Δρ. Γεώργιος Γκίκας. Τηλ./Fax: Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας. Πολυτεχνική Σχολή Δ.Π.Θ.

Transcript

1 Η Χρήση Μοντέλων στη Διερεύνηση της Ανθρώπινης Δραστηριότητας στο Υδατικό Σύστημα της Βιστωνίδας. Δρ. Γεώργιος Γκίκας Λέκτορας Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Πολυτεχνική Σχολή Δ.Π.Θ. Τηλ./Fax:

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ποιοτική υποβάθμιση των επιφανειακών υδάτων Περιγραφή περιοχής μελέτης Αποτελέσματα μετρήσεων στους χειμάρρους και τη Βιστωνίδα Η τροφική κατάσταση της Βιστωνίδας Ανάπτυξη και εφαρμογή μοντέλων προσομοίωσης Έλεγχος εναλλακτικών σεναρίων Συμπεράσματα Προτάσεις για μείωση της ρύπανσης

3 Ποιοτική υποβάθμιση των επιφανειακών υδατικών συστημάτων Η ποιοτική υποβάθμιση των υδατικών συστημάτων οφείλεται στην ρύπανση από διάφορες πηγές όπως: Αστικές: Υγρά απόβλητα αστικών περιοχών. Μη σημειακή ρύπανση από αστικές περιοχές. Βιομηχανικές: Λύματα υγιεινής εργαζομένων. Λύματα νερού ψύξης. Λύματα παραγωγικής διαδικασίας. Λύματα της επιφανειακής απορροής των χώρων της βιομηχανίας.

4 Ποιοτική υποβάθμιση των επιφανειακών υδατικών συστημάτων Γεωργικές μη σημειακές πηγές και αγροτικές πρακτικές οι οποίες επιδρούν στην ποιότητα των νερών με: Αλλαγή στην παροχή των φερτών υλών (Sediments) Αύξηση της συγκέντρωσης των θρεπτικών αλάτων (Ν, Ρ). ) Αύξηση της συγκέντρωσης των αλάτων του εδάφους (Ca, Mg, Na, K, CO 3 κ.λ.π.) ) Φυτοφάρμακα, εντομοκτόνα Απόβλητα ζώων Παθογόνα

5 Συνέπειες του ευτροφισμού

6 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Μορφολογία λεκάνης Έκταση 1347 km 2 Ορεινή περιοχή 8% Πεδινή περιοχή 2% Χείμαρροι Κόσυνθος (52 km) Κομψάτος (68 km) Τραύος (28 km)

7 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Γενικά Κόσυνθος Συνθήκη Ramsar Β1 Δίκτυο Natura 2 Λιμνοθάλασσα Έκταση 45 km 2 Β3 Μέγιστο βάθος 3,8 m Μέσο βάθος 2,8 m Β2 Β Κομψάτος Β4 Β5 Τραύος Λ. Βιστωνίδα Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km

8 Ιχθυοφράγματα στη Βιστωνίδα

9 Πηγές ρύπανσης Βιομηχανικά λύματα (δευτεροβάθμια επεξεργασία) Αστικά λύματα Λιπάσματα και φυτοφάρμακα (αναδιάρθρωση καλλιεργειών) 14% 1% 2% 4% 6% Περίοδος % 13% 27% 27% Βαμβάκι Καλαμπ. Σιτηρά Τεύτλα Ντομάτα Πατάτα Καπνος Μηδική Ηλίαν Κολ 15% 2% 3% 3% Περίοδος % 2% Βαμβάκι Καλαμπ. 33% Σιτηρά Τεύτλα Ντομάτα Πατάτα Καπνος Μηδική 13% 23% Ηλίαν Κολ ον/έτος Ποσότητα λιπασμάτων στις καλλιέργειες Μείωση λιπασμάτων λόγω 6 αναδιάρθρωσης των καλλιεργειών 4 85-'9 Άζωτο : 16,7% 2 91-'96 τφώσφορος :16% 16,% Ν Ρ

10 Συλλογή δεδομένων πεδίου

11 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ (ΚΟΣΥΝΘΟΣ) Παροχή K1 K2 K3 K4 K5 8 m3/s) Παροχή (m /5/9 31/5/9 3/6/9 3/7/9 29/8/9 28/9/9 28/1/9 27/11/9 27/12/9 26/1/9 25/2/9 27/3/9 26/4/9 26/5/9 25/6/9 25/7/9 24/8/9 23/9/9 23/1/9 22/11/9 22/12/9 21/1/

12 21/1/ 21/1/ 22/12/ /12/ 22/11/ /11/ 23/1/ /1/ Ολικός φώσφορος K1 K2 K3 K4 K5 1/5/98 31/5/98 3/6/98 3/7/98 29/8/98 28/9/98 28/1/98 27/11/98 27/12/98 26/1/99 25/2/99 27/3/99 26/4/99 26/5/99 25/6/99 25/7/99 24/8/99 23/9/99 Ολικός Φώσφορος (μg Ρ/L) Νιτρικά K1 K2 K3 K4 K Νιτρικά (μg Ν/L) /5/ 31/5/ 3/6/ 3/7/ 29/8/ 28/9/ 28/1/ 27/11/ 27/12/ 26/1/ 25/2/ 27/3/ 26/4/ 26/5/ 25/6/ 25/7/ 24/8/ 23/9/

13 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΣΤΗ ΒΙΣΤΩΝΙΔΑ Αλατότητα Αλατότητα α % o Μέση Ελάχ. Μέγισ. Απρ. Μάϊος Ιούν. Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μαρ. Απρ. Μάϊος Μηνιαία Διακύμανση Κόσυνθος Β1 Β2 Β3 Β4 Β5 Β Κομψάτος Τραύος Λ.. Βιστωνίδα Πόρτο Λάγος Β7 Β6 1 2 Θ. Πέλαγος km

14 Αλατότητα B6 B5 B4 B3 B2 B1 ς (m) Βάθο /6/ Κόσυνθος Β Απόσταση από κανάλι (km) Β1 Β2 Β3 Κομψάτος B6 B5 B4 B3 B2 B1 Β4 Β5 Λ. Βιστωνίδα Τραύος Βάθο ος (m) -1-2 Πόρτο Λάγος Β6 Θ. Πέλαγος 3/7/1998 Β7 1 2 km Απόσταση από κανάλι (km)

15 Αλατότητα B6 B5 B4 B3 B2 B1 Βάθ θος (m) /8/ Κόσυνθος Β Απόσταση από κανάλι (km) Β2 Β3 Β1 Κομψάτος Βάθ θος (m) B B5 B4 B3 B2 B1 Β4 Β5 Λ. Βιστωνίδα Πόρτο Λάγος Β6 Θ. Πέλαγος 15/9/1998 Τραύος Β7 1 2 km Απόσταση από κανάλι (km)

16 Διαλυμένο Οξυγόνο Διαλυμένο Οξυγόνο (mg/l L) Μέση Ελάχ. Μέγισ. Απρ. Μάϊος Ιούν. Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μαρ. Απρ. Μάϊος Κόσυνθος Μηνιαία Διακύμανση Β2 Β1 Β Κομψάτος Β3 B6 B5 B4 B3 B2 B1 Β4 Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β5 Λ. Βιστωνίδα Β6 Τραύος Β7 1 2 km Βάθ θος (m) /8/ Απόσταση από κανάλι (km)

17 Ολικός φώσφορος Ολικός Φωσφ φόρος (μg P/L L) Μέση Ελάχ. Μέγισ. Απρ. Μάϊος Ιούν. Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μαρ. Απρ. Μάϊος Μηνιαία Διακύμανση Κόσυνθος Β1 Β2 Β3 Β Κομψάτος Β4 Β5 Τραύος B6 B5 B4 B3 B2 B1 Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Λ. Βιστωνίδα Β6 Β7 1 2 km Βάθο ος (m) /6/ Απόσταση από κανάλι (km)

18 Νιτρικά 1 Μέση Ελάχ. Μέγισ. Μηνιαία Νιτρικά (μg Ν/L) Κόσυνθος Διακύμανση Β Β1 Απρ. Μάϊος Ιούν. Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μαρ. Απρ. Μάϊος Β2 Κομψάτος Β3 B6 B5 B4 B3 B2 B1 Β4 Β5 Λ. Βιστωνίδα Τραύος ος (m) Βάθ Πόρτο Λάγος Β7 Β6 Θ. Πέλαγος 1 2 km 26/1/ Απόσταση από κανάλι (km)

19 Χλωροφύλλη_α Χλωροφύλλ λη_α (μg/l) Μέση Ελάχ. Μέγισ. Μηνιαία Διακύμανση Κόσυνθος Β1 Β2 Β3 Β Κομψάτος Απρ. Μάϊος Ιούν. Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοεμ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μαρ. Απρ. Μάϊος Β4 Β5 Τραύος Λ. Βιστωνίδα B6 B5 B4 B3 B2 B1 Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km Βάθ θος (m) /7/ Απόσταση από κανάλι (km)

20 Τροφική κατηγορία Βιστωνίδας Μέθοδος Carlson Τιμή TSI SD (m) TP (μg/l) Chl_a (μg/l) Χαρακτηριστικά <3 >8 <6 <,94 Ολιγοτροφική: Καθαρό νερό,, οξυγόνο στο υπολίμνιο στη διάρκεια του έτους ,94-2,6 Έλλειψη οξυγόνου στο υπολίμνιο ρηχών λιμνών ,6-6,4 Μεσοτροφική: Μέτρια καθαρό νερό άλλά πιθανή αύξηση ανοξικών συνθηκών στη διάρκεια του καλοκαιριού ,4-2 Ευτροφική: Ανοξικές συνθήκες στο υπολίμνιο. 6-7, Κυριαρχία των κυανοβακτηρίων, επιπλέον φυτοπλαγκτό και προβλήματα μακρόφυτων. 7-8,25-, Υπερτροφική. Μεγάλη ποσότητα φυτοπλαγκτού και μακρόφυτα. >8 <, >154 Επιπλέον φυτοπλαγκτό, λίγα μακρόφυτα.

21 Τροφική κατηγορία Βιστωνίδας Εποχιακή μεταβολή της τροφικής κατάστασης με βάση τη συγκέντρωση της Chl-a Δείκτης Τροφική ής Κατηγ ορίας Υπερτροφική Ευτροφική Μεσοτροφική Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Δ

22 Περιβαλλοντική διαχείριση των επιφανειακών υδατικών συστημάτων Έχει σαν βασικό στόχο: την διατήρηση των συγκεντρώσεων των ρύπων σε επίπεδα που οι επιπτώσεις τους στην υγεία και στα υδατικά οικοσυστήματα να είναι ανεκτές. Αυτό μπορεί να γίνει με διάφορες τεχνικές: Θεραπευτικές Εκτροπή των πλούσιων σε θρεπτικά στοιχεία νερών των χειμάρρων. Απομάκρυνση των ιζημάτων του πυθμένα. Επικάλυψη του πυθμένα με λεπτά φύλλα πλαστικού ή με εδαφικό υλικό. Απομάκρυνση της βιομάζας Προληπτικές Προληπτικές τεχνικές: Εφαρμογή μοντέλων προσομοίωσης και εξέταση εναλλακτικών σεναρίων. Ενέργειες έργα σε επίπεδο λεκάνης απορροής που σκοπό έχουν τη μείωση της ρύπανσης, που εισέρχεται στα υδατικά συστήματα, στις πηγές της.

23 Μοντέλα προσομοίωσης Είναι απλές μαθηματικές εξισώσεις ή και σύνθετοι αλγόριθμοι γραμμένοι σε κώδικα υπολογιστών. Χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών που συμβαίνουν σε ένα υδατικό σύστημα. Παραδείγματα μοντέλων: SWAT (Προσομοίωση επιφανειακής απορροής, φερτών, και θρεπτικών σε λεκάνη απορροής) WASP (Προσομοίωση διαλυμένου οξυγόνου, θρεπτικών, χλωροφύλλης, οργανικών ενώσεων)

24 Διάγραμμα εφαρμογής και βαθμονόμησης μοντέλου SWAT Βροχόπτωση, Θερμοκρασία, Υπολεκάνες, Κανάλια, Εδάφη, Χρήση Γης SWAT Τιμές από τη βιβλιογραφία Εκτιμώμενες Τιμές Προσαρμογή Παραμέτρων Βαθμονόμησης ΟΧ Ι Έλεγχος Κριτήρια Βαθμονόμησης μη ης ΝΑ Μετρούμενες Ι Τιμές Ολοκλήρωση Βαθμονόμησης μη ης Δεδομένα Πεδίου

25 Σενάριο 1 ο Αποτελέσματα σεναρίων μονοκαλλιέργειας Φορτίο Αζώτου Νιτρικών Καλλιέργεια Μεταβολή Σιτηρά 69,4 % Υφιστάμενη κατάσταση Σιτηρά Καλαμπόκι 3,8 % Καλαμπόκι Βαμβάκι -3,5 % Βαμβάκι Νιτρικά (Kg N/day) 1/5/98 21/5/98 1/6/98 3/6/98 2/7/98 9/8/98 29/8/98 18/9/98 8/1/98 28/1/98 17/11/98 7/12/98 27/12/98 16/1/99 5/2/99 25/2/99 17/3/99 6/4/99 26/4/99 16/5/99 5/6/99 25/6/99 Φορτίο Ολικού Φωσφόρου Υφιστάμενη κατάσταση Σιτηρά Καλαμπόκι Βαμβάκι Καλλιέργεια Σιτηρά Σιτηρά Καλαμπόκι Βαμβάκι Μεταβολή 45,8 % 13,2 % -28,3 % 1/5/98 21/5/98 1/6/98 3/6/98 2/7/98 9/8/98 29/8/98 18/9/98 8/1/98 28/1/98 17/11/98 7/12/98 27/12/98 16/1/99 5/2/99 25/2/99 17/3/99 6/4/99 26/4/99 16/5/99 5/6/99 25/6/99 Ολικός Φώσφορος (Kg P/day)

26 Ανάπτυξη του Μοντέλου WASP5 Παλίρροια Άνεμος Βροχή Εξάτμιση παροχή WASP5 DYNHYD5 Υδροδυναμικό μοντέλο Γεωμετρικά δεδομένα κόμβων και καναλιών SWAT Κινητικές παράμετροι, Βιβλιογραφικές τιμές Ν,Ρ EUTRO5 Προσομοίωση Ευτροφισμού ΤΟΧΙ5 Προσομοίωση Αλατότητας Μελέτη Εναλλακτικών Σεναρίων

27 Σενάριο 2 ο Η φόρτιση της Βιστωνίδας με Άζωτο και Φώσφορο γίνεται μόνο από τα ιζήματα του πυθμένα (μηδενίζονται οι φορτίσεις από τους χειμάρρους). ροφύλλη α (μg/l) Σταθμός Β2 (1998) Σενάριο 2 Υφιστάμενη κατάσταση Χλω 1/1 31/1 2/3 1/4 1/5 31/5 3/6 3/7 29/8 28/9 28/1 27/11 27/12 Κόσυνθος Β Παρατηρείται μείωση στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης_α η οποία τον Αύγουστο μειώνεται από 9 μg/l σε 65 μg/l, μέση ετήσια μείωση 33%. Β1 Β2 Κομψάτος Β3 Β4 Β5 Τραύος Λ. Βιστωνίδα Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km

28 Σενάριο 3 ο Η φόρτιση της Βιστωνίδας με Άζωτο και Φώσφορο γίνεται μόνο από τους χειμάρρους (μηδενίζεται δ η φόρτιση από τον πυθμένα). ) α (μg/l) 1 8 Σταθμός Β2 (1998) Σενάριο 3 Χλωρ ροφύλλη_ /1 31/1 2/3 1/4 1/5 31/5 3/6 3/7 29/8 28/9 28/1 27/11 27/12 Υφιστάμενη κατάσταση Κόσυνθος Β Παρατηρείται μείωση στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης_α η οποία μειώνεται τον Αύγουστο από 9 μg/l σε 24 μg/l, μέση ετήσια μείωση 58%. Β1 Β2 Κομψάτος Β3 Β4 Β5 Τραύος Λ. Βιστωνίδα Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km

29 Σενάριο 4 ο Αποκατάσταση ελεύθερης παλιρροιακής επικοινωνίας της Βιστωνίδας με τη θάλασσα. Χλω ωροφύλλη η_α (μg/l) /1 31/1 2/3 1/4 1/5 Σταθμός Β2 (1998) 31/5 3/6 3/7 29/8 28/9 28/1 27/11 27/12 Σενάριο 4 Υφιστάμενη κατάσταση Κόσυνθος Β Β1 Παρατηρείται μείωση στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης_α η οποία μειώνεται τον Αύγουστο από 9 μg/l σε 75 μg/l, μέση ετήσια μείωση 18%. Β2 Β3 Β4 Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Κομψάτος Β5 Τραύος Λ. Βιστωνίδα Β7 Β6 1 2 km

30 Σενάριο 4 ο Μεταβολή της αλατότητας Σταθμός Β2 (1998) Αλατότητα α (ppt) Σενάριο 4 Υφιστάμενη κατάσταση 1/1 31/1 2/3 1/4 1/5 31/5 3/6 3/7 29/8 28/9 28/1 27/11 27/12 Κόσυνθος Β Παρατηρείται αύξηση της αλατότητας στη Βιστωνίδα από 8 σε 2 στο σταθμό Β2 Β2 Β3 Β1 Κομψάτος Β4 Β5 Λ. Βιστωνίδα Τραύος Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km

31 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με διάφορες μεθόδους που χρησιμοποιούνται διεθνώς, η Βιστωνίδα χαρακτηρίζεται ευτροφική έως υπερτροφική. Η φόρτιση της Βιστωνίδας με θρεπτικά στοιχεία (Ν, Ρ) οφείλεται σε εξωτερικές πηγές (σημειακές και μη σημειακές) αλλά γίνεται και από τα ιζήματα του πυθμένα.

32 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τη θεώρηση η τεσσάρων εναλλακτικών σεναρίων διαχείρισης με χρήση μοντέλων συμπεραίνεται ότι: 1. Αναδιάρθρωση των καλλιεργειών (μονοκαλλιέργεια βαμβακιού) μειώνει τα φορτία θρεπτικών περίπου 3%. 2. Όταν μηδενίζονται τα φορτία θρεπτικών από τους χειμάρρους, η χλωροφύλλη μειώνεται κατά 33% (αλλαγή ή τροφικής κατηγορίας). 3. Όταν μηδενίζονται τα φορτία φωσφόρου από τον πυθμένα η χλωροφύλλη μειώνεται κατά 58% (αλλαγή ή τροφικής κατηγορίας). 4. Όταν υπάρχει ελεύθερη παλιρροιακή επικοινωνία με τη θάλασσα η χλωροφύλλη μειώνεται κατά 18%, αλλά η αλατότητα αυξάνει από 8 σε 2 περίπου (υφαλμύρωση υπόγειου υδροφορέα) και η τροφική κατηγορία δεν μεταβάλλεται.

33 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Είναι ανάγκη να ληφθούν μέτρα για την προστασία του υδατικού οικοσυστήματος της Βιστωνίδας.

34 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 1. Διατήρηση η του υδροδυναμικού καθεστώτος. 2. Ελαχιστοποίηση των θρεπτικών που εισέρχονται στη Βιστωνίδα με λήψη μέτρων και την κατασκευή έργων τα οποία μπορεί να αναφέρονται: φρ Σε κατασκευές και μέτρα για τη μείωση της μη σημειακής ρύπανσης που εισέρχεται στους χειμάρρους και στη Βιστωνίδα (ιζήματα, θρεπτικά). Σε κατασκευές και μέτρα για τη μείωση της σημειακής ρύπανσης που εισέρχεται στους χειμάρρους (ακατέργαστα υγρά απόβλητα).

35 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Κατασκευή Τεχνητών Υγροβιοτόπων για την επεξεργασία ξργ της επιφανειακής απορροής Παράδειγμα: Τεχνητός Υγροβιότοπος στη Βάσσοβα για απομάκρυνση θρεπτικών (Ν, Ρ) ) Θέση Τ.Υ.

36 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Μελέτη - Σχεδιασμός Τ.Υ. για επεξεργασία αστικών λυμάτων σε οικισμό αγροτικής περιοχής ΡΕΜΑ

37 Παραδείγματα ρ κατασκευών για μείωση της ρύπανσης

38 Παραδείγματα ρ κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Τεχνητοί Υγροβιότοποι Μικρής Κλίμακας

39 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Τεχνητός Υγροβιότοπος Μικρής Κλίμακας στα Άβδηρα Ξάνθης Εξυπηρετεί 8 ι.κ.

40 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Τεχνητός Υγροβιότοπος Μικρής Κλίμακας στα Άβδηρα Ξάνθης

41 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Τεχνητός Υγροβιότοπος Μικρής Κλίμακας στο Κόσμιο Κομοτηνής Εξυπηρετεί 4 ι.κ. Αποτελείται από Δύο φρεάτια καθίζησης Κλίνη με φυτά Φρεάτιο Ζεολίθου Φρεάτιο εξόδου

42 Παραδείγματα κατασκευών για μείωση της ρύπανσης Τεχνητός Υγροβιότοπος Μικρής Κλίμακας στο Κόσμιο Κομοτηνής

43 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ