 3 + Η CΟ 2 Ca HCO 3 - (Schwartz and Zhang, 2003) που υποδηλώνει την σαφή επίδραση των διεργασιών καρστικοποίησης. Οι τιµές των νιτρικών ιόντων είναι υψηλές (med: 53 mg/l) υποδηλώνοντας την σαφή επίδραση των αγροτικών δραστηριοτήτων. Αντίθετα οι συγκεντρώσεις των NH 4 παρουσιάζουν ελάττωση, σε σχέση µε αυτές τις ακόρεστης ζώνης. Παρατηρείται συνεπώς µια επικράτησης των νιτρικών έναντι των αµµωνιακών ιόντων (το αντίστροφο ίσχυε στην ακόρεστη ζώνη) η οποία οφείλεται προφανώς σε οξειδοαναγωγικά αίτια και είναι η αναµενόµενη λόγω προοδευτικής οξείδωσης των αµµωνιακών ιόντων σε νιτρικά εντός της ζώνης αερισµού της ακόρεστης και της κορεσµένης ζώνης του προσχωµατικού υδροφορέα. Τα βαρέα µέταλλα κυµαίνονται εντός των αναµενόµενων πλαισίων για τα φυσικά νερά (Drever, 1997). Ορισµένες ακραίες υψηλές τιµές (Mn, Ni) οφείλονται σε τοπικές επιδράσεις, κυρίως από τους γεωλογικούς σχηµατισµούς που σχετίζονται µε τη διάπλαση και δεν έχουν γενικευµένο χαρακτήρα. Τέλος, η καταγραφή ορισµένων αυξηµένων (>250 mg/l) έναντι των υπολοίπων τιµών SO 4, πιθανότατα αποδίδεται στην οξείδωση του σιδηροπυρίτη που υπάρχει εν αφθονία στα ιζήµατα της περιοχής (Tziritis, 2009). 3.4 Καρστικός υδροφόρος ορίζοντας Η ποιοτική κατάσταση του καρστικού ορίζοντα µπορεί να εκτιµηθεί µόνο ενδεικτικά, καθώς όπως και στην περίπτωση των επιφανειακών νερών ο συνολικός αριθµός των δειγµάτων (5) προς αξιολόγηση είναι µικρός. Σε αυτό το πλαίσιο, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του καρστικού υδροφόρου είναι αρκετά ικανοποιητικά, καθώς δεν διαφαίνεται η έντονη επιβάρυνση σε νιτρικά ιόντα που παρατηρείται στον υπερκείµενο προσχωµατικό υδροφόρο. Οι διάµεσες τιµές τόσο των νιτρικών όσο και των αµµωνιακών ιόντων είναι σχετικά χαµηλές (23 και 0,2 mg/l αντίστοιχα), µε ελάχιστες βέβαια εξαιρέσεις (π.χ max τιµή ΝΟ 3 ) που σχετίζονται πιθανών µε καθαρά τοπικά φαινόµενα ή/και µε σηµειακές πηγές ρύπανσης. Τα γενικότερα χαρακτηριστικά του καρστικού υδροφόρου (µεγάλες ταχύτητες ροής, µεγάλες ποσότητες που µεταγγίζονται από τα ανάντη, καλή οξυγόνωση κτλ) είναι τέτοια που µεγιστοποιούν ορισµένες διεργασίες φυσικής προστασίας, καθιστώντας την ποιοτική του κατάσταση ικανοποιητική. Αυτή ακριβώς είναι και η αιτία ελάττωσης των συγκεντρώσεων όλων περίπου των παραµέτρων που προσδιορίστηκαν (έναντι των υπολοίπων υδατικών συστηµάτων).

8 3.5 Συγκριτική αξιολόγηση υδατικών συστηµάτων Η συγκριτική αξιολόγηση των υδατικών συστηµάτων, στη λογική της κατακόρυφης αλληλουχίας, έχει ως στόχο την διερεύνηση των πιθανών τάσεων που προκύπτουν στις συγκεντρώσεις των διαφόρων παραµέτρων, ως αποτέλεσµα της συνδυαστικής δράσης των ανθρωπογενών και φυσικών διεργασιών. Η αξιολόγηση αυτή, σκοπεύει να δώσει µια γενική εποπτική εικόνα των τάσεων, καθώς οι ακριβέστερες εκτιµήσεις θα απαιτούσαν περαιτέρω πληροφορίες που θα αφορούσαν την σχετική χωρική διασπορά τους. Υπό αυτό το πρίσµα, και λαµβανοµένου υπόψη ότι η κυρίαρχη κατηγορία ρύπων, λόγω των χρήσεων γης και των αναλυτικών δεδοµένων, είναι οι αζωτούχες ενώσεις (NO 3, NH 4 ), έγινε εστίαση στην µεταβολή των συγκεντρώσεων τους (διάµεση τιµή των αναλύσεων των 3 περιόδων) κατά υδατικό σύστηµα, που συνεπάγεται και µεταβολή κατά βάθος, σύµφωνα µε την αλληλουχία επιφανειακά νερά ακόρεστη ζώνη προσχωµατικός ΥΟ καρστικός ΥΟ. NO3 NH4 Προσχωματικός 53 mg/l Επιφανειακά 9 mg/l Ακρεστη 26 mg/l Επιφανειακά 0,2 mg/l Ακόρεστη 2 mg/l Προσχωματικός 0,2 mg/l Καρστικός 23 mg/l Καρστικός 0,2 mg/l Σχήµα 2: Μεταβολή συγκεντρώσεων (διάµεσες τιµές τριών περιόδων δειγµατοληψίας) αζωτούχων ενώσεων (ΝΟ 3, ΝΗ 4 ) κατά υδατικό σύστηµα και βάθος. Σύµφωνα µε το σχήµα 2, παρατηρείται µικρό δυνητικό ρυπαντικό φορτίο αζωτούχων ενώσεων στα επιφανειακά νερά, συνεπώς διαφαίνεται ότι η διεργασία της επιφανειακής απορροής στον υδάτινο αποδέκτη του Βοιωτικού Κηφισού είναι µειωµένη, ή η τροφοδοσία των επιφανειακών νερών από πηγές εκτός αγροτικών δραστηριοτήτων είναι ιδιαίτερα σηµαντική. Αντιθέτως, η κατακόρυφη κατείσδυση του δυνητικού ρυπαντικού φορτίου των αζωτούχων είναι εµφανής µε την αύξηση των ΝΟ 3, αλλά κυρίως των ΝΗ 4, που σηµειώνουν σηµαντικά µεγαλύτερη αύξηση σε σχέση µε τα νιτρικά. Η ισορροπία αυτή µεταβάλλεται µε το βάθος και συγκεκριµένα µε την αλλαγή των οξειδοαναγωγικών συνθηκών. Έτσι, από τις ανοξικές συνθήκες που επικρατούν στα πλούσια µε οργανικό υλικό εδάφη της ακόρεστης ζώνης (όπου δίνουν αυξηµένες συγκεντρώσεις ΝΗ 4 ), µεταβαίνουµε στις αυξηµένες συγκεντρώσεις ΝΟ 3 στην κορεσµένη ζώνη του προσχωµατικού υδροφόρου, λόγω οξείδωσης των αµµωνιακών ιόντων προς νιτρικά που βρίσκονται εν σχετική αφθονία στους ανώτερους εδαφικούς ορίζοντες. Ενδέχεται ωστόσο η αυξηµένη συγκέντρωση στην εδαφική ακόρεστη ζώνη

9 να είναι αποτέλεσµα της χρήσης λιπασµάτων αµµωνιακής µορφής. Παρατηρούµε συνεπώς ότι προκύπτει σαφής επίδραση και αλληλεξάρτηση µεταξύ των αυξηµένων συγκεντρώσεων αµµωνιακών ιόντων της ακόρεστης και των νιτρικών ιόντων του προσχωµατικού υδροφόρου. Η όλη διεργασία είναι άµεσα εξαρτώµενη και από άλλους παράγοντες, όπως η µικροβιολογική δραστηριότητα. Τέλος, λόγω κυρίως της διεργασίας της αραίωσης, αλλά πιθανόν και εξαιτίας των υπολοίπων φυσικών µηχανισµών εξασθένησης ρύπων (π.χ. αραίωση ρύπων σε όγκους νερού προερχόµενους από την ορεινή ζώνη υπό µορφή υπόγειων πλευρικών µεταγγίσεων τροφοδοσίας και οι οποίοι είναι απαλλαγµένοι από ανθρωπογενείς ρύπους), οι συγκεντρώσεις των ΝΟ 3 ελαττώνονται σηµαντικά στον καρστικό υδροφόρο. Οι καλές συνθήκες αερισµού της κορεσµένης καρστικής ζώνης, διατηρούν επίσης τις συγκεντρώσεις ΝΗ 4 σε χαµηλά επίπεδα. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η περιβαλλοντική παρακολούθηση των υδατικών συστηµάτων της υτικής Κωπαΐδας, κατέγραψε την επιβάρυνση η οποία προκύπτει εξαιτίας των αγροτικών δραστηριοτήτων στην περιοχή. Συγκεκριµένα, διαπιστώθηκαν αυξηµένες τιµές αµµωνιακών και νιτρικών ιόντων στην ακόρεστη ζώνη και στον προσχωµατικό υδροφόρο, οι οποίες µεταβάλλονται ανάλογα µε τις ιδιοσυνθήκες του συστήµατος και συγκεκριµένα µε τα οξειδοαναγωγικά του χαρακτηριστικά. Οι συγκεντρώσεις βαρέων µετάλλων διατηρούνται σε χαµηλά επίπεδα, παρόλο που διαφαίνεται να προκύπτει ένας σχετικός εµπλουτισµός σε Ni και δευτερευόντως σε Mn, λόγω γηγενών αιτιών που σχετίζονται µε το γεωλογικό υπόβαθρο. Εµµέσως, επιβεβαιώνεται η ύπαρξη αναγωγικών συνθηκών στην περιοχή, λόγω αυξηµένης οργανικής ουσίας στα ιζήµατα της πρώην λίµνης της Κωπαΐδας. Το γεγονός αυτό αποτελεί ρυθµιστικό παράγοντα, τόσο για το είδος των αζωτούχων ενώσεων που αποτελούν το δυνητικό ρυπαντικό φορτίο, όσο και για τις σχετικές τους συγκεντρώσεις. Από την αξιολόγηση των αναλυτικών δεδοµένων του υπόγειου υδατικού δυναµικού, ο καρστικός υδροφόρος χαρακτηρίζεται ως καλής ποιότητας, εν αντιθέσει µε τον προσχωµατικό υδροφόρο που εµφανίζεται ποιοτικά υποβαθµισµένος λόγω της αυξηµένης συγκέντρωσης νιτρικών. Είναι προφανής η ευεργετική δράση της ακόρεστης ζώνης δια της οποία συγκρατείται σηµαντικός όγκος ρυπογόνου φορτίου. Είναι επίσης προφανής η ύπαρξη σηµαντικών διασταλλάξεων που τελικά καταλήγουν στην κορεσµένη προσχωµατική υδροφορία προκαλώντας ποιοτική υποβάθµιση. Η ποιοτική κατάσταση του καρστικού υδροφόρου συστήµατος προκύπτει υψηλή, γεγονός το οποίο θα πρέπει να αποδοθεί τόσο στην προστασία που προσφέρεται από το υπερκείµενο προσχωµατικό σύστηµα και την ακόρεστη ζώνη, όσο και από τους βασικούς µηχανισµούς υδροδυναµικής του λειτουργίας και εξέλιξης. Σε κάθε περίπτωση, η ανάλυση των υδροχηµικών χαρακτηριστικών των υδατικών συστηµάτων της περιοχής µελέτης υποδηλώνουν ένα ευαίσθητο σε ρύπανση σύστηµα. 5. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία πραγµατοποιήθηκε στα πλαίσια υλοποίησης του προγράµµατος Life + ECOPEST µε συγχρηµατοδότηση του Ευρωπαϊκού ταµείου. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

10 Allen H.D Late Quaternary of the Kopais Basin, Greece: Sedimentary and Environmental History. PhD Thesis, University of Cambridge, p.282 Ammiote-Suchet, P. and Probst, J Flux de CO 2 consomme par alteration chimique continentale: Influences du drainage et de la lithologie. C.R. Academic Science, Paris, 317(II), p Appelo, C. and Postma, D Geochemistry, groundwater and pollution. 2 nd ed. A.A. Balkema Publishers, The Netherlands, p.649 Bohlke, J.K., Smith, R.L., Miller, D.N., Ammonium transport and reaction in contaminated groundwater: Application of isotope tracers and isotope fractionation studies. Journal of Water Resource Research 42, p.1-19 Council Directive 98/83/EC (1998) of 3 November on the quality of the water intended for human consumption. Off.J. European Community, L530, p.32-54, Brussels Drever, J The geochemistry of natural waters: Surface and groundwater environments. Prentice-Hall, 3 rd ed., p.436 Tziritis, E., Kelepertsis, A., Stamatakis, M., Hydrogeochemical and environmental conditions of the karstic system of the area Eastern Kopaida Yliki. Proceedings of 8 th International Hydrogeological Conference of Greece, p Tziritis, E., Groundwater and soil geochemistry of Eastern Kopaida region, (Beotia, central Greece). Central European Journal of Geosciences 1 (2): Παγούνης Μ., Γκέρτζος Θ., Γκατζογιάννης Α. (1994) Υδρογεωλογική έρευνα λεκάνης Βοιωτικού Κηφισού. Έκθεση ΙΓΜΕ, Αθήνα.σ.89