ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεωστατιστική ανάλυση ποσοτικής και ποιοτικής κατάστασης του υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας Επιμέλεια: Κουτσόπουλος Τιμολέων, Μαλιδέλης Μιλτιάδης Επιβλέπων Καθηγητής: Νικήτας Μυλόπουλος Υπεβλήθη για την εκπλήρωση μέρους των απαιτήσεων για την απόκτηση του Διπλώματος Πολιτικού Μηχανικού Βόλος, Ιούνιος 2019

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 2019 Κουτσόπουλος Τιμολέων, Μαλιδέλης Μιλτιάδης Η έγκριση της διπλωματικής εργασίας από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας δεν υποδηλώνει αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα (Ν. 5343/32 αρ. 202 παρ. 2). ii

3 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεωστατιστική ανάλυση ποσοτικής και ποιοτικής κατάστασης του υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας Επιμέλεια: Κουτσόπουλος Τιμολέων, Μαλιδέλης Μιλτιάδης Επιβλέπων Καθηγητής: Νικήτας Μυλόπουλος Εγκρίθηκε από τα Μέλη της Τριμελούς Εξεταστικής Επιτροπής: Πρώτος Εξεταστής Δρ. Νικήτας Μυλόπουλος (Επιβλέπων) Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Δεύτερος Εξεταστής Δρ. Βασιλειάδης Λάμπρος Μέλος Ε.Δ.Ι.Π, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τρίτος Εξεταστής Δρ. Σπηλιωτόπουλος Μάριος Μέλος Ε.Δ.Ι.Π, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Βόλος, Ιούνιος 2019 iii

4 Ευχαριστίες Πρώτα απ όλα, θέλουμε να ευχαριστήσουμε τον επιβλέποντα της διπλωματικής εργασίας μας, τον Καθηγητή κ. Νικήτα Μυλόπουλο, για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγησή του κατά τη διάρκεια της δουλειάς μας. Επίσης, είμαστε ευγνώμων στα υπόλοιπα μέλη της εξεταστικής επιτροπής της διπλωματικής εργασίας μας, μέλη Ε.Δ.Ι.Π κ. Βασιλειάδης Λάμπρος και κ. Σπηλιωτόπουλο Μάριο για την προσεκτική ανάγνωση της εργασίας μας και για τις πολύτιμες υποδείξεις τους. Οφείλουμε ευχαριστίες στον υποψήφιο διδάκτορα Γεώργιο Τζιάτζιο για τις συμβουλές και τις υποδείξεις του καθ όλη τη διάρκεια της εν λόγω εργασίας. Τέλος, ευχαριστούμε τις οικογένειές μας, τους φίλους και συμφοιτητές μας για την υποστήριξή τους. Αφιερώνουμε την εργασίας μας στις οικογένειές μας. iv

5 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεωστατιστική ανάλυση ποσοτικής και ποιοτικής κατάστασης του υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας Κουτσόπουλος Τιμολέων, Μαλιδέλης Μιλτιάδης Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, 2019 Επιβλέπων Καθηγητής: Νικήτας Μυλόπουλος, Καθηγητής ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ποσοτική και ποιοτική αποτίμηση του υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας, μέσω δυό μεθόδων χωρικής παρεμβολής και γεωστατιστικής ανάλυσης. Οι μέθοδοι χωρικής παρεμβολής που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η ordinary kriging και η topo to raster, ενώ της γεωστατιστικής ανάλυσης η probability kriging. Υπήρξε αξιόλογη σύγκλιση των μεθόδων χωρικής παρεμβολής σχετικά με τις περιοχές που εμφανίζεται η υποβάθμιση του υπόγειου υδροφορέα μέσω εξέτασης των υδραυλικών φορτίων της περιοχής (ποσοτική ανάλυση), και αντίστοιχα στις περιοχές όπου παρατηρούνται οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών και χλωρικών ιόντων. Τέλος, μελετήθηκαν δύο μελλοντικά διαχειριστικά σενάρια για μία περίοδο 6 ετών. Τα σενάρια αφορούν την έκπλυση νιτρικών και τις απαιτήσεις σε άζωτο για τις επικρατούσες καλλιέργεις οι οποίες είναι ο αραβόσιτος, το βαμβάκι, τα ζαχαρότευτλα και τα σιτηρά. Οι διαφορετικές πολιτικές διαχείρισης σχετικά με τις καλλιέργειες επισήμαναν πως η κατάσταση στο υπόγειο υδροφορέα θα παρουσίασει αρκετά βελτιωμένη. v

6 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ DIPLOMA THESIS Geostatistics Analysis of quantitative and qualitative status of the underground aquifer of Lake Karlas Koutsopoulos Timoleon, Malidelis Miltiadis University of Thessaly, Department of Civil Engineering, 2019 Thesis tutor: Nikitas Milopoulos, Professor Abstract This diploma thesis deals with the quantitative and qualitative assessment of the underground aquifer of Lake Karla, through two methods of spatial interference and geostatistical analysis.the spatial interference methods that were used are ordinary kriging and topo to Raster, while the geostational analysis was possibility kriging. There was a considerable convergence of spatial interference methods regarding the areas where degradation of the underground aquifer occurs by examining the hydraulic loads of the area (quantitative analysis), respectively, in the areas where the highest concentrations of nitrates and chlorates are observed. Finally, two future management scenarios were studied over a period of 6 years. The scenarios concern nitrate leaching and nitrogen requirements for the main crops, which are maize, cotton, sugar beet and grain. Different crop management policies have indicated that the groundwater situation will be fairly improved. vi

7 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία απαρτίζεται από 6 ενότητες και παρακάτω περιγράφεται συνοπτικά το περιεχόμενο αυτών των ενοτήτων. Στη πρώτη ενότητα σημειώνεται το θεωρητικό υπόβαθπο της υδρογεωλογίας. Αρχικά γίνεται λόγος γενικά για τα υπόγεια ύδατα και τους υπόγειους υδροφορείς αλλά και στις βασικές αρχές αξιοποίησης αυτών. Στη συνέχεια παρατίθενται οι πηγές και οι κατηγορίες ρύπανσης των υπόγειων υδατικών πόρων παρουσιάζοντας τους δυο βασικούς ρυπαντές της περιοχής μελέτης που είναι τα νιτρικά και τα χλώρια. Τέλος αναπτύσσεται το πλαίσο της επιστημονικής ενότητας της διαχείρισης των υδατικών πόρων. Η δεύτερη ενότητα αναφέρεται στην περιοχή μελέτης της διπλωματικής εργασίας. Αναφέρονται κάποια ιστορικά στοιχεία της λίμνης Κάρλας καθώς και την εξέλιξή της μέχρι και σήμερα. Επίσης παρουσιάζονται και άλλα στοιχειά για την λίμνη σχετικά με την γεωμορφολογία, εδαφολογία, υδρολογία - μετεωρολογία, υδρογεωλογία, ακόμη και την αγροτική δραστηριότητα και τις χρήσεις γης. Κλείνοντας η δεύτερη ενότητα περιγράφει την ποιότητα του υπόγειου υδατικού δυναμικού της Κάρλας, σε όλο το ιστορικό της αποξήρανσης καθώς και γιατί ήταν επιτακτική η ανάγκη της ανασύσταση της λίμνης για την ευημερία της ευρύτερης περιοχής. Στη τρίτη παράγραφο παρουσιάζεται το μαθηματικό υπόβαθρο της γεωστατιστικής ανάλυσης και της χωρικής παρεμβολής. Ακόμη γίνεται αναφορά και στις μεθόδους χωρικής ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν (Kriging και Topo to raster). Στο τέλος παρουσιάζεται μία βιβλιογραφική ανασκόπηση της χωρικής παρεμβολής με χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογών τόσο στον διεθνή τομέα όσο στην Ευρώπη και στην Ελλάδα επισημαίνοντας την σημαντικότητα της μεθόδου, αρχικά στην κατανόηση προβλημάτων που σχετίζονται με περιβαλλοντικά ζητήματα και στη συνέχεια στην αντιμετώπιση τους. Το τέταρτο κεφάλαιο εξετάζει την ποσοτική και ποιητική κατάστασης του υπόγειου υδροφορέα της Κάρλας με την χρήση γεωγραφικών συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών ΓΣΠ-GIS. Για την υλοποίηση της συγκεκριμένης έρευνας χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο της χωρικής παρεμβολής (interpolation). Τα αποτελέσματα της μεθόδου αποτυπώθηκαν σε χάρτες οι οποίοι μας πληροφορούν για την ποσοτική και ποιοτική vii

8 αξιολόγιση των υπόγειων υδάτων. Τα δεδομένα αφορούν για μετρήσεις του Ι.Γ.Μ.Ε (Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών) και ποιο συγκεκριμένα μετρήσεις που έγιναν στην περιοχή μελέτης για την χρονική περίοδο από το 1980 έως το Ακόμη για μια πιο λεπτομερής μελέτη των ρυπαντών (νιτρικών και χλωρικών ιόντνων) στον υπόγειο υδροφορέα της λίμνης πραγματοποιήθηκε ανάλυση μεταξύ Υγρής και Ξηρής περιόδου για τις χρονιές όπου υπήρχε η πιο αξιόπιστη καταγραφή δειγματοληψιών. Στο πέμπτο κεφάλαιο εφαρμόζονται δυο διαχειριστικά σενάρια αντιμετώπισης της ρύπανσης του υπόγειου υδατικού συστήματος από νιτρικά με βάση την νομοθεσία που έχει να κάνει με την προστασία των υπόγειων υδάτων υδατικών πόρων. Στη αρχή παρατίθενται το θεωρητικό πλαίσιο της κατείσδυσης των νιτρικών και στον τρόπο με το οποίο υπολογίσθηκε η ποσότητα που φτάνει στον υπόγειο υδροφορέα μέσω του μαθηματικού ομοιώματος UTHBAL. Στην συνέχεια της ενότητας παρουσιάζονται η ποσότητα των νιτρικών που εκπλύνεται με γραφήματα και πίνακες για κάθε χρονιά και για κάθε μελλοντικό σενάριο, ενώ στο τέλος βρίσκονται συνολικά οι απαιτήσεις των τεσσάρων βασικών καλλιεργειών (Αραβόσιτου, Βαμβακιού, Ζαχαρότευτλα και Σιτηρά) που ορίζει η νομοθεσία σε άζωτο (Ν) και το πώς αυτές μεταβάλλονται με την εφαρμογή των δυο μελλοντικών σεναρίων. Η έκτη ενότητα περιλαμβάνει συνοπτικά τα αποτελέσματα όλης της διπλωματικής εργασίας. Αναφέρει περιληπτικά τα αποτελέσματα για την ποσοτική και ποιοτική κατάσταση του υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας αλλά και τα αποτελέσματα που απορρέουν από την εφαρμογή των διαχειριστικών σεναρίων που πραγματοποιήθηκαν για την πεδιάδα της Θεσσαλίας για την διαφυγή των νιτρικών προς τον υδροφορέα και για τις απαιτήσεις σε άζωτο των τεσσάρων κύριων καλλιεργειών. viii

9 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Υπόγεια ύδατα και υπόγειοι υδροφορείς Βασικές αρχές αξιοποίησης των υπόγειων υδατικών πόρων Πηγές και κατηγορίες ρύπανσης των υπόγειων υδατικών πόρων Ρύπανση από νιτρικά Ο Κύκλος του αζώτου Επιδράσεις νιτρικών στην υγεία Όρια ρύπανσης και θέσπισή τους Ρύπανση από χλώρια Διάκριση φυσικών ανθρωπογενών παραγόντων Αίτια θαλάσσιας διείσδυσης Επιπτώσεις της θαλάσσιας διείσδυσης Όρια ρύπανσης Διαχείριση Υδατικών Πόρων Κεφάλαιο 2 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Η ιστορία της λίμνης Κάρλας Μορφολογικά στοιχεία της λίμνης Κάρλας Η λίμνη Κάρλα συμφωνά με παλαιότερες αρχαιολογικές ανακαλύψεις Η λίμνη Κάρλα και η έκταση με γνώμονα αεροφωτογραφίες της περιοχής του Γεωμορφολογία και Γεωλογία της λίμνης Κάρλας Εδαφολογία και τεκτονική θέση της λίμνης Νεογενείς τεταρτογενείς διαμορφώσεις της λεκάνης Υδρολογία και μετεωρολογία της λίμνης Κλιματολογικά - Υδρολογικά στοιχεία Υδρογεωλογια Αγροτική Δραστηριότητα και Χρήσεις Γης Ποιότητα του νερού στον υδροφορέα της Κάρλας Επιπτώσεις από την αποστράγγιση της λίμνης Κάρλας Όλα τα έργα και μελέτες που έγιναν για την αποξήρανση της λίμνης και ix

10 αφορούσαν την άρδευση και αντιπλημμυρική προστασία Ανασύσταση της λίμνης Κάρλας και Προβλήματα Κεφάλαιο 3 ΓΕΩΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ Γεωστατιστική ανάλυση Χωρική παρεμβολή Μέθοδος Kriging Μέθοδος Topo to raster (Anudem) Εφαρμογές Χωρικής Παρεμβολής Κεφάλαιο 4 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΟΣΟΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΟΙΟΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΤΗΣ ΚΑΡΛΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ GIS Χωρική και Γεωστατιστική Ανάλυση Εκτίμηση Ποσοτικής Κατάστασης Υπόγειου Υδατικού Συστήματος Χωρική Ανάλυση Αποτελέσματα Χωρικής Ανάλυσης Για την Ποσοτική Κατάσταση του Υπόγειου Υδατικού Συστήματος Εκτίμησης Ποιοτικής Κατάστασης στον Υπόγειο Υδροφορέα Χωρική και Γεωστατιστική Ανάλυση Κεφάλαιο 5 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΑΠΟ ΝΙΤΡΙΚΑ Κατείσδυση των νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα Μαθηματικό ομοίωμα επιφανειακής υδρολογίας (UTHBAL) Διαχειριστικά σενάρια Κεφάλαιο 6 ΣΥΝΟΨΗ ΔΙΠΛΩΜΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Συνοπτικά συμπεράσματα για την ποσοτική κατάσταση του υπόγειου υδροφορέα της Κάρλας Συνοπτικά συμπεράσματα για την ποιοτική κατάσταση του υπόγειου υδροφορέα της Κάρλας Νιτρικά (ΝΟ3) Χλωριόντα (CL) Συνοπτικά συμπεράσματα από τα διαχειριστικά σενάρια αντιμετώπισης του υπόγειου υδροφορέα λόγω νιτρικών ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ x

11 Σχήματα Σχήμα 1.1 Υδρογεωλογία ελεύθερου υδροφορέα. (Μαμάσης, 2009)... 2 Σχήμα 1.2 Νεκρά ψάρια λόγω ευτροφισμού... 8 Σχήμα 1.3 Γεωμετρικό σχήμα της ζώνης μετάβασης κατά TULIPANO FIDELIBUS Σχήμα 1.4 Στάδια φαινομένου υφαλμύρισης λόγω υπεράντλησης (Βουδούρης κ.α., 2005).. 16 Σχήμα 2.1 Περιοχή της Θεσσαλίας τον 1ο αιώνα μ.χ Σχήμα 2.2 Σκαρίφημα, κατά Grundmann 1937, των Νεολιθικών θέσεων στη Βορειοανατολική Θεσσαλία (Γαλλής 1989, από Παληκαρίδου 1998) Σχήμα 2.3 Η λίμνη Κάρλα μέσω αεροφωτογραφίας το 1945 (Γ.Υ.Σ) Σχήμα 2.4 Γεωμορφολογικός χάρτης περιοχής μελέτης Σχήμα 2.4 Γεωλογικό σκαρίφημα της ευρύτερης λεκάνης της λίμνης της Κάρλας (Σιδηρόπουλος, 2008) Σχήμα 2.5 Μέση ετήσια θερμοκρασία για την λίμνη Κάρλα (Σιδηρόπουλος, 2014) Σχήμα 2.6 Απεικόνιση των μέσω μηνιαίων τιμών της βροχόπτωσης και εξατμισοδιαπνοής. (Σιδηρόπουλος, 2014) Σχήμα 2.7 Υπόγειος υδροφορέας της λίμνης Κάρλας Σχήμα 2.8 Ποσοστιαία κάλυψη καλλιεργειών για τα έτη 2001, 2005, Σχήμα 2.10 Η σημερινή κατάληξη της 2Τ στον ταμιευτήρα της Κάρλας. (Σιδηρόπουλος, 2014) Σχήμα 2.11 Η τάφρος 1Τ όπως έχει σήμερα. (Σιδηρόπουλος, 2014) Σχήμα 2.12 Έργα ανασύστασης της λίμνης Κάρλας (Σιδηρόπουλος, 2014) Σχήμα 4.1 Σημεία μετρήσεων που χρησιμοποιούνται κατά την cross validation Σχήμα 4.2 Μοντέλο σφαιρικής κατανομής Σχήμα 4.3 Μοντέλο εκθετικής κατανομής Σχήμα 4.4.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.5.α Σημεία μετρήσεων Ξηρής περιόδου Σχήμα 4.4.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.5.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.4.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.4.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.5.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.5.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.6.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.7.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.6.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου xi

12 Σχήμα 4.7.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.6.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.6.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.7.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.7.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.8.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.9.α Σημεία μετρήσεων Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.8.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.9.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.8.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.8.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.9.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.9.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.10 Μετατροπή των μετρήσεων σε δυαδικό σύστημα Σχήμα 4.11.α Βήμα 1ο Επιλογή τύπου kriging και threshold value Σχήμα 4.11.β Βήμα 2ο Επιλογή κατάλληλου μοντέλου αυτοσυσχέτισης και μοντέλου κατανομής των δεδομένων Σχήμα 4.11.γ Βήμα 3ο Αναζήτηση γειτόνων και κατάλληλου τύπου τομέα Σχήμα 4.11.δ Βήμα 4ο Αποτελέσματα της cross validation Σχήμα 4.11.ε Συνοπτική αναφορά των δεδομένων της μεθόδου που ακολουθήθηκε Σχήμα 4.12.α Σημεία μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.12.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.12.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.12.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging Σχήμα 4.13.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.13.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.13.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging Σχήμα 4.14.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.14.β Χάρτης χωρικής Topo to raster Σχήμα 4.14.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging Σχήμα 4.15.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.16.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.15.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.16.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.16.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging xii

13 Σχήμα 4.17.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.17.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.17.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging Σχήμα 4.18 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.20 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.19 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.21.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.22.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.21.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.21.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.22.β Χάρτης παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.22.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.23.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.24.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών Σχήμα 4.23.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.24.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.23.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.24.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Kriging Σχήμα 4.25.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.25.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.26.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.26.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.26γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging Σχήμα 4.27.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.27.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging Σχήμα 4.28.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.28.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.29.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Ξηρή Σχήμα 4.29.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρή Σχήμα 4.29.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.30.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Ξηρή Σχήμα 4.30.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρή Σχήμα 4.30.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.31.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2007 Υγρή Σχήμα 4.31.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου xiii

14 Σχήμα 4.32.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2008 Υγρή Σχήμα 4.32.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.33 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.35 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.34 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.36 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.37 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.39 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.40.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.42.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.41.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.43.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων Σχήμα 4.40.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging Σχήμα 4.40.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.40.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging Σχήμα 4.41.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging Σχήμα 4.41.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.42.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging Σχήμα 4.42.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.42.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging Σχήμα 4.43.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging Σχήμα 4.43.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.44.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging Σχήμα 4.44.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.44.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.44.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging Σχήμα 4.45.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.45.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.45.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging Σχήμα 4.46.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Σχήμα 4.46.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Σχήμα 4.47.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Ξηρής Σχήμα 4.47.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρής Σχήμα 4.47.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.48.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Ξηρής xiv

15 Σχήμα 4.48.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Υγρής Σχήμα 4.48.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.49.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Ξηρής Σχήμα 4.49.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Υγρής Σχήμα 4.49.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου Σχήμα 5.1 Λογικό διάγραμμα του μοντέλου UTHBAL (Σιδηρόπουλος 2014) Σχήμα 5.2 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.3 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.4 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.5 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.6 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.7 Έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση Σχήμα 5.8 Συνολική έκπλυση νιτρικών των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση για όλη την χρονοσειρά Σχήμα 5.9 Μεταβολή της συνολικής φόρτισης αζώτου των 4 βασικών καλλιεργειών για όλη την χρονοσειρά μεταξύ της υφιστάμενης και των 2 μελλοντικών σεναρίων Σχήμα 5.10 Συνολική φόρτιση αζώτο των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση υφιστάμενη κατάσταση για όλη την χρονοσειρά για τον Αραβόσιτο Σχήμα 5.11 Συνολική φόρτιση αζώτου των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση υφιστάμενη κατάσταση για όλη την χρονοσειρά για το Βαμβάκι Σχήμα 5.12 Συνολική φόρτιση αζώτου των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση υφιστάμενη κατάσταση για όλη την χρονοσειρά για τα Ζαχαρότευτλα Σχήμα 5.13 Συνολική φόρτιση αζώτου των 2 μελλοντικών σεναρίων σε σχέση υφιστάμενη κατάσταση για όλη την χρονοσειρά για τα Σιτηρά xv

16 Πίνακες ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1 Πηγές νιτροζαμινών στις τροφές, στα υγρά του σώματος και στην επαγγελματική έκθεση ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2 Όρια ρύπανσης για κάθε χημικό στοιχείο στα Υπόγεια Ύδατα (Σιάρκος, 2015) ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2 Ποσοστιαίες διαφορές καλλιεργειών για τα έτη 2001, 2005, ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3 Η ποσοστιαία τιμή των νερών αναλόγως της κατηγορίας που υπάγονται για κάθε περιοχής δειγματοληψίας ΠΊΝΑΚΑΣ 4.1 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές για την στάθμη του Υπόγειου υδροφορέα για την Υγρή περίοδο ΠΊΝΑΚΑΣ 4.2 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές για την στάθμη του Υπόγειου υδροφορέα για την Ξηρή περίοδο ΠΙΝΑΚΑΣ 4.3 Στατιστικά αποτελέσματα για τους πιθανολογικούς χάρτες ΠΙΝΑΚΑΣ 4.4 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές των νιτρικών (mg/lt) στο Υπόγειου υδροφορέα για τα έτη ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές των χλωριόντων (mg/lt) στο Υπόγειου υδροφορέα για τα έτη ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5 Στατιστικά αποτελέσματα για τους πιθανολογικούς χάρτες 2004, ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1 Ετήσια ποσοστιαία κατανομή των νιτρικών (Υδρομέντωρ 2015) ΠΙΝΑΚΑΣ 5.2 Αρχική και τελική τιμή αζώτου των καλλιεργειών ΠΙΝΑΚΑΣ 5.3 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2010) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.4 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2011) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.5 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2012) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.6 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2013) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.7 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2014) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.8 Ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για την υφιστάμενη κατάσταση (2015) και για τα 2 μελλοντικά σενάρια ΠΙΝΑΚΑΣ 5.9 Συνολική ποσότητα έκπλυσης νιτρικών για όλη την χρονοσειρά ΠΙΝΑΚΑΣ 5.10 Ποσοστό μείωσης της συνολικής ποσότητας έκπλυσης των νιτρικών των 2 σεναρίων σε σχέση με την υφιστάμενη κατάσταση xvi

17 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Υπόγεια ύδατα και υπόγειοι υδροφορείς Ως υπόγειο νερό νοείται το νερό το οποίο βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους στους εδαφικούς και γεωλογικούς σχηματισμούς. Το νερό χωρίζεται σε δυο ζώνες την κορεσμένη και την ακόρεστη. Σύμφωνα με τους Τερζίδης και Καραμούζης, (1995) υδροφορείς καλούνται οι γεωλογικοί σχηματισμοί όπου ο άνθρωπος μπορεί να χρησιμοποιήσει το νερό. Η ικανότητα ενός υδροφορέα στην αποθήκευση όγκου νερού εξαρτάται από τα φυσικά του χαρακτηριστικά όπως το πορώδες, η υδραυλική αγωγιμότητα, η ειδική απόδοση, η αποθηκευτικότητά του, και τα υδραυλικά χαρακτηριστικά όπως η υδραυλική αγωγιμότητα. Στο παρακάτω σχήμα 1.1 παρουσιάζεται μια τομή του εδάφους με τα χαρακτηριστικά του γνωρίσματα. Ανά τον κόσμο το σύνολο του διαθέσιμου γλυκού νερού είναι 8200 km 3 το οποίο αποτελεί το 0,6% της συνολικής ποσότητας νερού στη γη. Από αυτό το 98,8 % αποτελούν τα υπόγεια νερά ενώ το υπόλοιπο αποτελούν τα επιφανειακά νερά (λίμνες και τα ποτάμια). Εξαιτίας του γεγονότος ότι το υπόγειο νερό κατά το ήμισυ βρίσκεται σε βάθος μεγαλύτερο από τα 800m και καθίσταται μη διαθέσιμο. Για την κάλυψη αναγκών γλυκού νερού παγκοσμίως χρησιμοποιείται περίπου το 95% από τον υπόγειο υδροφορέα. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν οι Η.Π.Α. όπου ο μισός πληθυσμός της χρησιμοποιεί υπόγειο νερό για την ύδρευση και για την άρδευση κατά ένα μεγάλο ποσοστό (40%). Από την δεκαετία του '50 έως και την δεκαετία του '80 εκτιμήθηκε πως αυξήθηκε η χρήση υπόγειου νερού κατά 170%. Στον Ελλαδικό χώρο κατά τον ΥΒΕΤ (1989), η συνολική ποσότητα νερού που χρησιμοποιήθηκε το 1980 για άρδευση ήταν 4220x10 6 m 3, για ύδρευση ήταν 69,6x10 6 m 3, για βιομηχανική χρήση ήταν 121x10 6 m 3, και συνολικά χρησιμοποιήθηκαν 5037x10 6 m 3 νερού. Το 1991 υπήρξε αύξηση κατά 40 % των παραπάνω καταναλώσεων, ενώ όπως δείχνουν τα στατιστικά της STATISTA η κατανάλωση νερού ανά κάτοικο τον χρόνο στην Ελλάδα το 2016 έφτασε τα 883,2 m 3 ( 1

18 Σχήμα 1.1 Υδρογεωλογία ελεύθερου υδροφορέα. (Μαμάσης, 2009) Βασικές αρχές αξιοποίησης των υπόγειων υδατικών πόρων. Ο άνθρωπος αυξάνει συνεχώς τις απαιτήσεις ύδατος. Τα 7,2 δισεκατομμύρια ανθρώπων που ζουν στην υφήλιο ήδη καταναλώνουν το 54% του συνόλου των αποθεμάτων νερού που βρίσκεται σε λίμνες, ποτάμια και υπόγειες πηγές. Έτσι αν η κατανάλωση του νερού συνεχιστεί με τον ίδιο ρυθμό ο άνθρωπος θα χρησιμοποιεί μόλις το 90% των διαθέσιμων πηγών μέσα στα επόμενα 25 χρόνια αφήνοντας έτσι για τις επόμενες γενεές μόλις το 10% των διαθέσιμων πηγών για χρήση. Στην διάρκεια ενός έτους παγκοσμίως η χρήση του νερού για γεωργική χρήση καλύπτει το ποσοστό του 69%. Η βιομηχανία αξιοποιεί το 23% και η αστική χρήση το 8%. Τα ποσοστά αυτά όμως διαφέρουν ανάμεσα στις διάφορες περιοχές ανά την Υφήλιο. Για παράδειγμα στην Αφρική, το 88% της συνολικής κατανάλωσης ξοδεύεται για την γεωργική χρήση, ενώ το 7% καταναλώνεται από οικιακή χρήση και το 5% από βιομηχανική. Σύμφωνα με τον Μενέλαο (2013) η Ευρώπη παρουσιάζει καταναλώσεις με ποσοστά 54%, 33%, 13% για την βιομηχανία, γεωργία και οικιακή χρήση αντίστοιχα. Απεναντίας στην Ελληνική επικράτεια ο μεγαλύτερος καταναλωτής είναι η αγροτική χρήση όπου καταλαμβάνει το 83%, το 13% ξοδεύεται στον τομέα της βιομηχανίας και ενέργειας και μόλις το 1% στον τομέα της κτηνοτροφίας. Το σύνολο τη ζήτησης νερού για την Ελλάδα εκτιμάται ετησίως στα 8.24 hm 3. 2

19 Γεωργία Μια από τις βασικότερες αρχές αξιοποίησης των υπόγειων υδάτων είναι αυτή της κάλυψης των αναγκών της αγροτικής παραγωγής, όπου μεταχειρίζεται περίπου το 70% των αποθεμάτων του γλυκού νερού. Σοβαρό πρόβλημα ύπαρξης των υπόγειων υδάτων αποτελεί η ανεξέλεγκτη εκμετάλλευσή τους από τους γεωργούς σε συνδυασμό με την μη επαρκή φυσική ανανέωσή τους. Το φαινόμενο αυτό στοιχίζει ένα έλλειμμα της τάξης περίπου 160 δις m 3 το χρόνο. Επίσης από το Μενέλαο (2013) έχει παρατηρηθεί: Η έκταση που μεταχειρίζεται παγκοσμίως η αγροτική παραγωγή, από το 1960 αυξήθηκε κατά 12% φτάνοντας στα 1,5 δις εκτάρια. Το νερό που αξιοποιείται για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών των εκτάσεων φτάνει περίπου στα 2-2,5 km 3 το χρόνο. Κατά κύριο λόγο η αγροτική δραστηριότητα ευθύνεται για την μείωση των διαθέσιμων ποσοτήτων υπόγειων υδατικών πόρων αλλά και για την ρύπανση του με ποσοστό 70%. Αρκετές από τις μεγαλύτερες γεωργικές δραστηριότητες στον κόσμο χρησιμοποιούν το υπόγειο νερό ως κύρια πηγή τους. Συνολικά, η ποσότητα κατανάλωσης νερού ετησίως ανέρχεται στα 160 δις m 3 στις Η.Π.Α, Κίνα, βόρεια Αφρική, Ινδία και την Αραβική Χερσόνησο. Βιομηχανία Το νερό που χρησιμοποιείται στην βιομηχανία καλύπτει το 22% της συνολικής παγκόσμιας κατανάλωσης, 59% για τις χώρες με υψηλό εισόδημα ενώ για τις χώρες με χαμηλό εισόδημα το 8% αντίστοιχα. Η αύξηση τη ετήσιας κατανάλωσης νερού από τα 752 km 3 το 1995 θα φτάσει στα km 3 το Επιπροσθέτως εκτιμάται πως από την βιομηχανική δραστηριότητα περίπου τόνοι βαρέων μετάλλων, χημικών και άλλων αποβλήτων, συσσωρεύονται κάθε χρόνο. Οι βιομηχανίες που ευθύνονται για την οργανική ρύπανση είναι εκείνες που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη οργανικές ακατέργαστες ουσίες και συνήθως συναντιούνται στις βιομηχανίες τροφίμων. Η οργανική ρύπανση που προέρχεται από την βιομηχανία διαφοροποιείται με βάση το εισόδημα. Στις χώρες με χαμηλό εισόδημα παρατηρείται ένα ποσοστό συνεισφοράς της τάξης του 60% ενώ με υψηλό 40%. Οι Η.Π.Α και άλλες βιομηχανικές χώρες παράγουν επικίνδυνα απόβλητα σε ποσοστό μεγαλύτερο του 3

20 80%. Στις αναπτυσσόμενες χώρες, τα απόβλητα που εναποτίθενται στο νερό χωρίς να έχουν επεξεργαστεί ανέρχονται στο 70% όπου ρυπαίνουν τις διαθέσιμες ποσότητες νερού. Ενέργεια Ο ηλεκτρισμός και γενικότερα οι ενεργειακές απαιτήσεις παγκοσμίως θα αυξηθούν κατά την διάρκεια του 21ου αιώνα σε μεγάλο βαθμό. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός αυτό, και γνωρίζοντας ότι οι μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως το πετρέλαιο είναι πεπερασμένες, ο άνθρωπος έστρεψε την προσοχή του στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η πιο κύρια μορφή ανανεώσιμης ενέργειας, η οποία αξιοποιείται και ευρέως είναι η υδροηλεκτρική ενέργεια. Το 19 % της συνολικής ποσότητας ηλεκτρισμού που παράγεται οφείλεται στην υδροηλεκτρική ενέργεια. Στον Καναδά εμφανίζεται μεγαλύτερη παραγωγή υδροενέργειας και έπειτα στις ΗΠΑ και στην Βραζιλία. Παγκοσμίως εντοπίζονται μεγάλα υδροηλεκτρικά φράγματα. (Μενέλαος, 2013) Πηγές και κατηγορίες ρύπανσης των υπόγειων υδατικών πόρων Η ρύπανση των Υδατικών Πόρων αποτελεί μία από τις πιο σημαντικές απειλές σε παγκόσμια κλίμακα στην προστασία των Υδατικών Πόρων και γενικότερα στην προστασία των φυσικών πόρων. Η ρύπανση των υδάτων οφείλεται σε σημειακές ή μη-σημειακές πηγές. Οι σημειακές πηγές ρύπανσης εμφανίζονται σε συγκεκριμένες τοποθεσίες και είναι εργοστάσια, αγωγοί, διυλιστήρια, βόθροι ορυχεία, πετρελαιοπηγές, εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων και είναι εύκολος ο εντοπισμός και έλεγχος αρμόδιες αρχές. Από την άλλη πλευρά οι μη-σημειακές δεν έχουν συγκεκριμένη τοποθεσία καθώς είναι μεγάλες σε έκταση όπως οι αγροκαλλιέργειες, τα λιβάδια. Οι πιο διαδομένοι ρύποι που εμφανίζονται εξαιτίας των μη σημειακές πηγές είναι τα φυτοφάρμακα, και τα λιπάσματα. Σύμφωνα με την Χατζηανδρέου (2012) η ρύπανση του υπόγειου υδατικού δυναμικού προέρχεται από οργανικές και ανόργανες χημικές ουσίες. Τα νιτρικά, τα χλωριούχα άλατα, τα θειικά ιόντα, τα οξέα και τα βαρέα μέταλλα είναι οι κυριότερες ανόργανες ουσίες που μπορεί να ρυπαίνουν τα ύδατα. Οι ουσίες αυτές αποτελούν ρύπο λόγω της τοξικότητά τους που μπορεί να προέλθει από αυξημένη συγκέντρωση και τον χρόνο παραμονή τους στο έδαφος, ενώ σε συνδυασμό με τις άλλες χημικές ουσίες που υπάρχουν στο έδαφος αντιδρούν και δημιουργούν πιο τοξικές ενώσεις δύσκολες στις πρόβλεψή τους. Η ρύπανση των υπόγειων υδάτων ταξινομείται με βάση τις δραστηριότητες ή τις διεργασίες που την προκαλούν. Με βάση τις δραστηριότητες η ρύπανση προκαλείται από: 4

21 1. Βιομηχανικές δραστηριότητες. Σε αυτή εμφανίζεται μεγάλη ποικιλία οργανικών και ανόργανων ενώσεων που βρίσκονται στα υγρά απόβλητα των εργοστασίων. Συνήθως τα απόβλητα αυτά εναποτίθενται απευθείας σε κάποιο φυσικό υδάτινο αποδέκτη (πχ λίμνη, θάλασσα) ενώ τα στερεά απόβλητα διατίθενται σε ειδικού χώρους ταφής που λειτουργούν με βάση την οδηγία 99/31/ΕΕ. Ακόμη ρύπανση έχουμε σε τυχόν διαρροές ή περιβαλλοντικά ατυχήματα. Στη δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται νερό για την έκπλυση της περιοχής έτσι ώστε να αποφθεχτούν φαινόμενα φωτιάς και εκρήξεων. Με αυτόν τον τρόπο έχουμε μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων υδάτων και ρύπων στο έδαφος μέσω των στραγγιστικών διαδικασιών. 2. Αγροτικές δραστηριότητες. Το ανόργανο άζωτο που βρίσκεται μέσα στα εμπορικά λιπάσματα τίθεται σε πολύ μεγάλες ποσότητες. Σύμφωνα με μελέτες τα φυτά χρησιμοποιούν την μισή ποσότητα αζωτούχων λιπασμάτων από αυτή που εφαρμόζεται. Κατά την διαδικασία της άρδευσης (καταιονισμός) συνήθως χρησιμοποιείται πολύ περισσότερο νερό από αυτό που έχει ανάγκη η καλλιέργεια. Το νερό που περισσεύει κατά την διαδικασία του ποτίσματος άλλοτε απορρέει επιφανειακά (Θάλασσες, Λίμνες, Ποτάμια) είτε κατεισδύει προς τα υπόγεια νερά. Οι παράγοντες της άρδευσης και της εφαρμογής λιπασμάτων ανόργανου αζώτου είναι υπεύθυνες για την υπέρμετρη αύξηση νιτρικών ιόντων σε πολλές καλλιεργούμενες εκτάσεις. Η αύξηση αυτή σημειώνεται ακόμη και σε εδάφη τα οποία είναι πλούσια σε οργανικές ενώσεις χωρίς αυτά απαραίτητα να καλλιεργούνται. Τα νιτρικά σε αυτή την περίπτωση διοχετεύονται από τα φυτικά και ζωικά υπολείμματα και απόβλητα στο έδαφος. Μαζί με τα υπολείμματα των λιπασμάτων είναι δυνατόν να διαφύγουν προς το υπόγειο υδροφορέα. Τα βασικότερα κριτήρια που χαρακτηρίζουν την κινητικότητα των νιτρικών προς τα υπόγεια ύδατα είναι η ποσότητα του λιπάσματος που χρησιμοποιείται, η κατείσδυση, η διαπερατότητα του εδάφους αλλά και η τταχύτητα με την οποία εισέρχεται το νερό σε αυτό. Τα νιτρικά ιόντα χαρακτηρίζονται ως ευδιάλυτα στο νερό και λόγω της αρνητικής τους φόρτισης σημειώνουν μεγάλη κινητικότητα και μεταφέρονται με το νερό που διηθείται βαθιά από την ακόρεστη του στην κορεσμένη ζώνη. Στην κορεσμένη ζώνη μεταφέρονται και διασπείρονται μέσω της υπόγειας ροής. Επιπλέον, σημαντικοί ρύποι για τα υπόγεια ύδατα αποτελούν και τα διάφορα φυτοφάρμακα που χρησιμοποιούνται για την προστασία των καλλιεργειών (εντομοκτόνα, παρασιτοκτόνα, ζιζανιοκτόνα). Ακόμη και αν οι οργανικές ενώσεις που βρίσκονται στα λιπάσματα είναι ευδιάλυτες στο νερό στα υπόγεια νερά έχουν εντοπιστεί σημαντικές ποσότητες αυτών. Μια εξίσου σημαντική πηγή νιτρικών αποτελούν τα διάφορα ζωικά απόβλητα (κοπριές). Τέλος, κατά την ταφή τόσο των 5

22 αποβλήτων που οφείλονται στην γεωργία όσο και των νεκρών ζώων και τα περιττώματα αυτών παρουσιάζουν φαινόμενα όπως αυτό της έκπλυσης ακόμα και αν αυτό είναι μικρής έκτασης και αφορά μια συγκεκριμένη περιοχή (Μενέλαος, 2013). 3. Οικιακές και αστικές δραστηριότητες. Η ρύπανση λόγω των οικιακών και αστικών δραστηριοτήτων οφείλεται κυρίως στα στερεά και αστικά απόβλητα. Τα απόβλητα αυτά πολλές φορές περιχέουν θρεπτικές ουσίες από τις διάφορες αστικές χρήσεις τις καθημερινής ζωής (απορρυπαντικά, καθαριστικά, προϊόντα κλπ) και είναι υπεύθυνα για την ρύπανση των υπόγειων υδατικών πόρων. Ακόμη ρύπανση αυτού του είδους υφίσταται και όταν τα αστικά απόβλητα έχουν επεξεργαστεί σε κάποιο βιολογικό καθαρισμό και στην συνέχεια έχουν εναποτεθεί σε ανοιχτούς λάκκους στο έδαφος. 4. Ραδιενεργός ρύπανση από βιομηχανικές δραστηριότητες. Σύμφωνα με την Χατζηανδρέου (2012) η πηγή της ρύπανσης των υπόγειων υδάτων που χαρακτηρίζει την κατηγορία αυτή είναι η βιομηχανία και όταν αυτή έχει να κάνει με την παραγωγή ατομικής ενέργειας αλλά και με την κάθε μορφή πυρηνικής τεχνολογίας. Ο ρύπος οφείλεται κυρίως σε ουσίες ραδιενεργές και σε αντίθεση με τις προηγούμενες περιπτώσεις είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη για τον άνθρωπο ακόμα και όταν οι ουσίες αυτές απαντώνται σε μικρές συγκεντρώσεις στα υπόγεια νερά. Οι κυριότερες πηγές ρύπανσης της κατηγορίας αυτής είναι η ύπαρξη ραδιενεργών ουσιών στα υπόγεια ύδατα, απόβλητα ατομικής ενέργειας κατά την μην ορθή δοκιμή ατομικών όπλων και οι γενικότερες ειρηνικές χρήσεις της ατομικής ενέργειας. Όμως για το περιβάλλον το μεγαλύτερο θέμα είναι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες και ειδικότερα για τα υπόγεια νερά το μείζων πρόβλημα είναι η εναπόθεση στο έδαφος ραδιενεργών αποβλήτων. 1.2 Ρύπανση από νιτρικά Η χρήση λιπασμάτων είναι ιδιαίτερα σημαντική για την απόδοση μιας καλλιέργειας καθώς και για την ποιότητά της. Ως επακόλουθο η χρήση αυτών κρίνεται απαραίτητη για την γεωργία. Όμως η χρήση τους θα πρέπει να είναι ορθολογική. Η ανεξέλεγκτη χρήση των λιπασμάτων έχει ως απόρροια υποβαθμισμένες καλλιέργειες, δηλαδή, με μειωμένη παραγωγικότητα. Επιπλέον οι καλλιέργειας παρουσιάζουν χαμηλής ποιότητας προϊόντα. Αναντίρρητο γεγονός είναι ότι τα λιπάσματα έχουν επιβλαβείς συνέπειες για κάθε μορφή ζωής του εκάστοτε περιβάλλοντος. Τέλος η μακροχρόνια εκτενής χρήση αζωτούχων 6

23 λιπασμάτων μπορεί να δημιουργήσει δυσμενή αποτελέσματα για την ποιότητα των υπόγειων υδάτων. Σύμφωνα με τη ΥΑ 161/1997/Β-519, που αφορά την «Προστασία των υδάτων από νιτρορύπανση γεωργικής προέλευσης», ως αζωτούχο λίπασμα ορίζεται κάθε αζωτούχα ένωση ή ενώσεις που εφαρμόζονται στο έδαφος για να βελτιώσουν και να ενισχύσουν τις καλλιέργειες συμπεριλαμβανομένου της κοπριάς και της λυματολάσπης. Αντλώντας στοιχεία από τη ΥΑ 161/1997/Β-519 ως νιτρορύπανση ορίζεται «η άμεση ή έμμεση απόρριψη στο υδάτινο περιβάλλον αζωτούχων ενώσεων γεωργικής προέλευσης». Συνεπώς, προκαλούνται επιβαρύνσεις για την υγεία του ανθρώπου, για τους ζωντανούς οργανισμούς και για το υδατικό περιβάλλον. Επιπροσθέτως αρνητικά αποτελέσματα παρουσιάζονται και σε άλλες χρήσεις των υδάτων (εγκαταστάσεις αναψυχής, ύδρευση). Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες ευθύνονται κυρίως για την δημιουργία του προβλήματος της νιτρορύπανσης στα υπόγεια ύδατα ενώ η πιο σημαντική πηγή νιτρικών αποτελούν όλες οι δραστηριότητες που σχετίζονται με την γεωργία και την κτηνοτροφία. Η ακατάπαυστη εφαρμογή λιπασμάτων αζώτου που αποσκοπεί στην βελτίωση της παραγωγικότητας και της απόδοσης της καλλιέργειας έχει ως απότοκο την συγκέντρωση μεγάλων ποσοτήτων νιτρικών αλάτων στο υπέδαφος. Κατά την περίπτωση όπου καταναλώνονται φυτά που έχουν συσσωρεύσει μεγάλες ποσότητες νιτρικών είναι πιθανό να προκληθούν σοβαρά προβλήματα στην υγεία των καταναλωτών. Ακόμη πιθανό είναι και η μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων νιτρικών στους υπόγειους υδροφορείς σε περιπτώσεις όπως και στο προηγούμενο παράδειγμα. Η πόση νερού που έχει προσβληθεί με τέτοιες ουσίες ελλοχεύει κινδύνους για τους καταναλωτές. Υψηλές συγκεντρώσεις αζωτούχων ενώσεων παρατηρούνται ακόμη και σε περιοχές όπου υπάρχει συσσώρευση αποβλήτων ζωικής προέλευσης. Όσον άφορα τα επιφανειακά ύδατα και πιο συγκεκριμένα τις λίμνες και τους κλειστούς κόλπους η παρουσία μεγάλων ποσοτήτων αζώτου και φωσφόρου με την συνδρομή της ηλιακής ακτινοβολίας ενισχύουν σε μεγάλο βαθμό το φαινόμενο του ευτροφισμού δηλαδή την ανάπτυξη υδρόβιας βλάστησης και φυτικών μικροοργανισμών στο νερό (φυτοπλαγκτόν). Ο ευτροφισμός προκαλεί μια σειρά δυσμενών συνεπειών που έχει ως τελικό αποτελέσματα την υποβάθμιση του υδρόβιου οικοσυστήματος και την διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας της ευρύτερης περιοχής. Στο σχήμα 1.2 απεικονίζονται νεκρά ψάρια λόγω ευτροφισμού. 7

24 Σχήμα 1.2 Νεκρά ψάρια λόγω ευτροφισμού ( Ο Κύκλος του αζώτου Το άζωτο αποτελεί ζωτικής σημασίας χημικό στοιχείο καθώς συμμετέχει στην δημιουργία των περισσοτέρων απαραίτητων ενώσεων για την ζωή όπως τις πρωτεΐνες το γενετικό υλικό την χλωροφύλλη κ.α. Στην φύση το άζωτο απαντάται σε τρείς μορφές, στο ατμοσφαιρικό άζωτο, στις διάφορες ανόργανες ουσίες (NO3, NO2, NH3) και στις οργανικές ενώσεις (πρωτεΐνες, ουρικό οξύ). Το 78% του αζώτου βρίσκεται στην ατμόσφαιρα (N2) όμως η ποσότητα αυτή δεν είναι άμεσα προσβάσιμη από τα φυτά και τα ζώα. Τα περισσότερα φυτά προκειμένου να προσλάβουν το άζωτο πρέπει να το βρουν με την μορφή των νιτρικών ιόντων (ΝΟ3) η νιτρικών αλάτων. Η διαδικασία με την οποία το ατμοσφαιρικό άζωτο μετατρέπεται σε νιτρικά ιόντα ονομάζεται δέσμευση του αζώτου και διακρίνεται σε βιολογική και χημική δέσμευση. Η βιολογική πραγματοποιείται από μικροοργανισμούς που συμβιώνουν στις ρίζες των φυτών (κυρίως τα ψυχανθή) στο έδαφος μετατρέποντας το ατμοσφαιρικό άζωτο σε μορφές χρήσιμες για το φυτό ενώ στο υδάτινο περιβάλλον η δέσμευση γίνεται κυρίως από μερικά κυανοφύκη. Κατά την χημική δέσμευση η φύση ενώνει μέσω των ηλεκτρικών εκκενώσεων το άζωτο και το οξυγόνο της ατμόσφαιρας και σχηματίζει NO2 τα οποία μέσω της βροχής φτάνουν στο έδαφος. Με το νερό εισέρχεται στο έδαφος και αφού αντιδράσει με τα ορυκτά σχηματίζονται τα νιτρικά άλατα, μορφή η οποία χρησιμοποιείται από τα 8

25 περισσότερα φυτά. Το άζωτο πλέον βρίσκεται στα φυτά για την δημιουργία των απαραίτητων ενώσεων ενώ τα ζώα καλύπτουν τις ανάγκες τους σε άζωτο με την τροφή των φυτών. Μετά τον θάνατο τόσο των φυτών όσο και των ζώων τα βακτηρία του εδάφους που καλούνται αποικοδομητές μετατρέπουν τις αζωτούχες ενώσεις σε αμμωνία και αμμώνιο. Η μετατροπή αυτή καλείται αμμωνιοποίηση. Στη συνέχεια η αμμωνία οξειδώνεται σε νιτρώδη και στη συνέχεια σε νιτρικά ιόντα. Αυτό ονομάζεται νιτροποίηση. Σε αυτό συμβάλουν ειδικά αζωτοβακτήρια προκειμένου το άζωτο να επανέλθει σε μορφή προσβάσιμη για τα φυτά. Τα νιτρικά που περισσεύουν στο έδαφος ανάγονται από απονιτροποιητικούς μικροοργανισμούς σε ατμοσφαιρικό άζωτο και έτσι αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μέσω της απονιτροποίησης και με αυτόν τον τρόπο κλείνει ο κύκλος τους αζώτου (Γκερεδάκη, 2008) Επιδράσεις νιτρικών στην υγεία Η ρύπανση που οφείλεται στα νιτρικά ιόντα στους υπόγειους αποδέκτες είναι σε θέση να δημιουργήσει προβλήματα τόσο στην δημόσια υγεία όσο και στο φυσικό περιβάλλον. Τα προβλήματα στην υγεία του ανθρώπου προκαλούνται από μεγάλες συγκεντρώσεις νιτρικών και είναι υπεύθυνα για την δημιουργία ασθενειών αλλά ακόμη και τον θάνατο. Για έναν ενήλικα συγκεντρώσεις της τάξης των mg/kg ΝΟ3 και 20 mg/kg στον οργανισμό του θεωρούνται θανατηφόρες. Τα NO2 δημιουργούνται από τα ΝΟ3 από μικροοργανισμούς και μέσω της τροφής εισέρχονται στο στομάχι του ανθρώπου. Έχει εκτιμηθεί (Weyer κ.α., 2001) πως το 20% των ΝΟ3 που βρίσκονται στο στομάχι μετατρέπονται σε ΝΟ2 τα οποία στη συνέχεια είναι δυνατόν να μετατραπούν σε ουσίες υπεύθυνες για την εκδήλωση κάποιας μορφής καρκίνου. Το πώς εκτιμάται η δράση των νιτρικών στον ανθρώπινο οργανισμό σχετίζεται με τις παρακάτω επιδράσεις: α) Μεθαιμογλοβιναιμία Την χρονική στιγμή που οι συγκεντρώσεις ΝΟ 3 φτάνουν στο αίμα ο σίδηρος οξειδώνεται δημιουργώντας την μεθαιμογλοβίνη η οποία αδύνατη να μεταφέρει οξυγόνο στα κύτταρα. Τα μωρά και πιο συγκριμένα τα νεογέννητα κάτω των 3 μηνών είναι πιο ευαίσθητα στην συσσώρευση μεθαιμογλοβίνης από ότι οι ενήλικες και ακόμη περισσότερο τα μωρά με αναπνευστικά προβλήματα. Όταν το μωρό έχει μεγάλες ποσότητες μεθαιμογλοβίνης τα χείλη και το δέρμα αποκτούν μπλε χρώμα. Την στιγμή που το ποσοστό της μεθαιμογλοβίνης στο σύνολο της αιμογλοβίνης φτάσει ή υπερβεί το 70% η αιμογλοβίνη αντί να μεταφέρει οξυγόνο μεταφέρει ΝΟ2 και επέρχεται η ασφυξία. 9

26 β) Καρκινογένεση Οι συγκεντρώσεις των ΝΟ 3 έχουν την δυνατότητα να σχηματίσουν καρκινογόνες ουσίες όπως οι νιτροζαμίνες οι οποίες προκαλούν καρκίνο και τερατογένεση, με τις πηγές τους να εμφανίζονται στον Πίνακα 1.1. Ακόμη και αν ήταν γνώστες αυτές οι ουσίες μέχρι και το 1956 δεν είχαν απασχολήσει το επιστημονικό κοινό όμως την χρονιά εκείνη παρατηρήθηκε όγκος στο συκώτι αρουραίων από μια νιτροζαμίνη (διμεθυλονιτροζαμίνη). Μετά από μία σειρά ερευνών σε πειραματόζωα διαπιστώθηκε πως το 90% από ένα σύνολο 300 περίπου ουσιών είχαν καρκινογόνο δράση σε διάφορα όργανα των ανθρωπίνων και ζωικών οργανισμών. (Scanlan, 2003) ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1 Πηγές νιτροζαμινών στις τροφές, στα υγρά του σώματος και στην επαγγελματική έκθεση Μπέικον στο τηγάνισμα Παστά κρέατα Μπύρα Άπαχο γάλα σε σκόνη Προϊόντα καπνού Γαστρικά υγρά Προϊόντα από καουτσούκ Βιομηχανική παρασκευή καουτσούκ Βιομηχανίες μετάλλων Βιομηχανική παρασκευή καουτσούκ Κάποια είδη κοσμετολογίας Βιομηχανική παρασκευή κάποιων χημικών ουσιών Γενικότερα τα νιτρικά άλατα είναι ευρέως γνωστά για την χρήση τους τόσο στα παστά κρέατα λόγω της αντιβακτηριδιακής του δράσης όσο και στα αλλαντικά και συμβολίζονται ως Ε-249 και Ε-252 αντίστοιχα. Οι νιτροζαμίνες δεν εντοπίζονται εύκολα σε μικρές συγκεντρώσεις και ποσότητες τους έχουν ανιχνευτεί στον καπνό του τσιγάρου, στα σιτηρά και στα αλκοολούχα ποτά (<5 mg/l). Ακόμη θεωρείται πως τα ΝΟ 3 είναι υπεύθυνα για την δημιουργία καρκίνου στον οισοφάγο και στο στομάχι ενός ενήλικα όμως δεν έχει αποδειχτεί ακόμη από σχετικές έρευνες. Σε μία πρόσφατη έρευνα στην Iowa των Ηνωμένων Πολιτειών απεδείχθη πως οι πιθανότητες εμφάνισης καρκίνου του εντέρου λόγω των νιτρικών στο πόσιμο νερό σε επίπεδα των 5 ή 10 mg/l είναι ιδιαίτερα αυξημένες και ιδιαίτερα σε άτομα με φτωχή διατροφή σε βιταμίνη C και πλούσια σε κρέατα ή σε άτομα με χρόνιες εντερικές παθήσεις. Για της γυναίκες είναι αυξημένη η πιθανότητα καρκίνου στην ουροδόχο κύστη λόγω της πόσης νερού με νιτρικά. 10

27 γ) Διαταραχές του θυρεοειδούς Οι Δανοί επιστήμονες έδειξαν από μια ενδιαφέρουσα μελέτη πως τα άτομα που κατανάλωναν νερό με συγκέντρωση νιτρικών στα 11,3 mg/l εμφάνισαν συμπτώματα υπερθυρεοειδισμού. Είναι ευρέως γνωστό πως ο θυρεοειδής αποτελεί έναν από τους πιο βασικούς αδένες στον άνθρωπο καθώς είναι υπεύθυνος για πολλές ενδοκρινείς και ορμονικές λειτουργίες. δ) Προβλήματα τοκετού Σύμφωνα με του μελετητές, Dorsch(1984) και Super(1981), EWG(1996), Knox(1972) τα νιτρώδη και γενικότερα τα νιτρικά παρουσίασαν επιπλοκές κατά την περίοδο του τοκετού αρχικά σε ζώα και στην συνέχεια και στον άνθρωπο Όρια ρύπανσης και θέσπισή τους Κατά τις αρχές του 1980 πολλές από τις ευρωπαϊκές χώρες αντιληφθήκαν την επικινδυνότητα που απορρέει για την δημόσια υγεία από την νιτροτύπανση στα υπόγεια ύδατα λόγω της γεωργικής δραστηριότητας για την δημόσια υγεία και για αυτόν τον λόγο άρχισε να μπαίνει σε εφαρμογή μια πολιτική που θα αντιμετώπιζε το παραπάνω πρόβλημα δηλαδή της υπερβολικής ή και της παρατεταμένης χρήσης αζωτούχων λιπασμάτων αλλά και κοπριάς. Κάποιες από τις χώρες εφάρμοσαν τις πολιτικές αυτές σε φάσεις προκειμένου και οι αγρότες αλλά και το περιβάλλον να προσαρμοστούν στις προκείμενες αλλαγές. Η παγκόσμια Οργάνωση Υγείας (World Health Organization -WHO) το 1963 καθόρισε ως ανώτερο επιτρεπόμενο όριο νιτρικών τα 22 mg/l για τις εύκρατες ζώνες και 10 mg/l για τις τροπικές (Γκερεδάκη, 2008). Ενώ η E.P.A. (U.S. Env.Prot.Agency) το 1975 όρισε ως επιτρεπόμενο όριο νιτρικών τα 45 mg/l. Επειδή όμως μελέτες έδειξαν ότι τα παραπάνω όρια τα ξεπερνούσαν πολλές ευρωπαϊκές χώρες η τότε ΕΟΚ εξέδωσε την οδηγία 75/440/ΕΟΚ όπου θεώρησε πως η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση νιτρικών στα επιφανειακά ύδατα προς πόση δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 50 mg/l. Ακολουθώντας την παραπάνω γραμμή η ΕΟΚ εξέδωσε νέα οδηγία 80/77/ΕΟΚ όπου ορίζει ως ανώτερο 50 mg/l, ως ενδεικτικό όριο τα 25 mg/l για τα υπόγεια ύδατα. Ακόμη και μετά τις οδηγίες τις ΕΟΚ πολλές χώρες της Ε.Ε. εμφάνιζαν ρυθμό αύξησης των συγκεντρώσεων των νιτρικών και ξεπερνούσαν τα όρια που είχαν θεσπιστεί από την 11

28 οδηγία 80/77/ΕΟΚ αλλά και από τη νεότερη 98/83/ΕΚ ακόμη και στο διπλάσιο για το πόσιμο νερό. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μερικές χώρες της Ε.Ε. να υιοθετήσουν μέτρα με τα οποία θα περιόριζαν την ρύπανση από νιτρικά στα νερά τους. Εκτός των προαναφερθέντων οδηγιών η ΕΟΚ εξέδωσε άλλες δυο οδηγίες το /271/ΕΟΚ και 91/676/ΕΟΚ οι οποίες αφορούσαν την επεξεργασία των αστικών λυμάτων και την προστασία των υδάτων από την ρύπανση από νιτρικά γεωργικής προελεύσεως αντίστοιχα. Το 1997 το ΥΠΕΧΩΔΕ με την έκδοση της 16190/1335/ (ΦΕΚ5 19Α) Κοινής Υπουργικής Απόφασης, επικύρωσε την οδηγία 91/676/ΕΟΚ. Η Ελλάδα υιοθέτησε με την οδηγία 91/676/ΕΟΚ μέσω της ΥΑ 19652/1906/99 με την οποία ορίζονται τέσσερις περιοχές ως ευπρόσβλητες (Περιοχή του Κωπαϊδικού Πεδίου, Περιοχή της Θεσσαλίας, Λεκάνη του Πηνειού Ηλείας, Περιοχή του Αργολικού Πεδίου,) και μετέπειτα με την ΚΥΑ 20419/2522/01 όπου ορίζονται άλλες τρεις περιοχές ως ευπρόσβλητες (Πεδιάδα Θεσσαλονίκης - Πέλλας - Κιλκίς - Ημαθίας, Πεδιάδα Άρτας - Πρέβεζας και λεκάνη Στρυμόνα ποταμού). Ως ανώτατη επιτρεπόμενη τιμή έχει θεσπιστεί από την Ελληνική νομοθεσία η συγκέντρωση των 50 mg/l, όμως έχουν εντοπιστεί προβλήματα υγείας για μακροχρόνια πόση και χρήση νερού και σε μικρότερες συγκεντρώσεις (μεγαλύτερες κοντά από 25 mg/l) (ΦΕΚ Β 477/ ). Η οδηγία 2000/60/ΕΚ τέθηκε το Δεκέμβρη του 2000 σε ισχύ με σκοπό την αποφυγή επιδείνωσης της κατάστασης των υδάτων στην Ε.Ε. και της επίτευξης μιας τουλάχιστον καλής ποιότητας υδάτων μέχρι το Ρύπανση από χλώρια Υφαλμύριση καλείται το φαινόμενο κατά το οποίο το υπόγειο νερό αναμειγνύεται με το αλμυρό. Έτσι ο υπόγειος υδροφορέας εμπλουτίζεται κυρίως με ποσότητες διαλυμένων χλωριούχων αλάτων (Cl - ). Έτσι το φαινόμενο αυτό σχετίζεται άμεσα με την συσσώρευση ιόντων χλωρίου πέραν του επιτρεπόμενου για τα υπόγεια ύδατα. Η υφαλμύριση αποτελεί σημαντική κατηγορία ρύπανσης για τους υπόγειους υδροφορείς και μπορεί να προκληθεί τόσο από τον άνθρωπο όσο και από την ίδια την φύση. Η κατάσταση αυτή δεν αντιστρέφεται εύκολα, το νερό πλέον είναι υφάλμυρο και ακατάλληλο για διάφορες χρήσεις με βάση της εκάστοτε νομοθεσίες, οξύνοντας έτσι το πρόβλημα ανεπάρκειας των υπόγειων Υδατικών Πόρων (FAO, 1997, Nanou-Giannarou, 2003, Oude Essink, 2001, Todd and Mays, 2005, Καλλιώρας κ.α., 2006, Βουδούρης, 2009). 12

29 Η ανάμειξη θαλασσινού με γλυκό νερό σε ποσοστό 2% καθιστά σχεδόν αδύνατη την πόση, ενώ ένα ποσοστό 4% είναι αρκετό για να αχρηστέψει τον αντίστοιχο υδατικό πόρο. Ακόμη αυτά τα μικρά ποσοστά επαρκούν για την απαγόρευση της χρήσης του νερού για άρδευση, καθώς αυξάνονται τα ποσοστά των αλάτων που κατακρατούνται στο έδαφος (Bear, 1999, FAO, 1997, Jones et al., 1999, Liu, 2006, Βουδούρης, 2009, Werner et al., 2013). Μια κλασική περίπτωση υφαλμύρισης θεωρείται η διείσδυση θαλασσινού νερού στις παραθαλάσσιες περιοχές, όπου μεγάλη ποσότητα αλμυρού νερού εισέρχεται στο γλυκό ρυπαίνοντάς το, αλλά, υφαλμύριση μπορεί να προκληθεί επίσης και από άλλους παράγοντες, είτε φυσικούς είτε ανθρωπογενείς (Custodio, 1987a,, Hounslow, 1995, FAO, 1997, Jones et al., 1999, Καλλέργης, 2000, Van Dam, 1999, Oude Essink, 2001, Todd and Mays, 2005, WHO, 2006, Βουδούρης κ.α., 2005, Bobba,2007, Διαμαντής κ.α., 2012) Διάκριση φυσικών και ανθρωπογενών παραγόντων Οι παράγοντες είναι οι εξής: 1) Η συγκέντρωση ποσότητας θαλασσινού ύδατος στο υπέδαφος από παλαιότερους χρόνους. 2) Η καταστροφή λίθων που βρίσκονταν στους υπόγειους υδροφορείς, και ήταν πλούσια σε άλατα. 3) Η συγκέντρωση ποσοτήτων θαλασσινού νερού λόγω εξάτμισης κατά κόρων κυρίως σε περιοχές όπου είχαν κοντά θάλασσα. 4) Η μεταφορά σταγονιδίων αλμυρού νερού εξαιτίας ισχυρών ανέμων 5) Η είσοδος υφάλμυρου νερού που προέρχονται από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως λύματα των πόλεων, της βιομηχανίας, της γεωργίας, της κτηνοτροφίας, αλλά και απόβλητα αλάτων από τα εργοστάσια αφαλάτωσης. 6) Η εισαγωγή ποσοτήτων αρδευτικού νερού στον υδροφόρο ορίζοντα που περισσεύει και ήταν πλούσιο σε άλατα και εκπλύθηκαν από το έδαφος. 7) Η εισχώρηση θαλασσινού νερού στις παράκτιες περιοχές λόγω των εκτεταμένων γεωτρήσεων. Το πρόβλημα της υφαλμύρισης των Υπόγειων Υδατικών Πόρων αποτελεί σήμερα ένα ιδιαίτερα σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα καθώς υποβαθμίζει ποιοτικά τα 13

30 αποθέματα των υπόγειων υδάτων και κατ επέκταση μειώνει τα αποθέματα αξιοποίησής τους. Ο κύριος λόγος υφαλμύρισης των υπόγειων νερών που οφείλεται στη θαλάσσια διείσδυση λόγω της πτώσης στάθμης των υπόγειων υδατικών πόρων, που παρατηρείται σε παγκόσμια κλίμακα. Έχουμε ουσιαστικά την μεταφορά ποσοτήτων αλμυρού νερού σε περιοχές όπου προϋπήρχε γλυκό νερό. Η συγκεκριμένη μορφή ρύπανσης είναι ζωτικής σημασίας και προκειμένου να γίνει αντιληπτό αρκεί να σημειωθεί ότι η συγκέντρωση των ιόντων χλωρίου στην θάλασσα είναι περίπου mg/l, 76 φορές μεγαλύτερη από το ανώτατο επιτρεπόμενο όριο πόσιμου νερού (250 mg/l) (Oude Essink, 2001, EPA, 2002, WHO, 2008,Βουδούρης, 2009). Η θαλάσσια διείσδυση είναι ένα φαινόμενο το οποίο ρυπαίνει τα υπόγεια ύδατα και συμπεριλαμβάνεται στις φυσικές διεργασίες ρύπανσης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα. Το φαινόμενο αυτό λειτουργεί ως εξής: υπό φυσιολογικές συνθήκες η υδραυλική κλίση του υπόγειου νερού κατευθύνεται προς την θάλασσα, ενώ στη ποσότητα του υπόγειου υδροφορέα που εντοπίζεται κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας δημιουργείται μια περιοχή (μεταβατική ζώνη όπως φαίνεται στο σχήμα 1.3) μεταξύ του γλυκού (με ρ=1.000 kg/m3) και αλμυρού νερού (με ρ=1.025 kg/m3) λόγω της διαφορετικής συγκέντρωσης αλάτων. Έτσι, υπό φυσιολογικές συνθήκες, κάτω από την επιφάνεια του γλυκού νερού σχηματίζεται ένας θαλασσινός όγκος νερού που λαμβάνει την μορφή σφήνας η οποία κινείται ελάχιστα αναλόγως τις εποχές. Το πρόβλημα που εντοπίζεται στην παραπάνω διαδικασία είναι όταν η φυσική ισορροπία με κάποιο τρόπο διαταράσσεται με αποτέλεσμα να υπάρξουν μετακινήσεις των ζωνών και την εξάπλωση του αλμυρού νερού στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. Στην περίπτωση όπου το υδραυλικό φορτίο πέφτει κάτω από την στάθμη της θάλασσας έχουμε πλέον αντιστρέψει την φυσική υδραυλική κλίση του νερού και αντί να έχει κατεύθυνση προ τη θάλασσα πλέον έχει κατεύθυνση προς την ενδοχώρα (Σιαρκός, 2015). Σχήμα 1.3 Γεωμετρικό σχήμα της ζώνης μετάβασης κατά TULIPANO FIDELIBUS. 14

31 1.3.2 Αίτια θαλάσσιας διείσδυσης Σύμφωνα με την παραπάνω ανάλυση δυο είναι τα βασικά αίτια εμφάνισης του φαινομένου της υφαλμύρισης. Το πρώτο είναι η πτώση του υδραυλικού φορτίου στον υδροφορέα (χαμηλή πιεζομετρία) και το δεύτερο η άνοδος της στάθμης της θάλασσας. Παρακάτω αναλύονται οι βασικοί παράγοντες πρόκλησης του φαινομένου: α) Υπεράντληση υδροφορέων Ο κύριος παράγοντας της υποχώρησης του υδραυλικού ύψους σε συγκεκριμένες περιοχές οφείλεται στην υπεράντληση και υπερεκμετάλλευση των υπόγειων αποθεμάτων για την εξασφάλιση αρκετών ποσοτήτων νερού προκειμένου να ικανοποιηθούν οι αδρευτικές και υδρευτικές ανάγκες της περιοχής. Με τον όρο υπερεκμετάλλευση ενός υδροφορέα εννοούμε την απόληψη ποσοτήτων νερού που δεν έχουν προλάβει να ανανεωθούν με τον φυσικό εμπλουτισμό του συστήματος (βροχή, χιόνι, κατακρημνίσεις κλπ) οδηγώντας έτσι την στάθμη του υδροφορέα σε σημαντική πτώση με αποτέλεσμα την σταδιακή εξαφάνιση αποθεμάτων γλυκού νερού. Στο σχήμα 1.4 παρουσιάζοντα τα στάδια του φαινομένου της υφαλμύρισης λόγω υπεράντλησης σε μια περιοχή. Οι αυξημένες ανάγκες σε νερό που παρουσιάζονται σήμερα λόγω της έντονης πληθυσμιακής έξαρσης, τις ραγδαίες μετακινήσεις μεγάλων μαζών στα αστικά κέντρα (αστυφιλία), της ανόδου του βιοτικού επιπέδου, της εντατικοποιημένης βιομηχανικής και αγροτικής δραστηριότητας, της έντονης τουριστικής ανάπτυξης, αλλά και της άσκοπης χρήσης που δημιουργεί τη ψευδαίσθηση της αφθονίας, οδήγησαν στην απόληψη ολοένα και περισσοτέρων ποσοτήτων νερού από τα υπόγεια υδροφόρα στρώματα, οδηγώντας σε πολλές περιπτώσεις σε καταστάσεις υπεράντλησης (Μυλόπουλος, 2008). Το μέγεθος του προβλήματος φανερώνεται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες όπου η έλλειψη επιφανειακών υδάτων είναι αισθητή, σε συνδυασμό με την μη ύπαρξη σωστών υποδομών αποθήκευσης επιφανειακών υδάτων κατά τους χειμερινούς μήνες, πράγμα που οδηγεί στην άμεση εκμετάλλευση των υπόγειων υδάτων για την κάλυψη μεγάλων ποσοτήτων νερού κατά την συγκεκριμένη χρονική περίοδο (άρδευση καλλιεργειών, τουριστική κίνηση κλπ) (Σιαρκός, 2015). 15

32 Σχήμα 1.4 Στάδια φαινομένου υφαλμύρισης λόγω υπεράντλησης (Βουδούρης κ.α., 2005). β) Μείωση της επαναπλήρωσης των υδροφορέων Μια σημαντική παράμετρος όσων αφορά την στάθμη το υπόγειου υδοφόρου υδροφόρου ορίζοντα είναι η επαναπλήρωση ποσοτήτων νερού σε αυτόν. Με αυτόν τον γνώμονα οποιαδήποτε μεταβολή αυτής της παραμέτρου επιφέρει αντίκτυπο στην διακύμανση της στάθμης και συνεπώς στο γενικότερα φαινόμενο διείσδυσης θαλάσσιου νερού. Η ανανέωση τω υπόγειων νερών πραγματοποιείται κυρίως από την κατείσδυση των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων, των διαφόρων πλημμυρικών φαινομένων, την επιστροφή αρδευτικής ροής, κατά την διαρροή των δικτύων ύδρευσης-αποχέτευσης αλλά και με την εφαρμογή τεχνητού εμπλουτισμού. Αν με οποιονδήποτε τρόπο (π.χ. κλιματικές αλλαγές, αστικοποίηση και οικιστική ανάπτυξη, στεγανοποίηση και εγκιβωτισμός υδατορευμάτων, αποψίλωση δασών, αντιπλημμυρικά έργα κ.α.) περιοριστεί η ποσότητα του νερού που εισέρχεται στον υδροφορέα τότε είναι εφικτός ο κίνδυνος της ταπείνωσης της υπόγειας στάθμης και δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες για μετακίνηση του μετώπου στο εσωτερικό του υδροφορέα (Σιάρκος, 2015). 16

33 Κατά τον Βουδούρη, (2015) η επίδραση της κλιματικής αλλαγής στην ποσότητα του νερού που εισχωρεί στους υδροφορείς, δεν συναντάται μόνο στην μείωση των κατακρημνίσεων σε συνδυασμό με την αύξηση της εξάτμισης αλλά έγκειται και στην αύξηση της έντασης των φαινομένων καθιστώντας έτσι το έδαφος ανήμπορο να απορροφήσει όλες τις ποσότητες νερού που φτάνουν σε αυτό. γ) Κατασκευή τεχνικών έργων Με την κατασκευή τεχνικών έργων στις παραθαλάσσιες περιοχές είναι δυνατόν να προκληθεί διείσδυση θαλασσινού νερού είτε με ταπείνωση του υδραυλικού ύψους του υπόγειου υδροφορέα είτε με την διάνοιξη διαφόρων εισόδων αλμυρού νερού προς αυτό. Τα εγγειοβελτιωτικά ή αποστραγγιστικά έργα που αποσκοπούν στην εμφάνιση περισσότερων περιοχών για την αγροτική δραστηριότητα ευθύνονται για την ταπείνωση του υδροφορέα ενώ στο φαινόμενο της ταπείνωσης συντελούν και τα διαφόρου τύπου τεχνικά έργα όπως έργα κτηριακών εγκαταστάσεων, σήραγγες και υπόγειες διαβάσεις ή έργα εμπόδισης της υπόγειας ροής. Ενώ για την είσοδο αλμυρού νερού οφείλονται κυρίως διάφορα έργα αφαίρεσης χωμάτων, μετακινώντας ποσότητες ύλης που αποτελούσαν φυσικό φραγμό για την εισχώρηση του θαλασσινού νερού στο υπόγειο Επιπτώσεις της θαλάσσιας διείσδυσης Όπως γίνεται αντιληπτό η εισροή αλμυρού νερού ακόμα και σε μικρές ποσότητες στις παραθαλάσσιες περιοχές συνδέεται άμεσα με την ποιοτική υποβάθμιση του γλυκού νερού στο έδαφος προκαλώντας έτσι την μη αξιοποίησής του ή την πλήρη εξαφάνισή του. Η υποβάθμιση αυτή όχι μόνο διαταράζει την οικολογική ισορροπία του περιβάλλοντος αλλά καθιστά το νερό απαγορευτικό για την κάλυψη των ανθρωπίνων υδατικών αναγκών (ύδρευση, άρδευση) προκαλώντας δυσμενείς καταστάσεις στην κοινωνία και στην οικονομία (Πεταλάς, 2002). Εκτός από την ποιοτική υποβάθμιση εμφανίζεται και μια ποσοτική υποβάθμιση του γλυκού νερού. Αυτό συμβαίνει διότι τα πλέον υφάλμυρα νερά είναι ακατάλληλα για χρήση και οι απολήψεις υπόγειων υδάτων πραγματοποιούνται από τις υφιστάμενες πηγές που δεν έχουν προλάβει να ρυπανθούν μειώνοντας έτσι κατά πολύ την στάθμης τους ακόμη και σε μη αντιστρέψιμα επίπεδα. Επειδή το υφάλμυρο νερό παρουσιάζει υψηλή περιεκτικότητα σε άλατα και πιο συγκεκριμένα σε ιόντα χλωρίου είναι απαγορευτικό για πόση. Πιο συγκεκριμένα αν το χλώριο εμφανίζεται με συγκεντρώσεις υψηλότερες από το επιτρεπόμενο όριο των 250 mg/l 17

34 αποκτά γλυφή γεύση ενώ ακόμη μερικές έρευνες έχουν δείξει ότι προκαλούνται προβλήματα υγείας όπως παθήσεις στο ήπαρ και στην καρδιά. Όμως ακόμη και σε περίπτωση όπου η συγκέντρωση υπερβαίνει τα 100 mg/l σημειώνονται προβλήματα στη γεύση (Custodio, 1987d, FAO, 1997, Todd and Mays, 2005,Van Der Perk, 2006, Βουδούρης, 2009). Η εισροή θαλασσινού νερού προκαλεί πρόβλημα και στην ύδρευση μιας περιοχής. Το υφάλμυρο νερό είναι ακατάλληλο για πόση με αποτέλεσμα να αναζητούνται άλλες λύσεις για πόσιμο νερό (εμφιαλωμένο νερό κ.α.) οι οποίες συνήθως είναι δαπανηρές και αυξάνουν το κόστος ζωής προκειμένου να δοθεί μια λύση στο ζήτημα της υδροδότησης μιας περιοχής. Με την αύξηση του κόστους ζωής επηρεάζεται και ο τουριστικός τομέας με αποτέλεσμα την συνεχόμενη μείωση των αριθμών των τουριστών γεγονός που συνεπάγεται με την σειρά του την ελάττωση της οικονομίας της περιοχής και την απομάκρυνση νέων επενδυτικών κεφαλαίων. Με αυτόν τον τρόπο υπάρχει μείωση του εισοδήματος των κατοίκων και μια γενικότερη υποβάθμιση του βιοτικού επιπέδου (Κανακούδης κ.α., 1996). Τις περισσότερες φορές το νερό κρίνεται ακατάλληλο όχι μόνο για την πόση, ύδρευση, αλλά και για την άρδευση των καλλιεργειών μια περιοχής. Η υψηλή περιεκτικότητα σε ιόντα χλωρίου αυξάνει την αλατότητα των εδαφών προκαλώντας μεταβολή στην χημική τους σύσταση επηρεάζοντας έτσι κατά ένα μεγάλο ποσοστό την γονιμότητά τους. Απότοκο αυτού του γεγονότος είναι η ελάττωση της παραγωγικότητας και κατ' επέκταση η μείωση της αξίας της γης, η αύξηση του κόστους παραγωγής των προϊόντων, τον περιορισμό της ανταγωνιστικότητας, η μείωση των εισοδημάτων της αγροτικής οικονομίας με επακόλουθο την γενικότερη υποβάθμιση του βιοτικού επιπέδου. Ταυτοχρόνως η μείωση της δυναμικότητας του εδάφους αναγκάζει τους αγρότες είτε να χρησιμοποιούν περισσότερο νερό είτε να χρησιμοποιούν μεγαλύτερες ποσότητες λιπασμάτων συμβάλλοντας έτσι στην εμφάνιση και άλλων ρυπαντών στους υπόγειους υδροφορείς που με την σειρά τους προκαλούν και άλλα φαινόμενα όπως αυτό της νιτρορύπανσης (Κανακούδης κ.α., 1996) Όρια ρύπανσης Σύμφωνα με την οδηγία πλαίσιο για τα Νερά 2000/60/ΕΚ και τη θυγατρική Οδηγία 2006/118/ΕΚ, για τα υπόγεια ύδατα δίνεται η ευκαιρία να επιτευχθεί ο ορισμός ανωτέρων αποδεκτών τιμών για τις υπό εξέταση παραμέτρους με αφετηρία το σύστημα που χρησιμοποιεί η κάθε πολιτεία. Έχει σημειωθεί ότι στην χώρα μας συνολικά στα υπόγεια συστήματα πραγματοποιείται μικτή χρήση του νερού. Αναλογικά με την παραπάνω μέθοδο 18

35 επιτυγχάνεται θα μπορούσε να ειπωθεί ο έλεγχος χρήσης υπόγειων νερών, που αφορά την ύδρευση. Λαμβάνοντας υπόψη το άρθρο 3 της υπουργικής απόφασης ΥΑ /Αρ.Οικ /ΦΕΚ3322 /Β / σε εφαρμογή της παραγράφου 2 του Άρθρου 3 της υπ αριθμόν: 39626/2208/Ε130/2009 κοινής υπουργικής απόφασης (ΦΕΚ Β 2075) είναι ανώτερες αποδεκτές τιμές και λειτουργούν ενδεικτικά ια δεδομένα ρύπανσης για τις ουσίες που εντοπίζονται στο φυσικό περιβάλλον ή/και αποτελεί απόρροια ενέργειας προερχόμενης από τον άνθρωπο όπως και αναλύεται στον Πίνακα 1.2: ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2 Όρια ρύπανσης για κάθε χημικό στοιχείο στα Υπόγεια Ύδατα (Σιάρκος, 2015) Παράμετρος Ανώτερες Αποδεκτές Τιμές Νιτρικά (ΝΟ3) 50 mg/l Ολικά Φυτοφάρμακα 0,5 μg/1 Δραστικές ουσίες φυτοφαρμάκων Ο,1 μg/l Αρσενικό (Αs) 10 μg/l Μόλυβδος (Ρb) 25 g/1 Υδράργυρος(Ηg) 1 mg/l Αμμώνιο 0,5 mg/l Χλωριόντα (CL) 250 mg/l Αγωγιμότητα 2500 μs/cm ΡΗ 6,5-9,5 Θειικά 250 mg/l Νικέλιο (Νί) 20 μg/1 Χρώμιο (Cr) 50 μg/1 Αργίλιο (Α1) 200 μg/l 1.4 Διαχείριση Υδατικών Πόρων Η θεματική ενότητα της Διαχείρισης των Υδατικών Πόρων έχει αποτελέσει, αποτελεί και θα αποτελεί και στο μέλλον έναν κρίσιμο παράγοντα ενασχόλησης της πολιτείας καθώς και της επιστημονικής κοινότητας. Η έννοια της διαχείρισης στην επιστήμη της υδρολογίας περιλαμβάνει το σύνολο των διαδικασιών από το στάδιο εκπόνησης των διάφορων μελετών μέχρι και την υλοποίηση των έργων που πραγματοποιούνται για την ικανοποίηση της ζήτησης του νερού. Κρίνεται απαραίτητο να «υπολογίζεται» η δυνατότητα των αποθεμάτων 19

36 καθώς και να υπάρχει ισορροπία μεταξύ άντλησης και επαναφόρτισης των υπόγειων υδάτων (Σιδηρόπουλος, 2008). Μία σημαντική συνιστώσα στο αντικείμενο της διαχείρισης των Υδατικών Πόρων αποτελεί το οικονομικό μέρος. Η Διαχείριση των Υδατικών Πόρων κατά τον Ξανθόπουλο (1996) ορίζεται ως «ένα δυναμικό σύστημα δράσεων πέντε επιπέδων (θεσμικό, τεχνολογικό, οικονομικό, κοινωνικό, περιβαλλοντικό) μέσω του οποίου επιδιώκεται, η κάλυψη των υδατικών αναγκών με σκοπό το βέλτιστο αποτέλεσμα σε αναπτυξιακό-οικονομικό, κοινωνικό και περιβαλλοντικό επίπεδο». Επιπλέον ο Δημόπουλος το (1998) επισημαίνει την ορθολογική χρήση των Υδατικών Πόρων με ιεραρχημένη κατανομή στο χώρο και διανομή στο χρήστη, με διακυμάνσεις στα φυσικά όρια τους, με συνδυασμό επεμβάσεων και έργων με κριτήρια, το ελάχιστο οικονομικό αλλά κυρίως το ελάχιστο περιβαλλοντικό κόστος. Το άρθρο 10 του Νόμου 3199/2003 που αναφέρεται στη Προστασία και στη Διαχείριση των Υδατικών Πόρων προέβλεπε πως οι χρήσεις των Υδάτων κατηγοριοποιούνται στην αστική, αγροτική, βιομηχανική χρήση και χρήση αναψυχής. Η αστική χρήση περιλαμβάνει την ύδρευση, η οποία είναι μείζονος σημασίας καθώς αποτελεί πηγή ζωής για τον άνθρωπο. Επίσης για κάθε χρήση του νερού εντοπίζεται μια βιώσιμη διαχείριση της ζήτησης του νερού που θα διασφαλίζει μακροπρόθεσμα την επάρκεια των αποθεμάτων των υδάτων.(φεκ Α 280/ ) Ως βιώσιμη διαχείριση κατά τον Γκανούλη (2002), ορίζεται «η διαχείριση που διασφαλίζει τις τρέχουσες ανάγκες χωρίς να θέτει σε κίνδυνο τη δυνατότητα μελλοντικών γενιών να εξυπηρετήσουν τις δικές τους ανάγκες. Επιπλέον, για τους Υδατικούς Πόρους βιώσιμη διαχείριση είναι αυτή που χρησιμοποιεί το νερό για διάφορες χρήσεις διατηρώντας ταυτόχρονα σταθερή την υδρολογική, ποιοτική και οικολογική του οντότητα». Ο όρος της βιώσιμης διαχείρισης δεν είναι σχετικά καινούριος καθώς εισήχθη από το 1987 στο πολιτικό και κοινωνικό επίπεδο από την Gro Harlem Brundtland,τότε πρωθυπουργό της Νορβηγίας. Ο συγκεκριμένος όρος όμως χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1970 από τους εισηγητές της αγρό-οικολογίας στο πλαίσιο της διαχείρισης των δασών. Το 1987 μέσω της έκθεσης Brundtlad που υποβλήθηκε από την επιτροπή των Ηνωμένων Εθνών στην Παγκόσμια Επιτροπή για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (WCED) ο όρος αυτός έγινε ευρέως γνωστός (Σιδηρόπουλος, 2014). Με την συνθήκη του Άμστερνταμ το 1997, ο όρος βιώσιμη ανάπτυξη εισήλθε στο ευρωπαϊκό δίκαιο και αποτελεί πρωταρχικό σκοπό για την Ευρωπαϊκή Ένωση. Σύμφωνα με τον Μυλόπουλο (2000), η βιώσιμη διαχείριση για να υφίσταται είναι αναγκαίο να ακολουθούνται και να εφαρμόζονται τέσσερις θεμελιώδεις αρχές: 20

37 1. Ολοκληρωμένη και ενιαία προσέγγιση των συστημάτων ενός περιβάλλοντος εντός των φυσικών ορίων λεκάνης απορροής και του υδατικού διαμερίσματος. 2. Διαχείριση της ζήτησης, δηλαδή, η εφαρμογή μιας πολιτικής φιλικής προς το περιβάλλον όσων αφορά τις απολαβές από του υδατικούς πόρους και συγχρόνως η ρύθμιση της ζήτησης όταν τα αποθέματα αυτά συνεχώς ελαττώνονται. 3. Κοστολόγηση του νερού σύμφωνα με την πραγματική του αξία. Με την μη εφαρμογή αυτής της πολιτικής το νερό που ως κοινωνικό αγαθό πρέπει να διανέμεται δωρεάν αντιμετωπίζεται σπάταλα δημιουργώντας έτσι καταστροφικές συνέπειες για τους υδατικούς πόρους αλλά και γενικώς το φυσικό περιβάλλον. 4. Η διαχείριση του νερού θα πρέπει να πραγματοποιείται όσο είναι δυνατό από τους άμεσα ενδιαφερόμενους (κοινωνικοί, τοπικοί φορείς, ιδιωτικός τομέας) και στις αποφάσεις να συμμετέχουν ακόμη και τα κατώτατα διοικητικά επίπεδα αντικαθιστώντας έτσι το παραδοσιακό σύστημα διαχείρισης με ένα σύγχρονο αποκεντρωμένο βασισμένο στη συμμετοχική προσέγγιση. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα προβληματικής Διαχείρισης Υδατικών Πόρων αποτελεί και η λεκάνη της λίμνης Κάρλας Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ποσοτική και ποιοτική κατάσταση του υπόγειου υδατικού δυναμικού της λίμνης Κάρλα. 21

38 Κεφάλαιο 2 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ 2.1 Η ιστορία της λίμνης Κάρλας Η δημιουργία της λεκάνης της Θεσσαλίας χρονολογείται περίπου πριν από έτη με την βύθιση της Αιγαιίδας, που είχε ως επακόλουθο την δημιουργία του Αιγαίου Πελάγους. Κατά την γεωλογική περίοδο του πλειστόκαινου, τη χρονική δηλαδή περίοδο από τα έως τα έτη παλαιότερα, είχαν αρχίσει οι εναλλαγές των θερμών και ψυχρών περιόδων στην νότια Ευρώπη και συγκεκριμένα στην λεκάνη της Θεσσαλίας. Τότε συνέβαινε μια ταχεία αποστράγγιση των θεσσαλικών βυθισμάτων προς τον Θερμαϊκό κόλπο. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα οι διάφορες λίμνες να υποχωρήσουν και πολλά παραποτάμια κομμάτια του Πηνειού να ενωθούν και να συνδεθούν με την κύρια κοίτη του. Οι μόνες λίμνες που έμειναν στη θέση τους ήταν η λίμνη Βοιβηίδα και η λίμνη Έλη (Καρδίτσα). Με δημιουργήθηκε η λίμνη Βοιβηίδα- γνωστή και ως λίμνη Κάρλα- που τοποθετείται στο νοτιοανατολικό τμήμα της ανατολικής λεκάνης της θεσσαλικής πεδιάδας, και βορειότερα τη Νεσσωνίδα (αποξηραμένη πλέον λίμνη). Ο χάρτης του σχήματος (2.1) απεικονίζει την περιοχή της Θεσσαλίας κατά τον 1ο αιώνα μ.χ. και αποτελεί μια κύρια πηγή δεδομένων για την τοποθεσία της λίμνης αλλά και για την ευρύτερη περιοχή, πέραν των αναφορών που υπάρχουν σε αρχαία συγγράμματα για την Βοιβηίδα, Σχήμα 2.1 Περιοχή της Θεσσαλίας τον 1ο αιώνα μ.χ. 22

39 2.1.1 Μορφολογικά στοιχεία της λίμνης Κάρλας Η λίμνη Κάρλα ταξινομείται ως λίμνη μικρού βάθους να κυμαίνεται μεταξύ του φάσματος των 2 με 5,5 μέτρων, καθώς- σε συνδυασμό με το ομαλό ανάγλυφο που την περιέβαλε- η επιφάνεια της δεν ήταν σταθερή καθόλα την εξέλιξη της. Μια μικρή αύξηση του όγκου των νερών που έφταναν στην λίμνη οδηγούσε στην απότομη αύξηση της επιφάνειας της. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα η ακτογραμμή της να μεταβάλλεται ραγδαία και να δυσκολεύει πολύ την ζωή των όμορων οικισμών. Σήμερα η συγκεκριμένη λίμνη δεν υπάρχει πια και η ακριβής προσέγγιση των ορίων της ήταν αρκετά δύσκολη. Τα στοιχεία που υπάρχουν σήμερα αναφέρονται κυρίως στον τελευταίο αιώνα και προσδιορίζουν κυρίως την έκταση της, καθώς και αρχαιολογικά στοιχεία, λοιπές βιβλιογραφικές αναφορές, αεροφωτογραφίες καθώς και στοιχεία χαρτών πριν αλλά και μετέπειτα της αποξήρανσης Η λίμνη Κάρλα συμφωνά με παλαιότερες αρχαιολογικές ανακαλύψεις Τα αρχαιότερα στοιχεία ύπαρξης της Κάρλας υπάρχουν από την νεολιθική περίοδο και βασίζονται σε ανασκαφές που πραγματοποιήθηκαν για την ανακάλυψη οικισμών στην γύρω περιοχή κατά την προϊστορική περίοδο. Είναι σίγουρο ότι το περιβάλλον της Θεσσαλίας κατά την νεολιθική εποχή ήταν αρκετά πιο υγρό και πλούσιο σε νερό από ό, τι είναι σήμερα, καθώς τα έλη ήταν λιγότερα από τον 19ο αιώνα και μετά Από τους πρώτους αρχαιολόγους που ασχολήθηκαν στην περιοχή ήταν ο Χρήστος Τσούντας ( ), αφού σε αυτόν οφείλονται οι πρώτες ανασκαφές αλλά και η ανακάλυψη του Σέσκλου και του Διμηνίου. Μεγάλης σημασίας θεωρείται επίσης και η έρευνα του Grundmann (1937) την δεκαετία του 1930, με την όποια επεσήμανε την τοποθεσία πολλών προϊστορικών οικισμών στην ευρύτερη περιοχή και με γνώμονα τα ευρύματα της έρευνας του τοποθέτησε όπως παρουσιάζεται στο (σχήμα 2.2) τους οικισμούς και τα όρια της λίμνης Κάρλας. 23

40 ΛΙΜΝΗ Σχήμα 2.2 Σκαρίφημα, κατά Grundmann 1937, των Νεολιθικών θέσεων στη Βορειοανατολική Θεσσαλία (Γαλλής 1989, από Παληκαρίδου 1998). Η λίμνη και τα όρια της απεικονίζονται στον χάρτη του σχήματος 2.2 και αναφέρονται στην 4η χιλιετία. Τα όρια αυτά ταυτίζονται με την ισοϋψή των 64m (Αποστολοπούλου Κακαβογιάννη, 1979, Παλληκαρίδου 1998). Η έρευνα του Grundmann (1937) απέδειξε πως η Χατζημισιώτικη μαγούλα πιθανότατα ήταν νησί. Εκτεταμένες έρευνες στη γύρω περιοχή έδειξαν πως το όριο στη στάθμη δεν ήταν μόνιμα στα 64m, όπως αναφέρεται από τα προϊστορικά χρόνια. Σε αυτό συνετέλεσαν τα παρακάτω αρχαιολογικά ευρήματα: 1. Κατά την Μυκηναϊκή εποχή, και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή στους Πέτρας, βρέθηκε τοίχος χτισμένο ύψους 5m και μήκους 4m, πράγμα που δηλώνει την ύπαρξη ζωής σε εκείνη την περιοχή. Το πιο ενδιαφέρον ήταν ότι είχε παρατηρηθεί μία κίνηση νερού πάνω από τα λείψανα των νεκρών, γεγονός που φανερώνει μια άνοδο στη στάθμη κοντά στα τέλη της Μυκηναϊκής περιόδου. (Αποστολοπούλου Κακαβογιάννη, 1979, Παλληκαρίδου, 1998) 2. Εξίσου σημαντικής σημασίας ήταν το εύρημα στους οικισμού ανατολικά του 24

41 Στεφανοβικείου κατά 2km, την περίοδο της αρχαιότερης και μέσης νεολιθικής εποχής, στα 50m ύψους. Αυτό δείχνει πως κατά τη δεδομένη χρονική περίοδο, η ευρύτερη περιοχή δεν είχε καλυφτεί με νερό από τα νερά της λίμνης, επειδή η επιφάνεια στους ήταν σε χαμηλότερη στάθμη. Συμπερασματικά καταλήγουμε πως I. Η λίμνη δεν είχε σταθερή στάθμη II. Κατά την διάρκεια της μέσης νεολιθικής εποχής παρατηρήθηκε μια αύξηση της στάθμης πάνω από 50m III. Στις αρχές και λίγο μετά της εποχής του χαλκού η στάθμη βρίσκεται κάτω από τα 50m IV. Στα τέλη της μυκηναϊκής περιόδου η στάθμη υπολογίζεται στα 64m V. Οι μεγάλες διακυμάνσεις της στάθμης της λίμνης εξηγούνται από την μεταβολή του κλίματος που παρατηρήθηκε με πιο θερμά και ξηρά κλιματολογικά χαρακτηριστικά, από το πέρασμα της νεολιθικής εποχής στην εποχή του χαλκού. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την πτώση στους στάθμης κάτω των 50m. Τα παραπάνω στοιχεία ενισχύουν ακόμα περισσότερο τα αποτελέσματα συγχρόνων γεωλογικών ερευνών. Ο επιστήμονας Schneider (Bottema 1979) ανέφερε πως κατά την διάρκεια στους μεσοπαγετώδους περιόδου το βάθος στους λίμνης έφτανε τα 20m. Σύμφωνα και με την τοπογραφία στους περιοχής, αντιλαμβανόμαστε ότι η λίμνη πιθανώς κατείχε και μεγαλύτερη έκταση, φτάνοντας στον Πηνειό ποταμό. Το παραπάνω επιβεβαιώνεται άλλωστε από την θέση των οικισμών, στους οποίους είχαμε αναφερθεί παραπάνω Η λίμνη Κάρλα και η έκταση με γνώμονα αεροφωτογραφίες της περιοχής του 1945 Οι παρακάτω αεροφωτογραφίες της τέως λίμνης Κάρλας, που καταγράφονται στο σχήμα 2.3, δίνουν σημαντικές πληροφορίες για την έκταση της πριν την αποξήρανση, φωτογραφίες οι οποίες παραχωρήθηκαν από την Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού (Γ.Υ.Σ.) και έχουν κλίμακα 1: Η έκταση της λίμνης όπως υπολογίστηκε από τις αεροφωτογραφίες είναι 78,35km 2. 25

42 Σχήμα 2.3 Η λίμνη Κάρλα μέσω αεροφωτογραφίας το 1945 (Γ.Υ.Σ). Η λίμνη γενικότερα ήταν ιδιαίτερα σημαντική και για τον άνθρωπο αλλά και για όλο το οικοσύστημα. Πιο συγκεκριμένα, ήταν σε θέση να παγιδεύει τα νερά όταν πλημμύριζε ο Πηνειός ποταμός αποφεύγοντας έτσι γενικότερες καταστροφές στους γύρω οικισμούς. Η λίμνη εμπλούτιζε σε μεγάλο βαθμό τα υπόγεια νερά, γεγονός που σταμάτησε με την αποξήρανσή της, έχοντας ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση του υπόγειου υδροφορέα της. Μεγάλο μέρος των νερών της λίμνης χρησιμοποιούνταν για άρδευση, ενώ στον βυθό της γινόταν μια αρκετά σημαντική ενέργεια για το περιβάλλον- αυτή της κατακράτησης διαφόρων ιζημάτων καθώς και επικίνδυνων τοξικών ουσιών. Επίσης, η λίμνη λειτουργούσε και ως ένας φυσικός ρυθμιστής της θερμοκρασίας της ευρύτερης πειοχής με την αποθήκευση και απελευθέρωση της θερμότητας καθώς και με την δέσμευση της ηλιακής ακτινοβολίας. Ακόμη, αποτελούσε ένα φυσικό περιβάλλον το οποίο στήριζε την τροφική αλυσίδα της πανίδας της περιοχής. (Σιδηρόπουλος, 2014). 26

43 2.2 Γεωμορφολογία και Γεωλογία της λίμνης Κάρλας Σχήμα 2.4 Γεωμορφολογικός χάρτης περιοχής μελέτης Η θέση της λεκάνης της λίμνης εντοπίζεται στο νοτιοανατολικό τμήμα της Θεσσαλίας και πιο συγκεκριμένα ανάμεσα από το Βόλου και τη Λάρισα. Είναι μια λεκάνη κλειστή και επιμήκης με μήκος 35km και πλάτος 15km ενώ το υψόμετρο της ποικίλει από 40m έως 200m. Η μορφολογία της περιοχής μελέτης παρουσιάζεται στο σχήμα 2.4. Χαρακτηρίζεται ως κλειστή διότι περιβάλλεται από ορεινούς όγκους. Αποτελεί μια λεκάνη, όπου κυριαρχεί η αγροτική δραστηριότητα καθώς το 60% της έκτασή της καλύπτεται από καλλιέργειες. Η αρχική φυσική λεκάνη με γνώμονα την γεωμορφολογία και τα υδρολογικά της χαρακτηριστικά υποδιαιρείται σε έξι υδρολογικές υπολεκάνες, οι οποίες αποτελούνται από τέσσερις ημιορεινές-ορεινές και από δύο πεδινές. Πιο αναλυτικά: 1) Υπολεκάνη της Νίκαιας. Η υπολεκάνη της Νίκαιας συνιστά μια ορεινή υπολεκάνη δυτικά της Λίμνης με έκταση Km 2. Μέχρι το 1951 η λεκάνη αυτή αποστραγγιζόταν από τον ποταμό Όγχηστο και μέσω του ρεύματος Κουσμπασανιότoυ τροφοδοτούσε την λίμνη. Μετέπειτα, τα νερά αυτής διοχετεύονταν μέσω του συλλεκτήρα Σ(1) στον Πηνειό Ποταμό. 27

44 2) Υπολεκάνη του Βελεστίνου. Χαρακτηρίζεται ως μια ορεινή υπολεκάνη νότια της Κάρλας με έκταση km 2. Ο κύριος ρόλος της λεκάνης ήταν η τροφοδότηση των υπόγειων υδάτων της περιοχής του Βελεστίνου. Σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων τα πλημμυρικά νερά συγκέντρωνε ο συλλεκτήρας Σ(4). Στη συνέχεια, τα ύδατα αυτά οδηγούνταν μέσω της σήραγγας στον Παγασητικό κόλπο. Κατά την συγκεκριμένη πορεία, τα νερά υπερχείλισης θα διοχέτευαν εξίσου τις υπόγειες υπολεκάνες. 3) Υπολεκάνη Καναλιών. Προσδιορίζεται ως μια ορεινή υπολεκάνη στο ανατολικό τμήμα της λίμνης με έκταση 153.3km 2. Η αποστράγγισή της γίνεται από τον χείμαρρο Ξεριά που βρίσκεται στο χωριό της Κερασιάς, ενώ σε αυτή θα τοποθετούνταν ο ταμιευτήρας και θα καταλάμβανε 37km 2 εξ αυτής. 4) Υπολεκάνη του Καλαμακίου. Η υπολεκάνη του Καλαμακίου είναι ορεινή και εκτίνεται βόρεια και βορειοανατολικά της Κάρλας συνολικής έκτασης 30.1 km 2. Η λεκάνη αύτη είχε ως σκοπό μετέπειτα να συγκροτεί τα νερά του συλλεκτήρα Σ(3) και να τα οδηγεί στον ταμιευτήρα, ενώ η υπολεκάνη αυτή υποδιαιρούνταν σε μικρότερες υπολεκάνες για την διευκόλυνση των μελετητών. Αναφέρονται επιγραμματικά: a. Υπολεκάνη Γυρτώνης b. Υπολεκάνη Καλοχωρίου c. Υπολεκάνη Νότιας Όσσας ή Υπολεκάνη Δήμητρας- Μαρμαρίνης d. Υπολεκάνη του Αμυρού ποταμού e. Υπολεκάνη Μαυροβουνίου 5) Υπολεκάνη Πλατύκαμπου - Αρμενίου. Δυτικά της Κάρλας εκτίνεται η υπολεκάνη Πλατύκαμπου - Αρμενίου με έκταση km 2 μεταξύ του συλλεκτήρα Σ(1) και της τάφρου 2Τ. Τα νερά της λεκάνης διοχετεύονται μέσω της σήραγγας στον Παγασητικό και εκτός αυτού ανανεώνουν τον υπόγειο υδροφορέα της περιοχής ανατολικά του Στεφανοβικείου. 6) Υπολεκάνη Ασμάκη -Τάφρους 1Τ. Είναι μια πεδινή υπολεκάνη ανατολικά της Κάρλας με έκταση km 2. Τα νερά που θα συγκεντρώνονταν στη λεκάνη θα αντλούνταν από το αντλιοστάσιο της πέτρας και στη συνέχεια θα κατευθύνονταν στον ταμιευτήρα της λίμνης. Σε περίπτωση πλημμύρας η λεκάνη θα ανανέωνε τον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα της περιοχής Βόρεια του Στεφανοβικείου. 28

45 2.2.1 Εδαφολογία και τεκτονική θέση της λίμνης Η περιοχή της λεκάνης της Λίμνης με κριτήριο τη γεωτεκτονιά της ανήκει στην Πελαγονική ζώνη. Χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της ζώνης είναι η ύπαρξη πετρωμάτων στο υπόβαθρο της λεκάνης. Επίσης, ακανόνιστα τοποθετημένα ιζήματα του νεογενούς και του τεταρτογενούς υπάρχουν στο υπόβαθρο. Βορειοανατολικά, ανατολικά και νοτιοανατολικά της περιοχής εμφανίζονται κυρίως τα πετρώματα του υποβάθρου ενώ τα νεογενή ιζήματα καταλαμβάνουν όλο το δυτικό κομμάτι.. Από έρευνα που πραγματοποιήθηκε από το ΙΓΜΕ (Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών) για ολόκληρη την περιοχή της λεκάνης της Λίμνης έδειξε: Στο ανατολικό ορεινό τμήμα της λεκάνης σε ένα τμήμα του ορεινού όγκου της Όσσας υπάρχουν πετρώματα του κρυσταλλικού υποβάθρου ενώ στο νότιο τμήμα του Μαυροβουνίου συναντώνται αποκλειστικά μόνο μάρμαρα πάχους 800m. Σε διάφορα τμήματα της λεκάνης καταγράφονται πετρώματα της σειράς των οφειόλιθων ενώ πιο δυτικά της περιοχής σημειώνονται νεότερα πετρώματα της Πελαγονικής τα επικλυσιγενή ιζήματα με πάχος περίπου 150m. Στο κέντρο της περιοχής συναντώνται τα τερτατογενή ιζήματα. Στο σχήμα 2.4 φαίνεται το γεωλογικό σκαρίφημα για την ευρύτερη περιοχή της λίμνης Κάρλας. Σχήμα 2.4 Γεωλογικό σκαρίφημα της ευρύτερης λεκάνης της λίμνης της Κάρλας (Σιδηρόπουλος, 2008). 29

46 2.2.2 Νεογενείς τεταρτογενείς διαμορφώσεις της λεκάνης Νεογενείς διαμορφώσεις: Σύμφωνα με γεωλογικούς χάρτες του ΙΓΜΕ (1964, 1978, 1984), που αφορούν κατά κύριο λόγο ιζήματα της μεγάλης λίμνης της Θεσσαλίας που βασίστηκαν στο Νεογενές. Συναντώνται επιφανειακά, και βρίσκονται στο δυτικό νοτιοδυτικό τμήμα της λεκάνης, ενώ κεντρικά αυτής τοποθετούνται κάτω από τα τεταρτογενή ιζήματα. Κατά το Μειόκαινο δημιουργήθηκαν λιμναίες και υφάλμυρες περιοχές οι οποίες αποτελούν τα παλαιότερα από τα ιζήματα του Νεογενούς. Περιλαμβάνονται από μάργες τεφρές έως υπόλευκες και η διακύμανση του πάχους των στρωμάτων τους κυμαίνεται από 5 20 cm. Στα ψηλότερα στρώματα των μάργων, υπάρχουν σκληρές μάργες και μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι με φυτικά λείψανα, με πάχος στρωμάτων μέχρι και 15m. Κατά την Πλειο-Πλειστοκαινική περίοδο υπήρξε ο σχηματισμός χερσοποτάμων σε ανώτερα στρώματα του Νεογενούς. Οι σχηματισμοί αυτοί έχουν ως σύσταση αργίλο, άμμο και κροκάλα, ερυθρού χρώματος. Το μέγεθος των κροκάλων μπορεί να φτάσει το 1 μέτρο και ξεκινάει από 10 εκατοστά. Το μέγιστο ορατό πάχος είναι 100 m. Τέλος, αφορά υλικά χειμαρρικού χαρακτήρα που τοποθετήθηκαν σε περιβάλλον εναλλασσόμενου κλίματος. (Μούμου, 2007). Τεταρτογενείς διαμορφώσεις: Αποτελούν ιζήματα λιμναία στο κέντρο της λίμνης Κάρλας και αλλουβιακές αποθέσεις στις εξόδους των χειμάρρων προς την παραλίμνια ζώνη. Πιο λεπτομερώς οι αποθέσεις των εν λόγω σχηματισμών συμπεριλαμβάνονται από τα εξής: Αδρομερείς χαλαρές αποθέσεις. Η σύστασή τους αποτελείται από αδρομερή υλικά στα οποία βρίσκονται κατά μεγαλύτερο ποσοστό ασβεστολιθικές κροκάλες. Η ανάπτυξή τους γίνεται είτε μέσα σε χαραδροκοιλάδες, είτε στην έξοδο των χειμάρρων. Τα υλικά αυτά δεν απέχουν από το κεντρικό τμήμα της λεκάνης, ενώ η σύστασή τους αλλάζει πιο πολύ σε λεπτόκοκκη (άμμος, ιλύς, άργιλος) κοντά στην ακτή. Αλλουβιακές αποθέσεις. Βρίσκονται πάνω από τα ερυθροστρώματα, δυτικά της λεκάνης. Παράκτιες και λιμναίες αποθέσεις της Κάρλας. Τα ιζήματα που βρίσκονται κοντά στην ακτή, έχουν κυρίως χοντροκλαστικό υλικό (κροκάλες και άμμος), ενώ στο εσωτερικό της γίνεται περισσότερο λεπτόκοκκο (ιλύς και άργιλος). 30

47 Η αρχή της ιζηματογένεσης στην περιοχή θεωρείται ότι έγινε το Α. Μειόκαινο, και ακολούθησαν τα Πλειστοκαινικά και Ολοκαινικά ιζήματα στο Τεταρτογενές, μέχρι και σήμερα. (Ψιλοβίκος κ.α.,1989). 2.3 Υδρολογία και μετεωρολογία της λίμνης Κλιματολογικά - Υδρολογικά στοιχεία. Με τον όρο κλίμα εννοείται ο μέσος καιρός της εκάστοτε περιοχής, που από μακροχρόνιες παρατηρήσεις διάφορων μετεωρολογικών φαινομένων. Άρα το κλίμα δεν ταυτίζεται με τον καιρό, όπου η έννοια του δηλώνει μια φυσική κατάσταση της ατμόσφαιρας για μια μικρή χρονική περίοδο. Το κλίμα αποτελεί σημαντικό παράγοντα, τόσο στη χλωρίδα όσο και την πανίδα. Από το κλίμα προκύπτουν οι ορισμοί των ζωνών της βλάστησης αλλά και η κατανομή του ζωικού βασιλείου στον πλανήτη σε συνδυασμό με το ανθρώπινο δυναμικό. Έπειτα, η ταξινόμηση κατά Köppen καθορίζει τον τύπο ενός κλίματος που βασίζεται στη βλάστηση κάθε τοποθεσίας και έχει διαφορετικές κλιματικές ζώνες. Το κλίμα της λίμνης έχει εύκρατο χαρακτήρα και ορίζεται ως μεσογειακό. Επιπλέον, χαρακτηρίζεται από το ξερό και θερμό καλοκαίρι και από τον ψυχρό και υγρό χειμώνα. Από τον Οκτώβρη και μέχρι τον Απρίλιο καταγράφεται αυξημένη υγρασία, αρκετές βροχοπτώσεις και κατά καιρούς φαινόμενα πυκνούς ομίχλης. Κατά την διάρκεια του καλοκαιριού παρατηρείται απουσία ανέμων και κατά συνέπεια αυξημένη ξηρασία, καθώς η κατανομή της πίεσης παραμένει ομοιόμορφη καθόλα την έκταση της λίμνης. Οι μήνες με τις υψηλότερες θερμοκρασίες είναι ο Ιούλιος και ο Αύγουστος ενώ αντίστοιχα για τις ψυχρότερες είναι ο Ιανουάριος, ο Φεβρουάριος και ο Δεκέμβριος. Κατά μέσο όρο τον χρόνο η θερμοκρασία έχει διακύμανση από 14 C έως 16 C. Στο σχήμα 2.5 καταγράφεται η μηνιαία μεταβολή της θερμοκρασίας για μία χρονική περίοδο 40 ετών. 31

48 Σχήμα 2.5 Μέση ετήσια θερμοκρασία για την λίμνη Κάρλα (Σιδηρόπουλος, 2014). Σε μετεωρολογικό και υδρολογικό πεδίο, βασική παράμετρος αποτελεί και το φαινόμενο των βροχοπτώσεων. Η βροχή και γενικότερα οι κατακρημνίσεις δεν μας ενδιαφέρουν θεωρητικά μόνο, αλλά και πρακτικά, καθώς προσδιορίζουν την ποσότητα των νερών που θα πέσουν σε μια επιφάνεια. Η ένταση και η ποσότητα των υδάτων που φτάνουν στην λίμνη εξαρτώνται άμεσα και μεταβάλλονται αναλόγως την περίοδο και την εποχή. Ο μεγαλύτερος όγκος κατακρημνίσεων παρατηρείται στο ανατολικό ορεινό τμήμα της λεκάνης απορροής και μειώνεται νοτιότερα προς την πεδιάδα της περιοχής. Η λεκάνη απορροής έχει μέση ετήσια βροχόπτωση περίπου 560 mm και η κατανομή της είναι ανομοιόμορφη στο χώρο αλλά και στο χρόνο. Κεντρικά της λεκάνης η τιμή της ετήσιας βροχόπτωσης ξεκινάει από 400 mm και ξεπερνάει τα 700mm βορειοανατολικά. Τα περισσότερα φαινόμενα βροχοπτώσεων καταγράφονται από τον Οκτώβρη μέχρι τον Ιανουάριο, ενώ τα λιγότερα έως και μηδενικά ή καθόλου τον Ιούλιο και Αύγουστο. Μια ακόμη σημαντική παράμετρος του υδρολογικού κύκλου για το κλίμα της λίμνη είναι η εξάτμιση. Η διεργασία κατά την οποία ένα υγρό σώμα γίνεται αέριο χωρίς όμως να φτάσει σε σημείο βρασμού ονομάζεται εξάτμιση. Κατά τη διαδικασία αυτή μόρια που είναι στην ελεύθερη επιφάνεια της λίμνης περνούν στην αέρια φάση. Αυτό συμβαίνει επειδή σε εκείνη τη θέση έχουν μεγάλη κινητική ενέργεια, οπότε η έλξη των υπόλοιπων μορίων δεν τους επηρεάζει και έτσι η κίνηση τους γίνεται ελεύθερη στο χώρο πάνω από την επιφάνεια της. Η εξάτμιση είναι σημαντική κατά την ξερή περίοδο και πιο συγκεκριμένα τους Μήνες 32

49 Μάιο - Σεπτέμβριο. Η τιμή της μέσης ετήσιας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής είναι 770 mm. Στο σχήμα 2.6 απεικονίζονται οι μέσες τιμές των βροχοπτώσεων ανά μήνα και οι τιμές της εξατμισοδιαπνοής σε κάθε μήνα αντίστοιχα. Σχήμα 2.6 Απεικόνιση των μέσω μηνιαίων τιμών της βροχόπτωσης και εξατμισοδιαπνοής. (Σιδηρόπουλος, 2014) Όπως και βροχόπτωση, έτσι και η υγρασία σημειώνουν μεταβολές και εξαρτώνται άμεσα από την περίοδο. Έτσι, κατά την υγρή περίοδο η υγρασία φτάνει μέχρι το 72%. Από την εποχή εξαρτάται ακόμη και η εμφάνιση ανέμων. Οι άνεμοι διακρίνονται σε ανατολικοί, (εμφανίζονται κυρίως την άνοιξη και διαρκούν μέχρι το καλοκαίρι), ανατολικοί - βορειοανατολικοί, (συνήθως το φθινόπωρο) και βορειοανατολικοί (κυρίως τον χειμώνα). Έτσι κατά το Δεκέμβριο έχουμε τους εντονότερους άνεμους, ενώ κατά τα μέσα Ιουλίου τους πιο αδύναμους. Οι άνεμοι που επικρατούν κατά κόρον στην λίμνη είναι ανατολικοί και έχουν ισχύ 1-3 Bf φτάνοντας μέχρι και τα 8 Bf. Η τέως λίμνη Κάρλα ήταν μια πλούσια - υδρολογικά- λεκάνη καθώς η έκταση της ήταν αρκετά μεγαλύτερη. Μετά την αποξήρανσή της, το κλίμα της περιοχής άλλαξε και κατά συνέπεια η πλούσια σε υδατικούς πόρους λεκάνη μετατράπηκε σε μια φτωχή μεγάλης έκτασης άγονη περιοχή. Η παρουσία των δυο ποταμών στο βόρειο τμήμα της λίμνης 33

50 (Παραποτάμια τμήματα του Πηνειού και το ρεύμα Ασμάκη) παρουσίασαν μια καλύτερη εικόνα όσον αφορά την υδρολογία της περιοχής. Τα ύδατα απορρέανε ήταν σε θέση να καλύψουν τις αρδευτικές ανάγκες στο βόρειο τμήμα, φαινόμενο που δεν συνέβαινε και στο κεντρικό πεδινό τμήμα της περιοχής. Την κάλυψη της έλλειψης των επιφανειακών υδάτων αναλαμβάνουν πλέον τα υπόγεια ύδατα. Αυτός ήταν και ο κύριος λόγος ανασύστασης της λίμνης Υδρογεωλογια Σύμφωνα με τον Τζιάτζιο (2010), τρείς βασικοί υδροφόροι σχηματισμοί έχουν εντοπιστεί στην έκταση της λεκάνης της Κάρλας: οι λιμναίες αργιλοαμμώδεις αποθέσεις, οι αδρομερείς προσχώσεις και τέλος τα κορήματα και τα μάρμαρα. Οι υδροφόροι σχηματισμοί εμφανίζονται χωρικά ξεκινώντας από λίγα μέτρα κάτω από το έδαφος έως τα μεγαλύτερα βάθη. Στο εσωτερικό των σχηματισμών που επισημάνθηκαν παραπάνω δημιουργούνται άλλοι τρείς κύριοι υδροφόροι ορίζοντες: 1) Ο ορίζοντας των λιμναίων αργιλοαμμωδών αποθέσεων 2) Ο ορίζοντας των κροκαλολατυποπαγών αδρομερών 3) Ο ορίζοντας των μαρμάρων (καρστικός). Η ποιότητας του υπόγειου νερού στο υπέδαφος της λίμνης μέχρι και πριν το 1962 παρέμεινε σε πολύ υψηλά επίπεδα. Με την αποξήρανση της λίμνης η ποσότητα των επιφανειακών υδάτων που κάλυπταν τις αρδευτικές ανάγκες εξαφανίστηκε και την θέση της πλέον παίρνουν οι αντλήσεις των υπόγειων υδάτων με τις εκτεταμένες γεωτρήσεις. Εκτός, ο υπόγειος υδροφορέας μετά το 1962 έπαψε να ανατροφοδοτείται. Μέχρι και το 1982 ο υδροφορέας κατάφερε να διατηρήσει τα υψηλά ποσοστά στάθμης του διότι κατά την περίοδο σημειώθηκαν έντονα φαινόμενα βροχοπτώσεων και έτσι μεγάλες ποσότητες των υπόγειων νερών αναπληρώθηκαν από την μεγάλη κατείσδυση που προκάλεσαν τα φαινόμενα των έντονων βροχοπτώσεων. Μετά το 1983 και πιο συγκεκριμένα την δεκαετία , τα γεγονότα των βροχοπτώσεων ελαττώθηκαν σημαντικά. Ως αποτέλεσμα αυτού, σε συνδυασμό με τη συνεχόμενη υπεράντλησης υδάτων από το υπέδαφος ήταν η πτώση στάθμης του υδρoφορέα στα 40-50m (Μαχαίρας και συν. 1999, Μουστάκα 2002). Η πτώση θα συνεχιζόταν με 1-2m το χρόνο ενώ σήμερα η στάθμη εκτιμάται στα 200m 34

51 (Λουκάς κ.α., 2007). Στο σχήμα 2.7 απεικονίζεται ο υπόγειος υδροφόρος ορίζοντας και η λεκάνη απορροής της λίμνης Κάρλας. 35

52 Σχήμα 2.7 Υπόγειος υδροφορέας της λίμνης Κάρλας. 2.4 Αγροτική Δραστηριότητα και Χρήσεις Γης Η λεκάνη απορροής της λίμνης της Κάρλας είναι μια αγροτική λεκάνη. Σε αυτήν η αγροτική δραστηριότητα είναι ευρέως αναπτυγμένη και απαρτίζεται από υδροβόρες καλλιέργειες όπου κυριαρχούν το βαμβάκι και το καλαμπόκι και σε μικρότερο ποσοστό η μηδική. Τα είδη των καλλιεργειών καθώς και η έκταση που καταλαμβάνουν καταγράφονται στο Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης των Εκμεταλλεύσεων (Ο.Σ.Δ.Ε), το οποίο διαχειρίζεται ο Οργανισμός Πληρωμών και Ελέγχου Κοινοτικών Ενισχύσεων Προσανατολισμού και Εγγυήσεων (Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε). Με τα δεδομένα του Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε έγινε μια ταξινόμηση των καλλιεργειών σε γενικές κατηγορίες έτσι ώστε να υπάρξει η καλύτερη δυνατή εποπτεία για τις εκτάσεις που καταλαμβάνουν για την χρονική περίοδο από το 2001 έως το Τα αποτελέσματα παρατίθενται παρακάτω στον πίνακα

53 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1 Ομαδοποίηση καλλιεργειών για τα έτη 2001, 2005, 2015 Ομαδοποίηση καλλιεργειών 2001 acres 2005 acres 2015 acres ΣΙΤΑΡΙ , , ,8 ΖΑΧΑΡΟΤΕΥΤΛΑ 91034, ,8 1061,1 ΟΣΠΡΙΟΕΙΔΗ-ΨΥΧΑΝΘΗ ,4 ΒΑΜΒΑΚΙ , , ,8 ΛΟΙΠΑ ΣΙΤΗΡΑ 30996,4 9948, ,3 ΑΡΑΒΟΣΙΤΟΣ ΠΟΤΙΣΤΙΚΟΣ 15456, , ,1 ΛΟΙΠΟΙ ΑΜΠΕΛΩΝΕΣ 948,4 ΚΗΠΕΥΤΙΚΑ 2341,5 ΛΟΙΠΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ - ΔΕΝΔΡΩΔΕΙΣ , ,8 ΖΩΟΤΡΟΦΕΣ 131,3 605, ,3 ΒΟΣΚΟΤΟΠΟΙ , , ,2 Total , , ,7 Επίσης στον πίνακα 2.2.παρουσιάζονται οι ποσοστιαίες μεταβολές των εκτάσεων των καλλιεργειών συγκριτικά για την κάθε χρονιά. Το αρνητικό ποσοστό δηλώνει την μείωση της έκτασης της εκάστοτε καλλιέργειας. Επίσης στο σχήμα 2.8 παρουσιάζονται η ποσοστιαία κάλυψη της κάθε καλλιέργειας. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2 Ποσοστιαίες διαφορές καλλιεργειών για τα έτη 2001, 2005, 2015 Ποσοστιαίες διαφορές Καλλιεργειών ΣΙΤΑΡΙ -61% -46% -79% ΖΑΧΑΡΟΤΕΥΤΛΑ -51% -98% -99% ΟΣΠΡΙΟΕΙΔΗ-ΨΥΧΑΝΘΗ 7232% -84% 1041% ΒΑΜΒΑΚΙ -59% -63% -85% ΛΟΙΠΑ ΣΙΤΗΡΑ -68% 1185% 312% ΑΡΑΒΟΣΙΤΟΣ ΠΟΤΙΣΤΙΚΟΣ -11% -11% -21% ΛΟΙΠΟΙ ΑΜΠΕΛΩΝΕΣ 0% 0% 100% ΚΗΠΕΥΤΙΚΑ 0% 0% 100% ΛΟΙΠΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ - ΔΕΝΔΡΩΔΕΙΣ 100% -39% 100% ΖΩΟΤΡΟΦΕΣ 361% 3039% 14376% ΒΟΣΚΟΤΟΠΟΙ 8% -76% -74% 37

54 Σχήμα 2.8 Ποσοστιαία κάλυψη καλλιεργειών για τα έτη 2001, 2005,

55 Με κριτήριο το μοτίβο των καλλιεργειών και σύμφωνα με το σχήμα 2.8 συμπεραίνεται πως το βαμβάκι αποτελεί την επικρατούσα καλλιέργεια. Επίσης αξίζει να σημειωθεί πως παρατηρείται το 2015 μια πληθώρα «νέων» καλλιεργειών (δενδρώδεις καλλιέργειες, κηπευτικά) που νωρίτερα δεν υπήρχαν στη περιοχή. Ίσως μπορεί να επισημανθεί πως υπάρχει εγκατάλειψη των παραδοσιακών καλλιεργειών όπως τα σιτηρά, τον αραβόσιτο και το βαμβάκι και στροφή προς «νέες» καλλιέργειες όπως οι διάφορες δενδρώδεις όπως αμυγδαλιές, καρυδιές και η καλλιέργεια φιστικιών Αιγίνης. 2.5 Ποιότητα του νερού στον υδροφορέα της Κάρλας Τα κριτήρια καλής ποιότητας νερού είναι η χαμηλή αλατότητα, η χαμηλή σχέση νατρίου προς το άθροισμα των ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου, που αποτρέπει την ανάπτυξη αλκαλίωσης, και οι συγκεντρώσεις ιόντων, που μπορούν να έχουν τοξικό αποτέλεσμα στα φυτά. Η αλατότητα στα υπόγεια νερά οφείλεται στην άρδευση ή στην παρείσφρηση του νερού της θάλασσας. Στις ανατολικές παρυφές της Κάρλας, και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή των μαρμάρων του Μαυροβούνιου, το θαλασσινό νερό διείσδυσε στο υπέδαφος λόγω των αντλήσεων που είχαν προκαλέσει γενική πτώση του υδροφόρου ορίζοντα. Φαίνεται, όμως, ότι αυτός ο μηχανισμός δεν ισχύει απόλυτα, διότι: α) Υπήρχαν υφάλμυρα νερά και στην κεντρική και νότια πλευρά της λεκάνης, ενώ η μετάγγιση και υφαλμύρωση δεν γίνεται (ή τουλάχιστον δεν γίνεται με τον ίδιο βαθμό) σε όλη την περίμετρο των νότιων κρασπέδων της Κάρλας. β) Ακόμη και σήμερα η άμεση επικοινωνία μεταξύ του υποβάθρου της λεκάνης και της θάλασσας δεν είναι επιβεβαιωμένη. Όμως σήμερα ίσως και να υπάρχει μια έμμεση επικοινωνία της θάλασσα με την ανατολική πλευρά της Κάρλας, δεν είναι όμως πιθανή στο κεντρικό και νότιο τμήμα της πεδιάδας. Φαίνεται επομένως πιο πιθανό, η υφαλμύρωση να μην οφείλεται σε αλμυρό νερό προερχόμενο από την σημερινή θάλασσα, αλλά σε υφάλμυρα νερά, που είχαν εγκλωβισθεί μέσα στο καρστ, σε παλαιότερες γεωλογικές εποχές. Οι υφάλμυρες αυτές μάζες, που βρίσκονταν σε μεγάλο βάθος, μετακινήθηκαν κάτω από την επίδραση των προσφάτων αντλήσεων και λόγω της μεγάλης περατότητας των μαρμάρων, ανέβηκαν σε θετικά υψόμετρα και σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα προχώρησαν μέχρι τις γεωτρήσεις (Τζίατζιος, 2010). 39

56 Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται μια αύξηση των συγκεντρώσεων των χλωρίων νότια των κρασπέδων της Κάρλας. Τον Μάρτιο και τον Δεκέμβριο του 1984 καταγράφηκε τιμή χλωρίου 15,17 mg/l και 16,00 mg/l ενώ τον Μάρτιο και τον Δεκέμβριο του 1998 καταγράφηκε τιμή χλωρίου 550 mg/l και 600mg/l αντίστοιχα. Τα κατώτερης ποιότητας νερά εμφανίζονται ανατολικά του Ριζόμυλου με τιμές χλωριόντων έως και 842 mg/l. Βορειότερα καταγράφονται τιμές έως 500 mg/l. Δυτικά και νότια του Ριζόμυλου εμφανίζονται τα καλύτερης ποιότητας νερά με τιμές χλωρίων να μην ξεπερνούν τα 30mg/l. Ο λόγος που τα νερά αυτά είναι πιο "καθαρά" σε σχέση με των υπόλοιπων περιοχών είναι οι συνεχείς ανανεώσεις των υδάτων από τους χείμαρρους που τροφοδοτούν συνεχώς την λεκάνη του Βελεστίνου και στην συνεχεία τον υπόγειο ορίζοντα. Η ρύπανση λόγω της παρουσίας νιτρικών ευθύνεται συνήθως από τα αζωτούχα λιπάσματα και της υφαλμύρισης από την εισροή αλμυρού νερού από τους κοκκώδεις γεωλογικούς σχηματισμούς στο εσωτερικό των υδρογεωλογικών λεκανών. Τα φυτοφάρμακα και τα βαριά μέταλλα, που είναι τοξικά για τα φυτά και τους μικροοργανισμούς προέρχονται από τα γεωργικά ή βιομηχανικά υδατικά απόβλητα και εξέρχονται από την Θεσσαλική πεδιάδα μέσω των τάφρων και της αποστραγγιστικής απορροή (Valaora 1998). Άμεσος κίνδυνος για τα υπόγεια ύδατα με την ύπαρξη ποσοτήτων νατρίων είναι η αλκαλίωση. Σχετικά με αυτόν τον κίνδυνο διακρίνονται 4 κατηγορίες: I. Κατηγορία 1 τιμή SAR <10, μικρός κίνδυνος νατρίου II. Κατηγορία 2 τιμή SAR 10-18, μέσος κίνδυνος νατρίου III. Κατηγορία 3 τιμή SAR 18-26, μεγάλος κίνδυνος νατρίου IV. Κατηγορία 4 τιμή SAR>26 πολύ μεγάλος κίνδυνος νατρίου Προκειμένου να διευκολυνθεί η μελέτη του Πατέρα και συν., (1996) η λεκάνη της Κάρλας χωρίστηκε σε δυο περιοχές όπως φαίνεται στον παρακάτω χάρτη (σχήμα 2.9). Οι μετρήσεις των υδάτων παρατίθενται στον πίνακα

57 Σχήμα 2.9 Διαχωρισμός της έκτασης σε δυο περιοχές δειγματοληψιών. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3 Η ποσοστιαία τιμή των νερών αναλόγως της κατηγορίας που υπάγονται για κάθε περιοχής δειγματοληψίας. Κατηγορία Αλκαλίωσης Περιοχή 1 Περιοχή 2 SAR1 69 % 99 % SAR2 22 % 1 % SAR3 7 % - SAR4 2 % - Ακόμη σύμφωνα με μελέτες των Παπανίκος 2008 και Βαβίζος και συν η τιμή του ph του νερού τόσο στον ταμιευτήρα της λίμνης όσο και στην υπόλοιπη περιοχή της, συμπεριλαμβανομένων και των αντλιοστασίων και της σήραγγας, δεν ξεπερνούσε τα 8,5 ph για τα έτη

58 2.6 Επιπτώσεις από την αποστράγγιση της λίμνης Κάρλας Η ιστορία έχει διδάξει πως κάθε φορά που ο άνθρωπος παρεμβαίνει στην φύση και στον τρόπο που αυτή λειτουργεί, δημιουργούνται δυσάρεστα αποτελέσματα και μια σειρά προβλημάτων που τελικά έχουν τον ίδιο τον άνθρωπο ως αποδέκτη. Παρακάτω βρίσκονται οι επιπτώσεις που καταγράφηκαν στην λίμνη Κάρλα μετά και το πέρας της αποξήρανσή της (Μπαμπατζιμόπουλος Χ., Αντωνόπουλο, Β., 1990). 1 Μετά την αποξήρανση της λίμνης, μειώθηκαν κατά ένα μεγάλο ποσοστό τα κρούσματα της ελονοσίας και το περιβάλλον έγινε πιο υγιεινό από ότι ήταν πριν. 2 Όπως ήταν αναμενόμενο χάθηκαν όλα τα ψάρια και γενικότερα παρατηρήθηκε μια ευρύτερη υποβάθμιση της υδρόβιας ζωής. Η αποξήρανση επηρέασε και την ζωή των διαφόρων μεταναστευτικών παρυδάτιων πουλιών, καθώς από αυτά περίπου αλλά και άλλες κατηγορίες πουλιών έχασαν το ενδιαίτημα τους. Εξαφανίστηκε η αλιεία, τομέας που άνθιζε την περίοδο που η λίμνη ήταν ζωντανή. Έχουμε πλέον σημαντική μείωση της στάθμης του υπόγειου υδροφορέα κυρίως για δύο λόγους. Ο πρώτος και ο πιο σημαντικός είναι πως μετά την αποξήρανση όλων των υγροβιότοπων, ο υπόγειος υδροφορέας δεν ανανεώνεται με τον ίδιο ρυθμό και, σε συνδυασμό με την αυξημένη γεωργική καλλιέργεια, οι αρδευτικές ανάγκες έχουν αυξηθεί. Έτσι, ο άνθρωπος χρησιμοποιεί πλέον κυρίως τα υπόγεια ύδατα μειώνοντας κατά ένα μεγάλο βαθμό την στάθμη τους. 1 Ο βυθός της λίμνης, ο οποίος λειτουργούσε ως προστατευτικό πλέγμα απέναντι στις τοξικές ουσίες καθώς τις συγκρατούσε, διεκόπη και μεγάλο μέρος τέτοιας φύσεως ρύποι, πλέον εισέρχονται στον Παγασητικό κόλπο και αποτελούν ένα από τα βασικότερα αίτια ρύπανσής του. 2 Η αποξήρανση της λίμνης οδήγησε στην υποβάθμιση των εδαφικών πόρων δημιουργώντας ρηγματώσεις, καθιζήσεις και γενικότερα κατέστησε τα εδάφη παθογενή. Επίσης, στις παρυφές της τέως λίμνης παρατηρείται διάβρωση του εδάφους που παρασύρεται με την βροχή προς τον Παγασητικό κόλπο, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια εδάφους από την περιοχή. 3 Τα ακραία κλιματικά φαινόμενα πλέον έχουν αυξηθεί, καθώς μια λίμνη αποτελεί ρυθμιστή του κλίματος μιας περιοχής. Εξ' αιτίας των ακραίων φαινομένων έχουμε περισσότερες πλημμύρες στην περιοχή οι οποίες δεν είναι σε θέση να διοχετευτούν από την 42

59 σήραγγα που κατασκευάστηκε, καθώς ο όγκος του νερού των πλημμυρών είναι υπέρμετρα μεγάλος. 4 Η οικονομία τη περιοχής σε μεγάλο βαθμό επηρεάστηκε αρνητικά από την αλλαγή της λειτουργίας του υγροβιότοπου καθώς αυτή δημιούργησε ανεπανόρθωτα περιβαλλοντικά προβλήματα. Οι δείκτες που εκφράζουν την κοινωνική ευημερία εμφανίζουν διαρκή πτώση πράγμα που οδήγησε πολλούς να εγκαταλείψουν την περιοχή Όλα τα έργα και μελέτες που έγιναν για την αποξήρανση της λίμνης και αφορούσαν την άρδευση και αντιπλημμυρική προστασία. Εδώ και περίπου 100 χρόνια έχει εξεταστεί η ιδέα του περιορισμού της έκτασης των περιοδικών κατακλίσεων και η δημιουργία ενός ταμιευτήρα με σταθερή έκταση στην τέως λίμνη Κάρλα σε συνδυασμό με την ευρύτερη εκμετάλλευση των εκτάσεων για γεωργική χρήση. Αναφορές υπάρχουν πως η πρώτη μελέτη εκπονήθηκε από την γαλλική κυβέρνηση το 1887, ενώ το 1889 εγκρίθηκε δαπάνη από το δημόσιο για την περιοχή της Θεσσαλίας και τα έργα που θα συνέβαιναν εκεί, ενώ παράλληλα ρυθμίστηκαν και εφαρμόστηκαν διάφορες διατάξεις για τον τρόπο με τον οποίο θα διατεθεί η γη της πεδιάδας Λάρισας - Κάρλας στους ντόπιους για την καλλιέργειά της. Το 1897 ορίζεται μια επιτροπή που θα αναλάμβανε την τοπογραφία της περιοχής, διαδικασία που θα διαρκούσε περίπου δέκα χρόνια Επίσης εγκαταστάθηκαν 32 σταθμοί οι οποίοι θα λειτουργούσαν σαν βροχομετρικοί και υδρομετρικοί παρατηρητές. Όλες οι εγγειοβελτιωτικές μελέτες που προαναφέρθηκαν συμπεριελάμβαναν αρδευτικά και αποστραγγιστικά-αντιπλημμυρικά έργα. Πιο αναλυτικά, τα αρδευτικά έργα περιλάμβαναν δίκτυα άρδευσης, δίκτυα αποχέτευσης καθώς και έργα οδοποιίας για την ευρύτερη περιοχή. Με την περάτωση των έργων αυτών οι περισσότερες καλλιεργήσιμες εκτάσεις θα είχαν πρόσβαση σε άρδευση. Το νερό που θα χρησιμοποιούσαν οι ντόπιοι θα το προμηθεύονταν είτε από ιδιωτικές γεωτρήσεις είτε από γεωτρήσεις του Π.Α.Υ.Υ.Θ. (Περιβαλλοντική Αναπτυξιακή Υπηρεσία Υδάτων Θεσσαλίας) ή από τις τάφρους που είχαν κατασκευαστεί στην λίμνη της Κάρλας. Τα κυριότερα αποστραγγιστικά-αντιπλημμυρικά έργα που κατασκευάστηκαν είναι οι συλλεκτήρες Σ(1), Σ(5), οι τάφροι 1Τ, 2Τ, 3Τ, 4Τ, 5Τ, 6Τ, 7Τ, η σήραγγα της Κάρλας και τα αναχώματα από την δυτική όχθη της Λάρισας μέχρι την Γυρτώνη. Ο συλλεκτήρας Σ(1) συλλέγει όλα τα νερά της νοτιοδυτικής λεκάνης και τα παρέχει στις βόρειες παρυφές του Πηνειού ποταμού. Έχει συνολικό μήκος 37m (Σιδηρόπουλος, 2014) και ξεκινάει από το ύψος του οικισμού Μεγάλο Μοναστήρι. Η ύπαρξη του συλλεκτήρα 43

60 μείωσε την έκταση της λεκάνης από 1660 Km 2 σε 1170 Km 2. Ο συλλεκτήρας στην αρχή βρίσκονταν στην Χ.Θ και στη συνέχεια επεκτάθηκε στην Χ.Θ με ενιαία κατά μήκος κλίση πυθμένα J=0,6% και πλάτος πυθμένα κυμαινόμενο από b=30 m έως b=35 m. Η διεύρυνση αυτή πραγματοποιήθηκε επειδή ο συλλεκτήρας δεχόταν και τα νερά του χειμάρρου Νέας Καρυάς. Ακόμη και μετά από αυτήν την ενέργεια, ο συλλεκτήρας δεν ήταν σε θέση να προστατεύει πλήρως την περιοχή από τα πλημμυρικά φαινόμενα του Πηνειού στην περιοχή που ενώνονταν μεταξύ τους. Στην τάφρο 2Τ (σχήμα 2.10) συλλέγονται όλα τα ύδατα των κεντρικών, δυτικών και νότιων εκτάσεων της περιοχής, τα οποία πριν την ανασύσταση της λίμνης οδηγούνταν στην σήραγγα μέσω της τάφρου. Στην τάφρο 2Τ καταλήγουν οι τάφροι 3Τ, 4Τ, 5Τ και 7Τ που συλλέγουν τα νερά των δυτικότερων τμημάτων της λεκάνης. Μετέπειτα προκειμένου σήμερα οι τάφροι να έχουν επαρκή αποθηκευτικό χώρο διευρύνθηκαν οι διατομές τους. Η 2Τ έχει συνολικό μήκος 28 Km, το πλάτος της εκτίνεται από 10m έως και 20m ενώ το μέσο βάθος της είναι μεγαλύτερο από 2m. (Σιδηρόπουλος, 2014). Σήμερα η τάφρος αποτελεί μέσο μεταφοράς των πλημμυρικών απορροών του Πηνειού προς την Κάρλα. Σχήμα 2.10 Η σημερινή κατάληξη της 2Τ στον ταμιευτήρα της Κάρλας. (Σιδηρόπουλος, 2014) 44

61 Η τάφρος 1Τ (σχήμα 2.11) είναι η κύρια αντιπλημμυρική τάφρος της λίμνης η οποία συλλέγει τα ύδατα της ανατολικής πεδιάδας της ευρύτερης περιοχής και τα κατευθύνει- όπως και η 2Τ- στην σήραγγα. Έχει μήκος 35km και πλάτος 15-17m, ενώ μέσω βάθος 3m. Η τάφρος 1Τ κατασκευάστηκε χρονολογικά πιο μετά από την 2Τ ενώ, σε αντίθεση με την 2Τ, δεν χρειάστηκε περεταίρω διεύρυνση, καθώς ήταν σε θέση να αντιμετωπίσει όλα τα πλημμυρικά φαινόμενα. Σε αυτήν καταλήγουν οι τάφροι 8Τ και 9Τ. Σήμερα χρησιμοποιείται ως πηγή νερού για την κάλυψη των αρδευτικών αναγκών. Σχήμα 2.11 Η τάφρος 1Τ όπως έχει σήμερα. (Σιδηρόπουλος, 2014) 2.7 Ανασύσταση της λίμνης Κάρλας και Προβλήματα Οι συνέπειες της αποξήρανσης της λίμνης ήταν εκείνες που εν τέλει κατέστησαν την ανασύσταση της ως αναγκαία λύση. Ο σχεδιασμός των έργων για την ανασύσταση της λίμνης είχε ξεκινήσει από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 στο πλαίσιο ενός περιβαλλοντικού προγράμματος ονόματι «Περιβάλλον Αειφόρος Ανάπτυξη» του τότε ΥΠΕΧΩΔΕ σε συνεργασία με της νομαρχίες της Λάρισας και της Μαγνησίας. Το πρόγραμμα τελικά τέθηκε σε εφαρμογή το Ο πρωταρχικός στόχος της επαναδημιουργίας της τεχνητής πλέον λίμνης ήταν η αποκατάσταση της οικολογικής ισορροπίας της περιοχής. Παράλληλα, δευτερεύοντες στόχοι των έργων είναι τα αντιπλημμυρικά έργα, η αποκατάσταση των υποβαθμισμένων πλέον υπόγειων υδατικών πόρων αλλά ακόμη και η εξασφάλιση περισσότερου υδρευτικού νερού για την πόλη του Βόλου. 45

62 Η επανασύσταση της λίμνης θα πραγματοποιούνταν με έργα τα οποία είχαν ως σκοπό τη δημιουργία μιας μεγάλης υδροτοπικής έκτασης. Πιο συγκεκριμένα: Στο χαμηλότερο τμήμα της παλαιότερης λίμνης θα έχουμε μια λίμνη τεχνητή μέσου βάθους 4,5m, έκτασης 38000στρ. Τα νερά που θα τροφοδοτούσαν την λίμνη θα προέρχονταν από τις απορροές του Πηνειού. Κατασκευή επιπλέον συλλεκτήρων Σ(4), Σ(5), Σ(6), για την συγκέντρωση περισσοτέρων ορεινών υδάτων αλλά και για την ευρύτερη προστασία των γύρω περιοχών από πλημμύρες. Κατασκευή ειδικών αντλιοστασίων που θα αντλούσαν όμβρια ύδατα και στη συνέχεια θα τα παροχέτευαν στη λίμνη, γεγονός που θα ανανέωνε τη στάθμη της. Δημιουργία επιπλέον αντλιοστασίων στις περιοχές πάνω από τα αναχώματα του Πηνειού ποταμού, τα οποία με τη σειρά τους θα υδροδοτούσαν την λίμνη αλλά και θα προστάτευαν τις γύρω περιοχές σε περίπτωση πλημμύρων. Έργα που θα βελτίωναν τη λειτουργία της λίμνης ως υγροβιότοπουπαραδείγματος χάριν νησίδες καθαρισμού των υδάτων- αλλά και θα βοηθούσαν στην αναπαράσταση του παραδοσιακού τρόπου αλιείας. Έργα τουριστικού χαρακτήρα με σκοπό την αύξηση των επισκεπτών με ήπιες τουριστικές δραστηριότητες καθώς και την προβολή ενός πολύπλευρου έργου όπως καθορίζεται από τους εγκεκριμένους περιβαλλοντικούς όρους του έργου. Έργα "καθαρισμού" των ορεινών υδάτων από τα διάφορα φερτά υλικά. Με αυτόν τον τρόπο η λίμνη δεν θα λειτουργεί πλέον ως έλος. Έργα επαναπροσδιορισμού της βλάστησης και της ζωής της γύρω περιοχής. Έργα αρδευτικού χαρακτήρα, όπως δίκτυα γύρω από την λίμνη συνολικής έκτασης στρ που θα αρδεύουν περιφερειακές καλλιεργήσιμες εκτάσεις της λίμνης, οι οποίες σήμερα ως επί το πλείστον αρδεύονται από υπόγεια ύδατα. Αξίζει να αναφέρουμε όλα τα έργα και όλες τις εργολαβίες που είχαν δρομολογηθεί για την ανασύσταση της λίμνης. Να σημειωθεί πως όλα τα έργα ακόμα και σήμερα δεν έχουν πραγματοποιηθεί και μερικά εξ αυτών έχουν μείνει στο αρχικό τους στάδιο. Οι λόγοι που αποτέλεσαν τροχοπέδη για την ολοκλήρωση των έργων ποικίλουν. Από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετώπισαν ήταν: 1) Τα αρχαιολογικά ευρήματα στο μέρος όπου θα τοποθετούνταν ο συλλεκτήρας Σ(6). 2) Η μη ικανοποίηση των ντόπιων από τις αποζημιώσεις που τους έδιναν για τις 46

63 διάφορες απαλλοτριώσεις και η χρονική καθυστέρηση που προέκυπτε όταν τέτοιου είδους υποθέσεις έπαιρναν την δικαστική οδό. 3) Τέλος υπήρξε έλλειψη οικονομικών πόρων για την ολοκλήρωση τόσο των αρδευτικών όσο και των υδρευτικών εγκαταστάσεων για την τοπική κοινωνία. Στον παρακάτω χάρτη (σχήμα 2.12) βλέπουμε όλα τα έργα που είχαν δρομολογηθεί για την ανασύσταση της λίμνης. Σχήμα 2.12 Έργα ανασύστασης της λίμνης Κάρλας (Σιδηρόπουλος, 2014) Υδροδότηση της λίμνης από τον Πηνειό ποταμό. Αρχικά, κατασκευάστηκε αντλιοστάσιο στον Πηνειό στη θέση Καραούλι συνολικής παροχής 14m 3 /sec. Αυτό θα αντλούσε όλα τα πλημμυρικά νερά του ποταμού. Στη συνέχεια, 47

64 τα νερά αυτά θα οδηγούνταν στη διώρυγα 2Δ κι από εκεί θα κατέληγαν στον ταμιευτήρα. Επίσης, αναπροσδιορίστηκαν οι χαράξεις παλαιότερων έργων, όπως 2Τ, 6Τ, έτσι ώστε να καταλήγουν στον ταμιευτήρα και όχι στην υφιστάμενη σήραγγα. Ακόμη, κατασκευάστηκε φράγμα στην Γυρτώνη και αντλιοστάσια για δεύτερη απόληψη υδάτων από τον Πηνειό. Έργα μεταφοράς νερού για άρδευση. Κατασκευή δυο αντλιοστασίων Α0 και Α2 στους κόμβους Πέτρας και Καναλιών αντίστοιχα. Θα τοποθετηθούν πλησίον των ήδη υφιστάμενων αντλιοστασίων αποχέτευσης και θα εκβάλουν στον ταμιευτήρα λειτουργώντας ως ένα κλειστό σύστημα αγωγών. Με αυτόν τον τρόπο, θα αρδεύονται οι γύρω περιοχές και πιο συγκεκριμένα η εξυπηρετούμενη έκταση θα φτάνει τα 92500στρ, ενώ το μέγιστο επιτρεπόμενο όριο άντλησης από τον ταμιευτήρα για την ικανοποίηση των αρδευτικών αναγκών είναι 46 m3/sec. Εξαίρεση στους παραπάνω υπολογισμούς αποτελεί η άρδευση από τα επιφανειακά ύδατα της 1Τ. Ύδρευση Βόλου Προβλέπεται η δημιουργία έργων που θα παροχετεύουν την πόλη του Βόλου με hm 3 το χρόνο. Πιο συγκεκριμένα νότια του Στεφανοβικείου και μέχρι το στρατόπεδο ΠΕΒ (Βελεστίνο) θα εγκατασταθούν 50 γεωτρήσεις με αντλούμενη παροχή ίση με 50 m 3 /h. Με αυτόν τον τρόπο θα κλείσουν όλες οι ιδιωτικές γεωτρήσεις. Θα δημιουργηθούν δυο αντλιοστάσια - δεξαμενές όπου θα καταλήγουν τα νερά από τις παραπάνω υδρογεωτρήσεις, μέσω αγωγών πολυαιθυλενίου μήκους 32Km. Έργα περιβαλλοντικού χαρακτήρα. Έργα που αφορούσαν την τουριστική ανάπτυξη του τόπου, όπως φύτευση της γύρω περιοχής, περιπατητικά μονοπάτια, εγκαταστάσεις παρακολουθήσεις υδρόβιων πουλιών αλλά και κέντρα πληροφόρησης για την ζωή και την δράση της λίμνης Κάρλας (μουσεία φυσικής ιστορίας και λιμναίου πολιτισμού Κανάλια). 48

65 Κεφάλαιο 3 ΓΕΩΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΟΛΗ 3.1 Γεωστατιστική ανάλυση Ο όρος γεωστατιστική ανάλυση χρησιμοποιείται στην επιστήμη του πολιτικού μηχανικού, ως ένα εργαλείο, που μελετάει φαινόμενα τα οποία μεταβάλλονται στον χώρο και στον χρόνο. Επίσης με τη χρήση της έχουν αναπτυχθεί οι κλάδοι του περιβάλλοντος και της τεχνολογίας. Είναι ουσιαστικά ένα υποσύνολο της χωρικής στατιστικής, και βασίζεται σε μεταβλητές οικονομικής και περιβαλλοντικής σημασίας. Σύμφωνα με τον Χριστόπουλο (2002), στηρίζεται στη βασική μαθηματική έννοια του τυχαίου πεδίου, και αναλύει έννοιες που αφορούν τη χαρτογράφηση και την απεικόνιση συγκεντρώσεων ρυπαντών σε διάφορα περιβαλλοντικά συστήματα με την χρήση των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS). Στόχος της είναι να προσδιορίσει και να ελέγξει, όσο είναι εφικτό, τη χωρική κατανομή των διάφορων μεταβλητών. Το πεδίο της γεωστατιστικής σύμφωνα με τον Σιδηρόπουλο (2014) και τον Βασιλειάδη (2010) μελετάει την ανάλυση και την εξήγηση της αβεβαιότητας σε ένα σχετικά μικρό αριθμό δειγμάτων. Οι μελέτες που πραγματοποιούν γεωστατιστικές προσεγγίσεις διαφέρουν ως προς τις κλασικές μεθόδους στατιστικής ανάλυσης καθώς τα δείγματα της γεωστατιστικής ακολουθούν κάποια κατανομή (συνήθως κανονική) και δεν σχετίζονται μεταξύ τους. Έτσι κατά την γεωστατιστική ανάλυση η διαδικασία εξετάζει όχι μόνο την στατιστική κατανομή που παρουσιάζουν τα στατιστικά μοντέλα αλλά εμπεριέχει και την χωρική συσχέτιση μεταξύ των δειγμάτων. Η γεωστατιστική ανάλυση χρησιμοποιείται σε προβλήματα κυρίως περιβαλλοντικά και γεωτεχνικά όπου για την λήψη αποφάσεων σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η χωρική ανάλυση που επιτυγχάνεται. Τα αποτελέσματα της γεωστατιστικής θεωρούνται ορθότερα όταν στην όλη διαδικασία λαμβάνεται υπόψη και η παράμετρο της επικινδυνότητας. Η γεωστατιστική εφαρμόζεται επιτυχώς σε έργα γεωτεχνικού και περιβαλλοντικού χαρακτήρα. Η χρήση της καθίσταται απαραίτητη λόγω των κάτωθι βασικών αιτιών : 1. Εγγενής ανομοιογένεια: Αφορά μεταβολές διαφόρων φυσικών μεγεθών, είτε στο χώρο είτε στο χρόνο, οι οποίες έχουν τυχαία χαρακτηριστικά. 2. Αβεβαιότητα στην περιγραφή της χωρικής εξάρτησης, η οποία προκαλεί ελλιπή γνώση στην μεταβολή ενός μεγέθους από σημείο σε σημείο. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει περιορισμένος αριθμός μετρήσεων όπου συμβαίνουν πολλά φυσικά φαινόμενα και 49

66 κατανομές. 3. Εξάρτηση κλίμακας του εκάστοτε μεγέθους: Το αποτέλεσμα της εξαρτάται από τις διαστάσεις της περιοχής μελέτης και την ικανότητα των οργάνων. 3.2 Χωρική παρεμβολή Η χωρική παρεμβολή είναι μια λειτουργία των συστημάτων GIS, η οποία υπεισέρχεται ποικιλοτρόπως σε αυτά. Είναι μια διαδικασία έξυπνων προβλέψεων, κατά την οποία ο ερευνητής επιχειρεί να κάνει μια λογική εκτίμηση της τιμής ενός συνεχούς πεδίου σε θέσεις όπου το πεδίο δεν έχει μετρηθεί πραγματικά. Συνεπώς, ασχολείται αποκλειστικά με συνεχή πεδία. Χρησιμοποιείται σε διάφορες λειτουργίες (π.χ., η προβολή ενός χάρτη ισοϋψών). Βρίσκει εφαρμογή σε πολλούς τομείς, όπως : Εκτίμηση βροχοπτώσεων και θερμοκρασίας Εκτίμηση υψομέτρων της επιφάνειας ανάμεσα στις θέσεις τα οποία έχουν μετρηθεί σε ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DEM). μετρήσεων Στη χάραξη ισοϋψών, όπου απαιτείται γνώση για την τοποθέτησή τους στις θέσεις Οι μέθοδοι χωρικής παρεμβολής είναι οι εξής : 1. IDW (Inverse Distance Weighted) είναι μία μέθοδος κατά την οποία η τιμή του κάθε κελιού εκτιμάται από τον μέσο όρο των γειτονικών κελιών. Όσο πιο κοντά βρίσκεται το κέντρο ενός σημείο στο κελί που θα εκτιμηθεί η τιμή του, τόσο μεγαλύτερη επιρροή έχει στη διαδικασία. 2. Kriging είναι μια προχωρημένη μέθοδος όπου δημιουργεί από ένα διάσπαρτο σύνολο τιμών μία εκτιμώμενη επιφάνεια με τιμές στον z άξονα. Περισσότερο από κάθε άλλη μέθοδο χωρικής παρεμβολής, πρέπει να γίνει μία πιο διεξοδική έρευνα του φαινομένου που αντιπροσωπεύεται από τις τιμές στον z, πριν επιλεγεί η καλύτερη δυνατή εκτίμηση για την εξαγωγή της τελικής επιφάνειας. 3. Natural neighbour είναι μία μέθοδος η οποία βρίσκει δεδομένα εισόδου το πλησιέστερο υποσύνολο δειγμάτων και τα εφαρμόζει σε άγνωστα σημεία με βάση τις αναλογικές περιοχές για την παρεμβολή μιας τιμής (sibson, 1981). Είναι επίσης γνωστή ως 50

67 Sibson ή αλλιώς ''area- stealing'' παρεμβολή. 4. The spline tool χρησιμοποιεί μία μέθοδο παρεμβολής που εκτιμάει τιμές χρησιμοποιώντας μία μαθηματική συνάρτηση η οποία ελαχιστοποιεί τη συνολική επιφανειακή καμπύλη, με αποτέλεσμα να καταλήγει σε μία πιο ομαλή όπου περνάνε ακριβώς τα σημεία εισόδου. 5. The spline with Barriers χρησιμοποιεί μία παρόμοια τεχνική με την παραπάνω μέθοδο, όμως με την διαφορά ότι εδώ υπάρχουν ασυνέχειες και στην είσοδο και στην έξοδο των σημείων που χρησιμοποιήθηκαν. 6. Topo to Raster ή Topo to Raster by file είναι μία μέθοδος η οποία είναι ειδικά σχεδιασμένη ώστε να δημιουργεί μία επιφάνεια η οποία αντιπροσωπεύει ένα πιο φυσικό περιβάλλον και διατηρεί καλύτερα την υψηλότερη τιμή και τα δίκτυα ροής των σημείων εισόδου. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται είναι βασισμένος στον ANUDEM, από τον Hutchinson κλπ στον Australian National University Μέθοδος Kriging Σε αρκετές έρευνες που σχετίζονται με την γεωλογία και την γεωτεχνία παρατηρούνται μεροληπτικά (biased) δεδομένα πεδίου τα οποία είναι συσχετιζόμενα (correlated) και σε συστοιχία (clustered). Η γεωστατιστική είναι σε θέση να εντοπίσει τις δυσκολίες αυτές προχωρώντας σε χωρικές εκτιμήσεις (spatial simulation) διαμέσων διαφόρων εργαλείων. Από τους πρώτους μηχανικούς που ασχολήθηκαν με την χρήση σταθμισμένων μέσων όρων ήταν ο D. G. Krige και χάρης αυτού όλα τα εργαλεία της γεωστατιστικής καλούνται Kriging. Οι περισσότεροι ερευνητές χρησιμοποιούν την μέθοδο Kriging έναντι των υπολοίπων διότι υπερτερεί σε πολλά σημεία. Αυτό συμβαίνει διότι η μέθοδος ενσωματώνει απευθείας τα δεδομένα στο μοντέλο χωρικής μεταβλητότητας, και είναι σε θέση να δημιουργήσει χάρτες με ποικίλα σενάρια παρεμβολής. Τα κριτήρια με τα ποία η μέθοδος Kriging εκτιμά βασίζονται σε ορθά τοποθετημένες στατιστικές συνθήκες, οι οποίες εφαρμόζου καλύτερα σε σύγκριση με τις υπόλοιπες μεθόδους. Η μέθοδος Kriging επίσης προσφέρει διαφόρους παράγοντες που εξετάζουν την ακρίβεια των εκτιμώμενων τιμών οι οποίες με την σειρά τους παρέχουν δυο εργαλεία στατιστικά. Το πρώτο έχε να κάνει με την κάθε εκτίμηση και το πώς αυτή εφαρμόζεται σε μια διακύμανση και το δεύτερο πως η διακύμανση είναι ανεξάρτητη σε σχέση με άλλες ξεχωριστές μετρήσεις. 51

68 Μαθηματικό Μοντέλο Παρακάτω παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο της μέθοδος Kriging κατά τον Βασιλειάδη (2010) και λαμβάνει την μορφή εγχειριδίου (manual) και λειτούργει ως εξής: Έστω Z(x) είναι η παράμετρος που θα υποστεί την χωρική ανακατανομή (π.χ υδραυλική αγωγιμότητα, μεταφορικότητα κ.α), με το x να είναι το διάνυσμα των συντεταγμένων στον χώρο. Τοπικές τιμές της παραμέτρου είναι διαθέσιμες σε n διαφορετικές θέσεις στο πεδίο μελέτης Α, και καλούνται Zi = Z(xi), i=1,,n. Το πρόβλημα της παρεμβολής είναι το πως θα χρησιμοποιηθούν οι τιμές Zi για την εκτίμηση μιας άλλης τιμής Zo στη θέση xo. Η βασική ιδέα της Kriging στηρίζεται στη γραμμική παλινδρόμηση σύμφωνα με την οποία γίνεται η εκτίμηση της Zo, η οποία καλείται Ζο*. Αλλά η Kriging αποτελεί την πιο εξελιγμένη μορφή γιατί και ελαχιστοποιεί τη διαφορά Ζο*- Zο, και είναι αμερόληπτη (unbiased). Θεωρήστε μια άγνωστη τιμή zo ως την τιμή εξόδου της τυχαίας μεταβλητής (RV) Zo. Οι n τιμές zi, i=1,,n είναι οι αντίστοιχες τιμές εξόδου των n RVs Zi, i=1,,n. Οι n+1 RVs Zo,Z1,,Zn χαρακτηρίζονται από : τους μέσους τους Ε{Z i }=m i, i=1,,n τους συντελεστές συμμεταβλητότητας Cov{Zi,Zj}=E{Zi,Zj} m i m j = C ij για όλα τα i,j = 0,,n. Οι n+1 διακυμάνσεις δεν είναι άλλες από τους συντελεστές αυτομεβλητότητας Var{Zi} = E{Zi 2 }-m 2 i = Cii Ο συντελεστής συσχέτισης δύο οποιοδήποτε μεταβλητών Ζi, Zj είναι: (3.1) Τέλος, πρέπει να γίνει διαχωρισμός του πίνακα Κ (nxn) των συντελεστών διασποράς των δεδομένων (3.2) από τον πίνακα K (nx1) των συντελεστών διασποράς των άγνωστων 52

69 (3.3) Έτσι λοιπόν η άγνωστη τιμή z o εκτιμάται από το γραμμικό συνδυασμό των n δεδομένων και της παραμέτρου λ o : (3.4) Αντίστοιχα, ο γραμμικός συνδυασμός των n τυχαίων μεταβλητών Ζi είναι και αυτός μια τυχαία μεταβλητή και καλείται εκτιμητής : (3.5) Οι άγνωστοι του προβλήματος είναι οι συντελεστές βαρύτητας λi, οι οποίοι εξαρτώνται τόσο από τη θέση x o, όσο και από τις θέσεις x i. Το πραγματικό σφάλμα z o z o * είναι άγνωστο και δεν μπορεί να προσδιοριστεί. Όμως, κάποια στατιστικά χαρακτηριστικά του λάθους των τυχαίων μεταβλητών Ζο Ζο* μπορούν να υπολογιστούν. Η μέση τιμή του λάθους των τυχαίων μεταβλητών είναι: Για να είναι αμερόληπτη η μέθοδος αυτή πρέπει μέση τιμή του σφάλματος των τυχαίων μεταβλητών να είναι μηδέν, έτσι ο συντελεστής βαρύτητας λ o ισούται με: Επιπλέον: (3.6) (3.7) Ο αμερόληπτος εκτιμητής Ζο* εμφανίζεται ως το αποτέλεσμα της γραμμικής εκτίμησης της διαφοράς [Ζ o m o ] από την διαφορά των τυχαίων μεταβλητών των δεδομένων [Ζi m i ]: 53

70 (3.8) Μένει λοιπόν ο υπολογισμός των n συντελεστών βαρύτητας λ i, i=1,,n. Αυτό θα γίνει μέσω της ελαχιστοποίηση του σφάλματος της διασποράς. Θεωρώντας το σφάλμα των {Ζο Ζο*} ως γραμμικό συνδυασμό Υ των (n+1) τυχαίων μεταβλητών, έχουμε: με: i o = 1 και i i = λ ι, i=1,,n (3.9) Το σφάλμα της διασποράς εκφράζεται ως το διπλό άθροισμα των συντελεστών συνδυακύμανσης Cij: (3.10) Τα n βάρη i i = λ i, i=1,,n είναι αυτά τα οποία θα ελαχιστοποιήσουν το σφάλμα της διασποράς VarY. Αυτό γίνεται με το μηδενισμό των n μερικών διαφορών του σφάλματος VarY σε σχέση με την καθεμία από τις n παραμέτρους i i, i=1,,n: (3.11) Το τελικό σύστημα των εξισώσεων γραμμικής παλινδρόμησης ή καλύτερα στο σύστημα του Απλού (Simple) Kriging είναι: (3.12) Το ελαχιστοποιημένο λάθος της διασποράς VarY καλείται «Simple Kriging» διασπορά και ισούται με: Τελικά έχουμε: 54

71 (3.13) Η Εξ. 12 γράφεται σε μορφή πινάκων ως εξής: (3.14) Καθορίζοντας τον πίνακα R i T ως τη διαφορά των τυχαίων μεταβλητών δηλαδή R i T = [Ζ 1 m 1,,Z n m n ], τότε ο εκτιμητής της Εξίσωσης 3.8 γράφεται σε μορφή πινάκων: (3.15) εφόσον Κ = Κ Τ (ο πίνακας Κ είναι συμμετρικός) τότε και Κ 1 = (Κ 1 ) Τ. Και το ελαχιστοποιημένο λάθος της διασποράς γράφεται: (3.16) Συνθήκη ανεξαρτησίας: Έστω ότι οι n τυχαίες μεταβλητές Ζ i, i=1,,n, είναι ανεξάρτητες η μία από την άλλη, τότε θα πρέπει να καλούνται ανεξάρτητες μεταβλητές και η άγνωστη Ζ 0 να καλείται εξαρτημένη. Ο πίνακας Κ των συντελεστών διασποράς των δεδομένων μετατρέπεται σε έναν διαγώνιο πίνακα: (3.17) όπου, C ij = 0, για i j και C ii, για i=j Το σύστημα της μεθόδου Simple Kriging της Εξίσωσης 3.12 γράφεται : λ i C ii = C i0 λ i = C i0 /C ii, όμως και ο Simple Kriging εκτιμητής της Εξ. 3.8 γίνεται: Έτσι στην περίπτωση ανεξαρτησίας των δεδομένων, τα Simple Kriging βάρη λ i δεν είναι άλλα από τους συντελεστές συσχέτισης ρ οi ανάμεσα σε κάθε δεδομένο και στην 55

72 άγνωστη εξαρτημένη μεταβλητή Ζ 0. Όσο μεγαλύτερη η συσχέτιση ρ οi ενός δεδομένου με τη Ζ 0, τόσο μεγαλύτερο το βάρος του. Σημειώνεται ότι: Επιπλέον, αν τα n δεδομένα είναι ανεξάρτητα και από την άγνωστη μεταβλητή Ζ 0, δηλαδή ρ i0 =0, τότε και ο SΚ εκτιμητής ισούται με τη μέση τιμή Ζ 0 * = m 0. Στην περίπτωση όπου τα n δεδομένα Ζ i αντιστοιχούν στην ίδια συμπεριφορά Ζ αλλά σε διαφορετικές θέσεις x i x o, έχουμε: (3.18) με m είναι η μέση τιμή των (n+1) τυχαίων μεταβλητών Ζ(x o ), Z(x i ), i=1,,n. Καθορίζοντας τη συνάρτηση διασποράς C(h) ως τη συμμεταβλητότητα μεταξύ δύο οποιοδήποτε τυχαίων μεταβλητών Ζ(x), Z(x+h), που απέχουν απόσταση διανύσματος h: Το Simple Kriging σύστημα γράφεται : (3.19) (3.20) Όπως έγινε αντιληπτό από τα παραπάνω για την εφαρμογή της Simple Kriging θεωρείται δεδομένη η γνώση της μέσης τιμής m της παραμέτρου και η οποία μάλιστα σύμφωνα με τη συνθήκη της στασιμότητας είναι ίδια σε όλο το πεδίο μελέτης. Στην περίπτωση όμως που η μέση τιμή δεν είναι γνωστή τότε χρησιμοποιείται μια άλλη μέθοδος της Kriging, η μέθοδος Ordinary Kriging. Εδώ αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν πολλές μέθοδοι ή/και παραλλαγές Kriging ανάλογα με την περίπτωση του προβλήματος, όπως οι: Universal Kriging, Block Kriging, Detrended Kriging, Kriging with External Drift, Simple Kriging with varying Local Means, Cokriging, Nonlinear Kriging, Indicator Probability Kriging, Soft Kriging [Goovaerts, 1997]. Οι μέθοδοι /παραλλαγές Kriging βασίζονται κυρίως στη μέθοδο Simple Kriging και τη μέθοδο Ordinary Kriging που αναλύεται παρακάτω. 56

73 Βέλτιστη παρεμβολή Ordinary Kriging Ζ*(x ο ) Στην περίπτωση τώρα που η μέση τιμή m είναι άγνωστη ο γραμμικός εκτιμητής γράφεται όπως και πριν είναι και η μέση τιμή του λάθους, η οποία πρέπει να είναι μηδέν. Αυτό πραγματοποιείται όταν λ 0 =0 και Έτσι, ο αμερόληπτος γραμμικός εκτιμητής Ζ(x0) γράφεται : (3.21) Το σφάλμα της διασποράς γράφεται: (3.22) Όμως πρέπει να ελαχιστοποιηθεί το λάθος της διασποράς για να διατηρώντας την αμεροληψία δηλαδή τη συνθήκη Αυτό ισοδυναμεί σε βελτιστοποίηση κάτω από γραμμικούς περιορισμούς. Σε αυτό το σημείο θα γίνει χρήση της μεθόδου Lagrange, με τη δημιουργία της συνάρτησης S των (n+1) παραμέτρων : i) των συντελεστών βάρους λ i, i=1,,n, και ii) της παραμέτρου Lagrange 2μ και καθορίζεται ως εξής: (3.23) Η ελαχιστοποίηση της S πραγματοποιείται με τον μηδενισμό των (n+1) μερικών παραγώγων της: 57

74 Οι πρώτες n εξισώσεις ξαναγράφονται: (3.24) Τελικά, οι (n+1) άγνωστοι λi, μ, υπολογίζονται από το (n+1) γραμμικό σύστημα, το οποίο καλείται «Ordinary Kriging» σύστημα και είναι: (3.25) το οποίο μπορεί να γραφτεί και σε όρους ημιμεταβλητογραφήματος μιας και αυτό είναι που χρησιμοποιείται στη γεωστατική και πιο συγκεκριμένα στην παρούσα εργασία: (3.26) και σε μορφή πινάκων θα έχουμε: (3.27) Το ελαχιστοποιημένο λάθος της διασποράς το οποίο καλείται Ordinary Kriging διασπορά είναι: (3.28) 58

75 Συνθήκη ανεξαρτησίας: Εάν οι n τυχαίες μεταβλητές Ζ(x i ) των δεδομένων είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους, ο πίνακας [C(x i x j )] των συντελεστών διασποράς των δεδομένων μετατρέπεται σε έναν διαγώνιο πίνακα, με στοιχεία της κυρίας διαγωνίου την τυπική διασπορά C(0)=Var{Z(x)}. Το OK σύστημα της Εξίσωσης 3.25 γίνεται: (3.29) ή οπότε: με ρ(h) = C(h)/C(0) [ 1,+1] να είναι διάγραμμα συσχέτισης (correlogram), το οποίο μετρά τη συσχέτιση μεταξύ δύο μεταβλητών Ζ(x), Z(x+h), που απέχουν απόσταση διανύσματος h. Επιπλέον αν τα n δεδομένα είναι ανεξάρτητα και από την άγνωστη τυχαία μεταβλητή Z(x0) τότε ρ(x i x ο )= 0 και το OK σύστημα (Εξ. 3.25) γράφεται: (3.30) Δηλαδή σε αυτήν την περίπτωση ο OK εκτιμητής γίνεται ίσος με τη μέση τιμή: και Κλείνοντας εδώ την παρουσίαση της μεθόδου Kriging πρέπει να σημειωθεί ότι τα Simple Kriging και Ordinary Kriging συστήματα των Εξισώσεων 3.13 και Εξ αντίστοιχα καλούνται στη βιβλιογραφία και στα υπολογιστικά μοντέλα ως «Best Linear Unbiased Estimator» ή BLUE, ένα ακρωνύμιο στο οποίο αναφέρονται τα βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου Kriging έναντι των άλλων μεθόδων χωρικής παρεμβολής [Deutsch and Journel, 1998]. 59

76 3.2.2 Μέθοδος Topo to raster (Anudem) Η μέθοδος Topo to raster είναι μια μέθοδος χωρικής παρεμβολής ειδικά σχεδιασμένη για την δημιουργία ψηφιακού μοντέλου υψομέτρων (DEM) υδρολογικού χαρακτήρα και είναι βασισμένη στο πρόγραμμα ANUDEM (Australian National University DEM) που επινοήθηκε από τον Michael Hutchinson. Είναι μια επαναληπτική διαδικασία η οποία δείχνει να υπερτερεί σε σχέση με τις υπόλοιπες καθώς συνδυάζει την υπολογιστική εγκυρότητα της IDW και την διατήρηση της συνέχειας της επιφάνειας όπως πραγματοποιούν οι μέθοδοι Kriging και Spline. Το μοντέλο DEM που προκύπτει από την εφαρμογή της ANUDEM είναι προσαρμοσμένο στο να ακολουθεί τις απότομες αλλαγές του εδάφους, όπως γραμμές ροής, κορυφογραμμές και γκρεμοί. Το νερό είναι η κύρια διαβρωτική δύναμη που καθορίζει τη γενική μορφή των περισσότερων περιοχών. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα τοπία έχουν πολλές κυρτότητες (τοπικά μέγιστα) και λίγες κοιλότητες (τοπικά ελάχιστα), με αποτέλεσμα να σχηματίζεται ένα μοτίβο αποστράγγισης. Το εργαλείο Topo to Raster χρησιμοποιεί αυτή τη γνώση των επιφανειών και επιβάλλει περιορισμούς στη διεργασία χωρικής παρεμβολής και αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συνδεδεμένη δομή αποστράγγισης και σωστής αναπαράστασης των κορυφογραμμών και των ρευμάτων. Η επιβολή της αποστράγγισης έχει μεγαλύτερη ακρίβεια όταν δίνονται λιγότερα δεδομένα εισόδου. Η διαδικασία ANUDEM εξασφαλίζει καλή δομή διαμόρφωσης και αποστράγγισης στα υπολογισμένα DEM σε πέντε βασικούς τρόπους: Επιβάλει μια διαδικασία αποστράγγισης που αφαιρει το νερό από τις ψευτοκοιλότητες (χαμηλές τιμές ισοϋψών) που προκύπτουν από τις υπόλοιπες μεθόδους χωρικής παρεμβολής. Με αυτόν τον τρόπο παίρνουμε τα καλύτερα αποτελέσματα όσων αφορά τα DEM για τις υδρολογικές εφαρμογές και επίσης συμβάλει καθοριστικά στην αποτελεσματική ανίχνευση σφαλμάτων που έχουν να κάνουν με τα δεδομένα. Ενσωματώνει τους περιορισμούς αποστράγγισης επιφάνειας απευθείας από τα δεδομένα εισόδου των γραμμών ροής (streamline data) Οριοθετεί τις κορυφογραμμές και την ροή αυτόματα από τα δεδομένα της γραμμής περιγράμματος εισόδου. Αυτό επιτυγχάνεται με την εισαγωγή καμπυλόγραμμων κορυφογραμμών και γραμμών ροής που σχετίζονται με τις γωνίες του περιγράμματος που δείχνουν το σημείο όπου αυτές οι γραμμές διασχίζουν τις ισοϋψείς. Την διαγραφή της συνέχειας των cliff lines (ενδιάμεσων γραμμή ισοϋψών) όπου δίνει ψευδή αποτελέσματα το DEM Εξασφαλίζει την σύμβαση των ορίων Lake boundaries (τιμές του υψόμετρου της στάθμης της λίμνης στα σύνορα) της λίμνης με τα υψόμετρα των γραμμών ροής και με τα γειτονικά σημεία DEM 60

77 3.2.3 Εφαρμογές Χωρικής Παρεμβολής Παγκόσμια Ο S.Maroufpoor κ.α., (2017) μελετά μέσω χωρικής ανάλυσης την συμπεριφορά της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στο υπόγειο νερό στην επαρχία Κέρμαν στο Ιράν. Η έρευνα εκπονήθηκε για τη χρονική περίοδο και χρησιμοποίησε δύο μοντέλα γεωστατιστικής ανάλυσης, Simple Kriging (SK) και Co-Kriging (CK). Για τη χωρική κατανομή της αλατότητας, που σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με το χλώριο, στον υπόγειο υδροφορέα εφαρμόστηκαν τα γεωστατιστικά μοντέλα SK και CK με μεγαλύτερη ακρίβεια την πρόβλεψη του CK (R2sk = 0,34 και R2ck = 0,898. Ο Johnson κ.α., (2017) εξέτασε την χωρική κατανομή των ιόντων σιδήρου (Fe) και μαγγανίου (Mn) και την αξιολόγηση της επίδρασης των περιβαλλοντικών παραγόντων στη μεταβλητότητα των Fe και Mn στο υπόγειο νερό δημιουργώντας χάρτες πρόβλεψης (prediction map). Η περιοχή μελέτης είναι το Buncombe County, Βόρεια Καρολίνα (ΗΠΑ) Για τις συγκεντρώσεις των ιόντων όπου δεν ήταν δυνατή η λήψη μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος χωρικής παρεμβολής Ordinary Kriging και Cokriging μέσω του προγράμματος ΓΣΠ-GIS. Oι τελικοί χάρτες πρόβλεψης των συγκεντρώσεων του Fe και του Mn έδειξαν το τμήμα όπου εντοπίζονται υψηλές συγκεντρώσεις στην περιοχή. Επιπροσθέτως η μελέτη αυτή είναι η πρώτη η οποία δημιουργεί χάρτες πρόβλεψης για τις συγκεντρώσεις του Fe και Mn στο Buncombe County, στη Βόρεια Καρολίνα και προτείνει την εφαρμογή της γεωστατιστικής προσέγγισης στον χωρικό προσδιορισμό συγκέντρωσης και άλλων ρυπαντών στα υπόγεια ύδατα. Ευρώπη Η Mariangela Sellerino και οι συνεργάτες (2019) διερεύνησαν την ποιοτική κατάσταση των υπόγειων υδάτων σε ότι αφορά τις συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων όπως Φθόριο (F), Σίδηρος (Fe), Μαγγάνιο (Mn) και Αρσενικό (As). Η περιοχή μελέτης είναι στα Φλεγραία Πεδία (Phlaegrean) (Νότια Ιταλία), όπου πρόκειται για μια ενεργή ηφαιστειογενή περιοχή. Για την αξιολόγηση της ποιότητας των υπόγειων υδατικών πόρων έγινε χρήση της μεθόδου Indictor Kriging μιας μεθόδου χωρικής παρεμβολής που βασίζεται στην Ordinary Kriging μέσω του GIS. Η εφαρμογής της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε ήταν επιτυχής καθώς προσδιόρισε με σχετική ακρίβεια την περιοχή όπου καταγράφεται υπέρβαση των επιτρεπόμενων ορίων για το αρσενικό. Ο A. Bardossy (2011), πραγματοποίησε μία ποιοτική ανάλυση του υπόγειου νερού στο νοτιοδυτικό τμήμα της Γερμανίας μέσω χωρικής παρεμβολής. Η εργασία επικεντρώθηκε κυρίως στον εντοπισμό των συγκεντρώσεων του Αρσενικού (As) Χλώριου (Cl-) και της δεαιθυλατριζίνης (προϊόν αποικοδόμησης της ατραζίνης) και το πώς οι ρύποι διανέμονται χωρικά καθώς και στην επιλογή της βέλτιστης μεθόδου χωρικής παρεμβολής. Για την χωρική ανάλυση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της Copulas. Στη συνέχιεα το μοντέλο Copulas συγκρίθηκε με την χωρική παρεμβολή Οrdinary Kriging (ΟΚ) και Indicator Kriging (ΙΚ) μεθόδων χωρικής παρεμβολής που εισάγονται από το ΓΣΠ-GIS καθώς και τα μέτρα αβεβαιότητας κάθε μεθόδου. Εν τέλει η μελέτη έδειξε πώς το μοντέλο της Copulas εμφάνιζε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τις άλλες δυο μεθόδους (ΟΚ, ΙΚ) με την Indicator Kriging να βγάζει λιγότερο αξιόπιστα αποτελέσματα. Η μελέτη προτείνει την επέκταση της 61

78 παραπάνω προσέγγισης σε μία προσέγγιση χωρικής προσομοίωσης με την χρήση μοντέλου. Ελλάδα Η Μεργένη κ.α. (2018) αξιολόγησε την ποιοτική κατάσταση της λεκάνης Ασωπού - Θήβας και της λεκάνης Κεντρικής Εύβοιας. Η λεκάνης Ασωπού Θήβας και της λεκάνης Κεντρικής Εύβοιας αποτελούν ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα επιβαρυμένων περιοχών, η οποία δέχεται ένα μεγάλο ρυπαντικό φορτίο από οργανικούς ρύπους, κυρίως εξασθενές χρωμίου (Cr). Στην έρευνα έγινε χρήση της μεθόδου χωρικής παρεμβολής Kriging μέσω των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ-GIS) για να: α) αξιολογήσει την έκταση και το μέγεθος της ρύπανσης εξ αιτίας του χρωμίου στις λεκάνες Ασωπού - Θήβα και στη λεκάνη Κεντρικής Εύβοιας, β) εκφράσει τη χωρική κατανομή του Cr στο έδαφος και στα υπόγεια ύδατα σε συνδυασμό (σε συσχέτιση) με τους χάρτες χρήσεις γης, γ) προσδιορίσει γεωχημικούς περιορισμούς ρύπανσης από Cr, και δ) παρέχει πληροφορίες που θα είναι χρήσιμες για την καλύτερη διαχείριση της χρήσης γης σε ένα οικοσύστημα μεσογειακού τύπου, προκειμένου να αποφευχθεί η περαιτέρω υποβάθμιση των φυσικών πόρων. Τέλος πραγματοποιήθηκε μία στατιστική διαδικασία (Varimax rotation) πολλαπλών μεταβλητών μέσω του προγράμματος MINITAB_15 για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των στοιχείων (Na, B, As, K, Li, Mg, Ca και Cr) στο υπόγειο νερό. Παρότι η συσχέτιση ήταν ικανοποιητική (R = 0.75), μεταξύ των Cr και NO3 παρατηρήθηκε ότι οι συγκεκριμένοι ρύποι έχουν διαφορετικές πηγές ρύπανσης γεγονός που συνδέεται άρρηκτα με τον τρόπο χρήσης γης της περιοχής μελέτης (βιομηχανική και αγροτική αντίστοιχα). Από μελέτη του 2005 (Θεοδοσσίου, Λατινόπουλος, 2005), παρουσιάστηκε ένας τρόπος με τον οποίο θα βελτιστοποιηθεί η διαδικασία με την οποία παρατηρείται η στάθμη του υπόγειου υδροφορέα. Ως περιοχή μελέτης επιλέχθηκε η λεκάνη απορροής του Ανθεμούντα (Χαλκιδική, Βόρεια Ελλάδα). Για την περάτωση αυτής της έρευνας χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος χωρικής παρεμβολής Kriging. Η εφαρμογή της μεθόδου δεν πραγματοποιήθηκε μόνο για την χωρική ανάλυση της στάθμης του υπόγειου υδροφορέα και την επαλήθευση του μοντέλου πρόβλεψης αλλά βοήθησε στην ευρύτερη κατανόηση της λειτουργίας της λεκάνης απορροής και στο πως θα βελτιστοποιηθεί ο τρόπος (αλλαγές στο υφιστάμενο πεδίο δειγματοληψιών) με τον οποίο θα αντλούνται πληροφορίες από αυτήν. 62

79 Κεφάλαιο 4 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΟΣΟΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΟΙΟΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΤΗΣ ΚΑΡΛΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ GIS Η μελέτη ή η εξέταση της ποσοτικής και της ποιοτικής κατάστασης τoυ υπόγειου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας πραγματοποιήθηκε με την χρήση του εμπορικού προγράμματος GIS. Το GIS είναι ένα σύστημα διαχείρισης χωρικών δεδομένων το οποίο είναι σε θέση να ενσωματώσει, αποθηκεύσει, αναλύσει γεωγραφικά συσχετισμένες πληροφορίες. Για την διεκπεραίωση της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο της χωρικής παρεμβολής (interpolation), το οποίο είναι ικανό να μας δώσει μια εικόνα για τα υπόγεια ύδατα της Κάρλας μέσω χωρικής αλλά και γεωστατικής ανάλυσης. Στην συνέχεια τα αποτελέσματα αυτά αποτυπώθηκαν σε χάρτες οι οποίοι μας πληροφορούν για την χωρική κατανομή των παραμέτρων που θέσαμε προς ανάλυση. Τα δεδομένα για την ανάλυση αυτή πάρθηκαν από την Διεύθυνση Υδάτων της Αποκεντρωμένης Διοίκηση Θεσσαλίας και Στερεάς Ελλάδας και το Ι.Γ.Μ.Ε (Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών) και ποιο συγκεκριμένα από μετρήσεις που έγιναν στην περιοχή μελέτης για την χρονική περίοδο από το 1980 έως το2015. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η χωρική και σε επόμενο στάδιο η γεωστατιστική ανάλυση των εξεταζόμενων παραμέτρων χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι μέθοδοι χωρικής παρεμβολής (interpolation) που είναι ενσωματωμένοι στο GIS. Αρχικά κρίνεται σκόπιμο να σημειωθεί πως χρησιμοποιήθηκαν δυο μέθοδοι χωρικής παρεμβολής, η μέθοδος Kriging και η μέθοδος Topo to raster μέσω της εργαλειοθήκης Spatial Analyst tool (Εργαλειοθήκη χωρικών αναλυτών). Στη συνέχεια εφαρμόστηκε η μέθοδος Geostatistical Analyst μέσω της οποίας επιτεύχθηκε και η επαλήθευση του χωρικού μοντέλου (cross validation). 4.1 Χωρική και Γεωστατιστική Ανάλυση Οι χωρικοί αναλυτές εφαρμόζονται προκειμένου να δημιουργηθούν συνεχείς επιφάνειες προβαίνοντας σε προβλέψεις από μετρήσεις δειγμάτων για όλες τις θέσεις σε ένα σύνολο δεδομένων raster εξόδου, ανεξάρτητα από το εάν έχει ληφθεί ή όχι μέτρηση στις θέσεις αυτές. Η Γεωστατιστική Ανάλυση είναι ικανή να δημιουργήσει μια συνεχή επιφάνεια ή χάρτη από σημεία μέτρησης δειγμάτων τα οποία είναι αποθηκευμένα σε ένα στρώμα χαρακτηριστικών σημείων ή σε ένα στρώμα raster. Τα σημεία μετρήσεων μπορούν να εκφράζουν το υψόμετρο, το βάθος νερού ή το επίπεδο της ρύπανσης ενός ρύπου. Έτσι σε συνδυασμό με την χρήση του ArcMap η μέθοδος Geostatistical Analyst παρέχει ένα ολοκληρωμένο σύνολο εργαλείων για την δημιουργία επιφανειών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση, ανάλυση και την κατανόηση των χωρικών φαινομένων. Οι τρεις αυτοί μέθοδοι εφαρμόστηκαν διότι μερικές φορές κάποιο μοντέλο χωρικής παρεμβολής δεν ήταν σε θέση να παρουσιάσει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Προτού όμως 63

80 παραχθεί η τελική επιφάνεια θα πρέπει με κάποιο τρόπο να ελεγχθεί η εγκυρότητα της μεθόδου και το κατά πόσο ορθά θα προβλέψει τις τιμές σε άγνωστες τοποθεσίες. Η διαδικασία cross-validation μας βοηθά στο να λαμβάνουμε τεκμηριωμένη απόφαση σχετικά με το πιο μοντέλο παρέχει τις καλύτερες προβλέψεις. Τα υπολογισθέντα στατιστικά στοιχεία χρησιμεύουν ως διαγνωστικά που δείχνουν εάν το μοντέλο και οι σχετικές τιμές παραμέτρων του είναι λογικές. Η cross-validation χρησιμοποιεί όλα τα στοιχεία προκειμένου να εκτιμήσει τα μοντέλα τάσης και αυτοσυσχέτισης των δεδομένων. Αφαιρεί ένα σημείο από τα δεδομένα την φορά και προβλέπει την αντίστοιχη τιμή του. Για παράδειγμα στο σχήμα 4.1 εμφανίζονται 10 σημεία δειγματοληψιών. Η cross-validation παραλείπει ένα σημείο (κόκκινο) και υπολογίζει την τιμή του στην θέση αυτή χρησιμοποιώντας τα υπόλοιπα 9 (μπλε). Έτσι υπολογίζονται οι προβλεπόμενες και οι πραγματικές τιμές στην θέση του παραλειπόμενου σημείου και συγκρίνονται μεταξύ τους. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για ένα δεύτερο σημείο και με αυτό τον τρόπο συνεχίζεται η όλη διαδικασία. Με το πέρας της διαδικασίας ορισμένες τοποθεσίες σημείων ενδέχεται να παραμείνουν στην άκρη ως ακατάλληλες εάν περιέχουν μεγάλα σφάλματα. Τα αποτελέσματα της cross-validation παρουσιάζονται αυτόματα στο τελευταίο βήμα της μεθόδου Geostatistical Analyst (Geostatistical Wizard). Σχήμα 4.1 Σημεία μετρήσεων που χρησιμοποιούνται κατά την cross validation. ( 4.2 Εκτίμηση Ποσοτικής Κατάστασης Υπόγειου Υδατικού Συστήματος. Με τον όρο εκτίμηση της ποσοτικής κατάστασης υπόγειου υδατικού συστήματος νοείται η διαφορά του επιπέδου της στάθμης που εμφανίζεται στον υπόγειο υδροφορέα με το πέρας των ετών δηλαδή κατά πόσο έχει μεταβληθεί (μειωθεί ή αυξηθεί) η απόσταση της επιφάνειας των υπόγειων υδάτων από την επιφάνεια του εδάφους. Η εκτίμηση της ποσοτικής κατάστασης πραγματοποιήθηκε ως προς το Απόλυτο Υψόμετρο Στάθμης. Το απόλυτο υψόμετρο στάθμης υπολογίζεται από τη διαφορά του Υψομέτρου του Εδάφους με το Βάθος Στάθμης του Υδροφόρου. Ως αρχικό σημείο (0 μ) θεωρείται το υψόμετρο της στάθμης της θάλασσας. Ουσιαστικά, η ποσοτική κατάσταση ενός υπόγειου υδροφόρου συστήματος παρουσιάζει την πιεζομετρία της περιοχής μελέτης. 64

81 4.2.1 Χωρική Ανάλυση Σε σχέση με τις υπόλοιπες μεθόδους χωρικής παρεμβολής η Kriging περιλαμβάνει μια διερεύνηση της χωρικής συμπεριφοράς του φαινομένου που αντιπροσώπευαν οι τιμές στον άξονα Ζ και επιλέγει την κατάλληλη μέθοδο πριν την παραγωγή της εκτιμώμενης επιφάνειας. Προκειμένου η Kriging προβεί σε μια πρόβλεψη λαμβάνει υπόψη δυο παραμέτρους. Αρχικά να εντοπίσει τον τρόπο με τον οποίο εξαρτώνται τα δεδομένα μεταξύ τους και έπειτα να προβλέψει τις άγνωστες τιμές. Για να πραγματοποιηθούν οι παραπάνω παράμετροι η Kriging δημιουργεί τις συναρτήσεις semivariogram και covarience για να εκτιμήσει την στατιστική εξάρτηση (spatial autocorrelation) των δεδομένων και έπειτα κάνει την πρόβλεψη. Το επόμενο βήμα στην διαδικασία kriging είναι η "τοποθέτηση" ενός μοντέλου κατανομής στα σημεία των δειγμάτων δημιουργώντας έτσι ένα εμπειρικό semivariogram. Η μοντελοποίηση του semivariogram αποτελεί το βήμα κλειδί μεταξύ της χωρικής κατανομής και της χωρικής πρόβλεψης. Για την μοντελοποίηση αυτή η kriging παρέχει τις εξής κατανομές: Spherical. Το μοντέλο αυτό δείχνει μια προοδευτική μείωση της χωρικής αυτοσυσχέτισης των δεδομένων όσο αυξάνεται η απόσταση και απεικονίζεται στο σχήμα 4.2. Σχήμα 4.2 Μοντέλο σφαιρικής κατανομής ( Exponential. Αυτό το μοντέλο (σχήμα 4.3) εφαρμόζεται όταν η χωρική αυτοσυσχέτιση μειώνεται εκθετικά με αυξανόμενη απόσταση αλλά μηδενίζεται μόνο σε μια άπειρη απόσταση. Τα δύο μοντέλα Exponential και Spherical είναι ευρέως διαδεδομένα και χρησιμοποιήθηκαν κατά κόρων στην εργασία αυτή. Σχήμα 4.3 Μοντέλο εκθετικής κατανομής ( Circular 65

82 Gaussian Linear Όμως η μέθοδος kriging για όλη την έρευνα δεν μας έδινε οπτικά και τόσο ευδιάκριτα αποτελέσματα και για αυτό τον λόγο χρησιμοποιήθηκε και η δεύτερη μέθοδος χωρικής παρεμβολής αυτή της Topo to raster. Η Topo to raster (ANUDEM) είναι μια μέθοδος χωρικής παρεμβολής ειδικά σχεδιασμένη για την δημιουργία ψηφιακού μοντέλου υψομέτρων υδρολογικού χαρακτήρα έτσι για την περίπτωση της επιφάνειας της στάθμης του υπόγειου υδροφορέα έλαβε υπόψη ως υψόμετρο την τιμή της μέτρησης του νερού στην θέση αυτή Αποτελέσματα Χωρικής Ανάλυσης Για την Ποσοτική Κατάσταση του Υπόγειου Υδατικού Συστήματος Για την παρούσα διπλωματική εργασία χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις για μία σειρά ετών από το 1980 έως το Στη μελέτη πραγματοποιήθηκαν 3 ομαδοποιήσεις. Η πρώτη ξεκίνησε το 1980 και τελείωσε το 1989, η δεύτερη ξεκίνησε το 1990 και τελείωσε το 1999 ενώ η τελευταία άρχισε το 2000 και έλαβε τέλος το Παρακάτω παρατίθενται οι χάρτες χωρικής παρεμβολής υγρής και ξηρής περιόδου για κάθε χρονοσειρά. 66

83 Κατά την συγκεκριμένη χρονική περίοδο χρησιμοποιήθηκαν 18 σημεία δειγματοληψιών και στην υγρή αλλά και στην ξηρή περίοδο. Για την μέθοδο kriging το μοντέλο της εκθετικής κατανομής ταίριαζε καλύτερα στα δεδομένα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι χάρτες με τις τοποθεσίες των σημείων (σχήμα 4.4.α, 4.5.α) τα διαγράμματα με τις τιμές κάθε μέτρησης (σχήμα 4.4β, 4.5.β) και οι χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.4.γ, 4.4.δ, 4.5.γ 4.5.δ). Σχήμα 4.4.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.5.α Σημεία μετρήσεων Ξηρής περιόδου 67

84 W_Level Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.4.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου W_Level Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.5.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου 68

85 Σχήμα 4.4.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου. Σχήμα 4.4.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου. Σύμφωνα με τους χάρτες 4.4.γ, 4.4.δ για την Υγρή περίοδο τα υψηλά υδραυλικά φορτία παρατηρούνται στο βορειοδυτικό τμήμα και είναι της τάξης των 65 με 70 μέτρων ενώ όσο η υπόγεια ροή κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με μέγιστη πτώση στάθμης να κυμέναται μεταξύ των 30 και 35 μέτρων και σημειώνεται στο νοτιοανατολικό τμήμα της περιοχής μελέτης.. 69

86 Σχήμα 4.5.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου Σχήμα 4.5.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Ξηρής Περιόδου Παρατηρώντας τους χάρτες 4.5.γ, 4.5.δ για την Ξηρή περίοδο εντοπίζουμε υψηλά υδραυλικά φορτία στο βορειοδυτικό τμήμα και είναι της τάξης των 65 με 70 m και όσο η πορεία κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με την μεγαλύτερη πτώση στάθμης να κυμαίνεται μεταξύ των 20 και 25 μέτρων. Υπάρχει μεγάλη συσχέτιση μεταξύ της μεθόδου Kriging και Topo to Raster για την Υγρή και Ξηρή περίοδο για την χωρική κατανομή των υψηλών και των χαμηλών υδραυλικών φορτίων. Κρίνεται αναγκαίο να σημειωθεί όμως πως υπάρχει μία αξιόλογη πτώση των 10 μέτρων της υπόγειας στάθμης ανάμεσα στις 2 περιόδους με την ξηρή όπως αναμενόταν άλλωστε αφού καλύπτει την αρδευτική περίοδο να καταγράφει τα χαμηλότερα επίπεδα. Επιπροσθέτως αξίζει να επισημανθεί πως οι μεταβολές αναφορικά με τα υψηλά υδραυλικά φορτία κυμαίνονται από ελάχιστες έως μηδαμινές 70

87 Κατά την συγκεκριμένη χρονική περίοδο χρησιμοποιήθηκαν 19 σημεία δειγματοληψιών και στην υγρή αλλά και στην ξηρή περίοδο. Για την μέθοδο kriging το μοντέλο της εκθετικής κατανομής ταίριαζε καλύτερα στα δεδομένα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι χάρτες με τις τοποθεσίες των σημείων (σχήμα 4.6.α, 4.7.α) τα διαγράμματα με τις τιμές κάθε μέτρησης (σχήμα 4.6.β, 4.7.β) και οι χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.6.γ, 4.6.δ, 4.7.γ, 4.7.δ). Σχήμα 4.6.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.7.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου 71

88 70,00 W_Level Υγρής Περιόδου ,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Σχήμα 4.6.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου W_Level Ξηρής Περιόδο Σχήμα 4.7.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου 72

89 Σχήμα 4.6.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου. Σχήμα 4.6.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου. Στους χάρτες 4.6.γ, 4.6.δ για την Υγρή περίοδο παρατηρείται ότι τα υψηλά υδραυλικά φορτία καταγράφονται στο βορειοδυτικό τμήμα και είναι της τάξης των 45 με 50 m και όσο η υπόγεια ροή κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με την μεγαλύτερη πτώση στάθμης να κυμαίνεται μεταξύ των 0 και 5 μέτρων και να σημειώνεται στο νοτιοανατολικό τμήμα της περιοχής μελέτης η πτώση στάθμης. 73

90 Σχήμα 4.7.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου. Σχήμα 4.7.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Ξηρής Περιόδου. Παρατηρώντας τους χάρτες 4.7.γ, 4.7,δ για την Ξηρή περίοδο εντοπίζουμε υψηλά υδραυλικά φορτία στο βορειοδυτικό τμήμα και είναι της τάξης των 45 με 50 m και όσο η πορεία κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με την μεγαλύτερη πτώση στάθμης να κυμαίνεται μεταξύ των 0 και 5 μέτρων για την μέθοδο kriging και -30 έως -20 m για την Topo to raster. Δεν υπάρχει καλή συσχέτιση μεταξύ της μεθόδου Kriging και Topo to Raster για την Ξηρή περίοδο ενώ στην υγρή τα αποτελέσματα των μεθόδων ήταν καλύτερα συσχετισμένα για την χωρική κατανομή των υψηλών και των χαμηλών υδραυλικών φορτίων. Κρίνεται αναγκαίο να σημειωθεί όμως πως υπάρχει μία αξιόλογη πτώση των 30 μέτρων της υπόγειας στάθμης ανάμεσα στην υγρή και στην ξηρή περίοδο για την χρονοσειρά Επιπροσθέτως αξίζει να επισημανθεί πως οι μεταβολές αναφορικά με τα υψηλά υδραυλικά φορτία κυμαίνονται από ελάχιστες έως μηδαμινές. Τέλος μεταξύ των χρονοσειρών που έχουν μελετηθεί μέχρι τώρα σημειώνεται μια πτώση στάθμης της τάξης των 30 μέτρων κυρίως στην ξηρή περίοδο. 74

91 Κατά την συγκεκριμένη χρονική περίοδο χρησιμοποιήθηκαν 11 σημεία δειγματοληψιών και στην υγρή αλλά και στην ξηρή περίοδο. Για την μέθοδο kriging το μοντέλο της εκθετικής κατανομής ταίριαζε καλύτερα στα δεδομένα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι χάρτες με τις τοποθεσίες των σημείων (σχήμα 4.8.α, 4.9.α), τα διαγράμματα με τις τιμές κάθε μέτρησης (σχήμα 4.8.β, 4.9.β) και οι χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.8.γ, 4.8,δ, 4.9.γ, 4.9.δ). Σχήμα 4.8.α Σημεία μετρήσεων Υγρής Περιόδου Σχήμα 4.9.α Σημεία μετρήσεων Ξηρής Περιόδου 75

92 60,00 W_Level Υγρής Περιόδου ,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 P6L SR63a PZ15 AG14 SR43 SR31 PZ67 PZ50 PZ7 SR30 AD11 Σχήμα 4.8.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Υγρής Περιόδου 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00-10,00-20,00-30,00 W_Level Ξηρής Περιόδο P6L SR63a PZ15 AG14 SR43 SR31 PZ67 PZ50 PZ7 SR30 AD11 Σχήμα 4.9.β. Διάγραμμα Πηγαδιών με το Απόλυτο υψόμετρο Στάθμης Ξηρής Περιόδου 76

93 Σχήμα 4.8.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Υγρής Περιόδου. Σχήμα 4.8.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου. Στους χάρτες 4.8. γ, 4.8.δ για την Υγρή περίοδο παρατηρείται ότι τα υψηλά υδραυλικά φορτία καταγράφονται στο βόρειο τμήμα και είναι της τάξης των 45 με 50 m και όσο η υπόγεια ροή κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με την μεγαλύτερη πτώση στάθμης να κυμαίνεται μεταξύ των 0 και 5 μέτρων και να σημειώνεται στο νοτιοανατολικό τμήμα της περιοχής μελέτης. 77

94 Σχήμα 4.9.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging Ξηρής Περιόδου. Σχήμα 4.9.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Υγρής Περιόδου. Παρατηρώντας τους χάρτες 4.9.γ, 4.9,δ για την Ξηρή περίοδο εντοπίζουμε υψηλά υδραυλικά φορτία στο βόρειο τμήμα και είναι της τάξης των 60 με 70 m και όσο η πορεία κατευθύνεται νότια το υδραυλικό φορτίο μειώνεται αισθητά με την μεγαλύτερη πτώση στάθμης να κυμαίνεται μεταξύ των -30 με -20 m. Υπάρχει καλή συσχέτιση μεταξύ της μεθόδου Kriging και Topo to Raster για την Υγρή και Ξηρή περίοδο για την χωρική κατανομή των υψηλών και των χαμηλών υδραυλικών φορτίων. Κρίνεται αναγκαίο να σημειωθεί όμως πως υπάρχει μία αξιόλογη πτώση των 30 μέτρων της υπόγειας στάθμης ανάμεσα στην υγρή και στην ξηρή περίοδο για την χρονοσειρά Επιπροσθέτως αξίζει να επισημανθεί πως οι μεταβολές αναφορικά με τα υψηλά υδραυλικά φορτία κυμαίνονται από ελάχιστες έως μηδαμινές. Τέλος, μεταξύ των χρονοσειρών που έχουν μελετηθεί σημειώνεται πτώση στάθμης της τάξης των 30 μέτρων κυρίως στην ξηρή περίοδο μόνο που πλέον καταλαμβάνει περισσότερη έκταση. Στους παρακάτω πίνακες απεικονίζονται συγκεντρωτικά τα σημεία των μετρήσεων και οι τιμές για την στάθμη του Υπόγειου υδροφορέα για την υγρή (Πίνακας 4.1) και ξηρή (Πίνακας 4.2) περίοδο. 78

95 ΠΊΝΑΚΑΣ 4.1 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές για την στάθμη του Υπόγειου υδροφορέα για την Υγρή περίοδο. X_COORD Y_COORD Wells , ,521 P6L 49,252 48,69 48, , LB310 46,566 24, , ,879 SR63a 33,194 24,68 12, , AG17a 54,694 42, , ,321 PZ15 46,035 21,66 8, , ,077 AG14 49,975 38,91 23, , SR43 55,319 45,34 14, , ,94 SR32 63,573 42, , ,775 SR31 56,048 36,82 20, , PZ67 51,823 44,97 43, , , , , , ,344 SR66 43,522 32, , PZ50 54,26 52,33 51, , P17L 69,537 57, , ,765 PZ7 50,852 49,19 45, , ,09 SR30 73,705 52,66 24, , ,726 AD11 57,436 42,44 29, , ,742 PZ68 73,913 63,47-79

96 ΠΊΝΑΚΑΣ 4.2 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές για την στάθμη του Υπόγειου υδροφορέα για την Ξηρή περίοδο. X Y Πηγάδια , ,521 P6L 48,26 48,11 48, , LB310 37,79 16, , ,879 SR63a 23,49 3,95-3, , AG17a 49,85 30, , ,321 PZ15 30,94-17,54-22, , ,077 AG14 40,71 27,88 21, , SR43 53,27 22,49 11, , ,94 SR32 57,79 9, , ,775 SR31 40,80 16,23 7, , PZ67 50,12 40,73 39, , , ,14 35, , ,344 SR66 30,84 22, , PZ50 53,52 51,92 50, , P17L 67,01 58, , ,765 PZ7 44,59 35,63 31, , ,09 SR30 68,60 44,21 13, , ,726 AD11 45,47 21,82 12, , ,742 PZ68 67,63 57,78 - Γενικότερα παρατηρούμε μια πτώση της στάθμης με το πέρας των ετών τόσο στην ξηρή περίοδο (μεγαλύτερες πτώσεις) όσο και στην υγρή. Από τους χάρτες χωρικής παρεμβολής παρατηρούμε ταπείνωση κυρίως στο νοτιοανατολικό τμήμα της λεκάνης της λίμνης, όμως με το πέρας των ετών η ταπείνωση αυτή εμφανίζεται και στο κεντρικό τμήμα της περιοχής με τιμές να φτάνουν ακόμα και τα -30 και -40 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. 4.3 Εκτίμησης Ποιοτικής Κατάστασης στον Υπόγειο Υδροφορέα Με τον όρο ποιοτική ανάλυση εννοούμε την ανάλυση σε επίπεδο λεκάνης απορροής διαφόρων ενώσεων όπως τα νιτρικά (ΝΟ3) και τα χλώρια (CL). Η επιλογή αυτών των ενώσεων έγινε με γνώμονα την επικινδυνότητα της ύπαρξης τους στα υπόγεια ύδατα της Κάρλας. Οι ενώσεις αυτές υποσκάπτουν την ποιότητα των υπόγειων υδάτων προκαλώντας σοβαρά προβλήματα στους τελικούς αποδέκτες που είναι ο άνθρωπος. 80

97 4.3.1 Χωρική και Γεωστατιστική Ανάλυση 1. Νιτρικά (ΝΟ3) Η ανάλυση έγινε για την χρονοσειρά και παρακάτω βρίσκονται οι σχετικοί χάρτες χωρικής παρεμβολής που παρουσιάζουν την κατανομή των νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα. Για την χωρική παρεμβολή χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι kriging, topo to raster καθώς και για την γεωστατιστική η probability kriging μέσω του geostatistical wizard και έχουμε τα εξής αποτελέσματα. Επίσης για τις χρονιές 2009, 2010, 2011, 2012 δεν υπήρχαν μετρήσεις οπότε δεν καταστρώθηκαν οι αντίστοιχοι χάρτες. Κατά την γεωστατιστική ανάλυση probability kriging τίθεται μία τιμή ως όριο (Threshold Value). Οι τιμές που βρίσκονται κάτω από το όριο (μ) λαμβάνουν την τιμή 0 και αντίστοιχα όσες υπερβαίνουν το όριο την τιμή 1, έτσι όλες οι μετρήσεις εκφράζονται πλέον σε δυαδικό σύστημα μηδέν (0) και ένα (1) (σχήμα 4.10 Μετατροπή των μετρήσεων σε δυαδικό σύστημα). Με το πέρας της διαδικασίας η κάθε μέτρηση αποκτά ένα σφάλμα ε(s) αναλόγως με το πόσο κοντά βρισκόταν στο όριο. Τελικά παρουσιάζεται ένας πιθανολογικός χάρτης πρόβλεψης που μας πληροφορεί για την πιθανότητα εμφάνισης της τιμής του ορίου συγκριτικά με τον δείκτη πρόβλεψης (Indicator prediction) που εμφανίζεται ως κλάσεις στον χάρτη με το πέρας της διαδικασίας. Για την δημιουργία ενός σωστού χάρτη πρόβλεψης ακολουθούνται τα εξής βήματα: Βήμα 1ο: Εισαγωγή σωστών δεδομένων με βάση τις ανάγκες της μελέτης. Εισαγωγή ενός ορίου (στην περίπτωση των νιτρικών τα 25 mg/l) (σχήμα 4.11.α). Βήμα 2ο: Επιλογή βέλτιστου μοντέλου για τα δεδομένα αλλά και την χρήση των semivariograms ή covariances, μαθηματικά μοντέλα που εκφράζουν την αυτοσυσχέτιση των δεδομένων (σχήμα 4.11.β). Βήμα 3ο: Αναζήτηση και επιλογή των κατάλληλων γειτόνων (Maximum, Minimum neighbors) με βάση τον τύπο του τομέα (sector) που επιλέγεται(1, 4, 4 with 45 o offset, 8) (σχήμα 4.11.γ). Βήμα 4ο: Έλεγχος στατιστικών στοιχείων που προκύπτουν από την cross validation (σχήμα 4.11.δ). 81

98 a) Μέσω σφάλμα. Το μέσο σφάλμα υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: (4.1) Κατά τον υπολογισμό του μέσου σφάλματος υπολογίζονται οι υψηλές θετικές ή αρνητικές τιμές πράγμα που δηλώνει την ύπαρξη συστηματικού σφάλματος που οδηγώντας σε μεγάλα ποσοστά ανακρίβειας. b) Ρίζα του Μέσου Τετραγωνικού Σφάλματος Το RMSE υπολογίζεται από σχέση (4.2) Το RMSE είναι σε θέση να υπολογίσει το πόσο ακριβείς είναι η εκτίμηση. Αυτό συμβαίνει διότι τα σφάλματα είναι υψωμένα στο τετράγωνο χωρίς να συμπεριλαμβάνεται η απόλυτη τιμή, ενώ το RMSE δίνει μεγαλύτερη βάση μεγαλύτερα σφάλματα. Σχήμα 4.10 Μετατροπή των μετρήσεων σε δυαδικό σύστημα 82

99 1995 Για το έτος 1995 εφαρμόστηκαν οι τρείς μέθοδοι χωρικής παρεμβολής. Οι μετρήσεις στο σύνολο τους ήταν 9 και στην μέθοδο kriging εφάρμοζε καλύτερα η εκθετική κατανομή. Παρακάτω παρουσιάζονται οι τρεις χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.11.β, 4.11.γ, 4.11.δ) ο χάρτης με τα σημεία των μετρήσεων (σχήμα 4.12.α), ενώ για την probability kriging απεικονίζεται με η διαδικασία που προαναφέρθηκε. Σχήμα 4.11.α Βήμα 1ο Επιλογή τύπου kriging και threshold value 83

100 Σχήμα 4.11.β Βήμα 2ο Επιλογή κατάλληλου μοντέλου αυτοσυσχέτισης και μοντέλου κατανομής των δεδομένων Σχήμα 4.11.γ Βήμα 3ο Αναζήτηση γειτόνων και κατάλληλου τύπου τομέα. 84

101 Σχήμα 4.11.δ Βήμα 4ο Αποτελέσματα της cross validation Σχήμα 4.11.ε Συνοπτική αναφορά των δεδομένων της μεθόδου που ακολουθήθηκε 85

102 Σχήμα 4.12.α Σημεία μετρήσεων νιτρικών

103 Σχήμα 4.12.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 1995 Σχήμα 4.12.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 1995 Σχήμα 4.12.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging

104 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονία 1995 η μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών (40 με 50 mg/lt) παρουσιάζονται κεντρικά και δυτικά της περιοχής μελέτης. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις επίσης στο κεντρικό και δυτικό τμήμα. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Από τον πιθανολογικό χάρτη της γεωστατιστικής ανάλυσης παρατηρούμε μια αυξημένη πιθανότητα εμφάνισης του ορίου που θέσαμε (25 mg/l) στο νοτιότερο τμήμα της περιοχής μελέτης γεγονός που έρχεται να επαληθέψει τους άλλους δύο πίνακες. Ο πιθανολογικός χάρτης παρουσίασε σχετικά ικανοποιητικά στατιστικά στοιχεία με την τιμή του mean error να βρίσκεται κοντά στο μηδέν και την τιμή του root mean square (rms) κοντά στο 0,52 ( ιδανική = 1). Ως αποτέλεσμα και οι τρεις χάρτες θα μπορούσαν να ληφθούν υπόψη για την κατανόηση της χωρικής κατανομής της συγκέντρωσης των νιτρικών για το έτος Για τα έτη 1996 έως 1999 χρησιμοποιήθηκαν 17 στο σύνολο μετρήσεις για κάθε χρονιά. Παρακάτω βρίσκονται οι χάρτες πρόβλεψης, (σχήμα 4.13.α, 4.13,β 4.13.γ) (σχήμα 4.14.α, 4.14,β 4.14.γ), (σχήμα 4.15.α, 4.15,β), (σχήμα 4.16.α, 4.16,β 4.16.γ) και με τους τρείς τρόπους όπου αυτό ήταν δυνατό να συμβεί και έχουμε τα εξής αποτελέσματα. 88

105 Σχήμα 4.13.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 1996 Σχήμα 4.13.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 1996 Σχήμα 4.13.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging

106 Σχήμα 4.14.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 1997 Σχήμα 4.14.β Χάρτης χωρικής Topo to raster 1997 Σχήμα 4.14.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging

107 Σχήμα 4.15.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 1998 Σχήμα 4.15.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 1998 Σχήμα 4.16.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 1999 Σχήμα 4.16.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster

108 Σχήμα 4.16.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging 1999 Στους χάρτες χωρικής παρεμβολής για την περίοδο οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών και για τις δύο μεθόδους παρουσιάζονται κεντρικά και δυτικά της περιοχής μελέτης πράγμα που δηλώνει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων με συγκεντρώσεις της τάξης των 35 με 50 mg/l ενώ όσο η ροή κατευθυνόταν νότια το φαινόμενο της νιτρορύπανσης ελαττωνόταν. Παρατηρώντας τους χάρτες χωρικής παρεμβολής βλέπουμε σχετικά ικανοποιητικά αποτελέσματα και από τις τρείς μεθόδους με τις τιμές των στατιστικά στοιχείων να παρατίθενται στον παρακάνω πίνακα (4.3) για τους πιθανολογικούς χάρτες. Για το έτος 1998 το εργαλείο geostatistical wizard δεν μας πληροφορούσε με σωστές εκτιμήσεις και για αυτό δεν παρουσιάζεται ο σχετικός χάρτης. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.3 Στατιστικά αποτελέσματα για τους πιθανολογικούς χάρτες Probability Map Roοt mean square 0,54 0,5 0,55 Mean error 0,006 0,028 0, Κατά το χρονικό διάστημα αυτό έγινε χωρική παρεμβολή για όλες τις χρονιές εκτός των 2001, 2002, 2003 καθώς οι μετρήσεις στην λεκάνη απορροής δεν είναι επαρκής για να μας δώσουν σωστές πληροφορίες. Έτσι παρακάτω παρατίθενται οι χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.17.α, 4.17,β 4.17.γ), (σχήμα 4.21.β, 4.21,γ 4.22.β, 4.22.γ) και οι χάρτες με τα σημεία (σχήμα 4.18, 4.19, 4.20, 4.21.α, 4.22,α). 92

109 Σχήμα 4.17.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2000 Σχήμα 4.17.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2000 Σχήμα 4.17.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging

110 Σχήμα 4.18 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών 2001 Σχήμα 4.19 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών 2002 Σχήμα 4.20 Σημεία Μετρήσεων νιτρικών

111 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.4 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές των νιτρικών (mg/lt) στο Υπόγειου υδροφορέα για τα έτη X_COORD Y_COORD Wells , ,41 AD9 37,20 18,6 18, , ,90 B12 18,60 24,8 24, , ,18 B2 5, , ,49 G1 7,48 8,8 7, , ,20 G10 21,70 14,96 10, , ,27 G2 12, , ,44 G3 14,96 11,44 15, , ,59 G4 7,48 21,12 18, , ,81 G5 7,92 8,8 5, , ,46 G6 13,20 8,36 5, , ,64 G7 17,16 28,6 15, , ,24 G8 9, , ,36 G9 15,84 14,96 13, , ,50 08/G , ,00 BLG1-15,5 15,5 Σχήμα 4.21.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών

112 Σχήμα 4.22.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών 2005 Σχήμα 4.21.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2004 Σχήμα 4.21.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster

113 Παρατηρώντας τους χάρτες 4.21.β 4.21.γ για την χρονιά 2004 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται κεντρικά και ανατολικά της περιοχής μελέτης με συγκεντώσεις των νιτρικών να είναι μεταξύ των mg/lt και για τους δύο τρόπους παρεμβολή, επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Σχήμα 4.22.β Χάρτης παρεμβολής Kriging 2005 Σχήμα 4.22.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2005 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονιά 2005 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται σε πολλά σημεία της περιοχής μελέτης σε μικρή έκταση κυρίως κεντρικά και νότια. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο βόρειο τμήμα και νότια της περιοχής και δεν υπάρχει τόσο καλή συσχέτιση με τον χάρτη Kriging. Όσων αφορά την Probability kriging η μέθοδος δεν ήταν σε θέση να παρουσιάσει σωστά αποτελέσματα στα έτη ενώ για το έτος 2000 ακόμη και αν παρουσίασε τα καλύτερα στατιστικά στοιχεία μέχρι τώρα (R.M.S. 0,62, M.E. 0,004) οπτικά η εικόνα δεν είναι ικανοποιητική. Σε αυτό συμβάλει ο αριθμός των μετρήσεων που εισέρχονται ως δεδομένα. Ένας μεγαλύτερος αλλά και καλύτερα κατανεμημένος αριθμός δειγμάτων θα μας έδινε ορθότερη εικόνα πρόβλεψης για την συγκέντρωση. 97

114 Και εδώ πραγματοποιείται χωρική παρεμβολή για την χρονική περίοδο 2006 έως Όπως έχει αναφερθεί τα έτη 2009, 10, 11,12 δεν παρουσίαζαν μετρήσεις στην λεκάνη. Τα αποτελέσματα της μεθόδου βρίσκονται στους παρακάτω χάρτες χωρικής ανάλυσης. Σχήμα 4.23.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών 2006 Σχήμα 4.24.α Σημεία Μετρήσεων νιτρικών

115 Σχήμα 4.23.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Σχήμα 4.23.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2006 Σχήμα 4.24.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Σχήμα 4.24.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster Kriging

116 Παρατηρώντας τους χάρτες χωρικής παρεμβολής οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται βόρεια και ανατολικά της περιοχής μελέτης με τιμές νιτρικών να κυμαίνονται μεταξύ των 40 με 50 mg/ και για τα δυο εργαλεία χωρικής παρεμβολής επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Σχήμα 4.25.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2008 Σχήμα 4.25.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2008 Στους χάρτες χωρικής παρεμβολής 425.α και 4.25.β για την χρονιά 2013 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται νοτιοδυτικά της περιοχής μελέτης και για τις δυο μεθόδουςσημειώνοντας μεγάλες τιμές ρύπανσης λόγω νιτρικών (40-50 mg/lt), επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. 100

117 Σχήμα 4.26.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2013 Σχήμα 4.26.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2013 Σχήμα 4.26γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging

118 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονιά 2013 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται κεντρικά της περιοχής μελέτης. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο κεντρικό τμήμα. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Στον Probabilitity map παρατηρούμε επίσης υψηλές συγκεντρώσεις στο κεντρικό τμήμα της περιοχής. Σχήμα 4.27.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2014 Σχήμα 4.27.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging 2014 Παρατηρώντας του χάρτες χωρικής παρεμβολής 4.27.α και 4.27.β για την χρονιά 2014 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται κεντρικά και ανατολικά της περιοχής μελέτης τόσο για την Κriging όσο και για την Topo to Raster επομένως, υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων. Οι μέγιστες συγκεντρώσεις νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα ήταν της τάξης των 45 με 50 mg/lt 102

119 Σχήμα 4.28.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2015 Σχήμα 4.28.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2015 Στους χάρτες 4.28.α και 4.28.β Σύμφωνα για την χρονιά 2015 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις νιτρικών παρουσιάζονται κεντρικά και βόρεια της περιοχής μελέτης και για τις δυο μεθόδους, επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ αυτών. Τέλος συγκρίνοντας και τις τρείς μεθόδους για τα έτη παρατηρούμε κατά ένα μεγάλο βαθμό τα ίδια αποτελέσματα για τις συγκεντρώσεις των νιτρικών στην λεκάνη απορροής της λίμνης. Οι μέθοδοι kriging και Τopo to raster εμφανίζουν πιο αποδεκτά αποτελέσματα όσων αφορά την υφιστάμενη κατάσταση ενώ η μέθοδος Probability Kriging ακόμη και αν χρησιμοποιεί περισσότερα εργαλεία για την κατανόηση και την ορθότερη χρήση των δεδομένων για καλύτερα αποτελέσματα αρκετές φορές δεν ήταν σε θέση να παρουσιάσει χάρτες που θα βοηθήσουν στην κατανόηση του χωρικού φαινομένου. Σε αυτό συμβάλει το γεγονός πως τα δεδομένα είτε δεν ήταν αρκετά είτε οι τιμές των μετρήσεων σε πολύ κοντινές αποστάσεις να εμφανίζουν απότομες διαφορές καθιστώντας έτσι δύσκολη την πρόβλεψη των υπολοίπων (δημιουργία μεγάλων σφαλμάτων πρόβλεψης). Ως γενικότερο συμπέρασμα από την έρευνα που αφορά τα νιτρικά η λεκάνη κατά ένα μεγάλο ποσοστό (60-65%) εμφανίζει 103

120 τιμές πάνω από 25 mg/l. Η μακροχρόνια πόση και χρήση νερού με συγκέντρωση πάνω από 25mg/l μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα στους ζώντες οργανισμούς, ενώ υπήρχαν χρονιές στις οποίες παρατηρήθηκαν συγκεντρώσεις κοντά και πιο σπάνια μεγαλύτερες των 50 mg/l με το πέρας των ετών (σύγκριση πχ 2005 με 2015). Υγρή - Ξηρή Περίοδος Ακόμη για μια πιο λεπτομερής μελέτη των νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα της λίμνης πραγματοποιήθηκε ανάλυση μεταξύ Υγρής και Ξηρής περιόδου για τις χρονιές όπου είχαμε την πιο αξιόπιστη καταγραφή δειγματοληψιών, Η υγρή περίοδος ξεκίνα από την 1/10 και τελειώνει 30/4 και αντιστοίχως η ξηρή περίοδος διαρκεί από 1/5 έως 30/9. Παρακάτω καταστρώθηκαν οι αντίστοιχοι χάρτες της χωρική παρεμβολής αλλά και οι διαφορές τους. Για την κατασκευή του χάρτη διαφορών χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο raster calculator διαμέσου της εργαλειοθήκης Map algebra του ArcMap ένα εργαλείο το οποίο είναι σε θέση να κάνει πράξεις μεταξύ των raster αρχείων που χρησιμοποιούμε για την παραγωγή των χαρτών. Έτσι χρησιμοποιώντας την εξίσωση του ποσοστού μεταβολής μια τιμής πριν και μετά "(τελική-αρχική)/(αρχική)" στο εργαλείο raster calculator προκύπτει ο χάρτης διαφορών μεταξύ υγρής και ξηρής περιόδου. Για τους χάρτες χωρικής παρεμβολής (σχήμα 4.29.α, 4.29.β) χρησιμοποιήθηκε κατά κόρων η μέθοδος kriging με την εκθετική κατανομή να εφαρμόζεται καλύτερα και όταν αυτή δεν έδινε ορθά αποτελέσματα επιλέχθηκε η topo to raster. 104

121 Σχήμα 4.29.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Ξηρή Σχήμα 4.29.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρή Σχήμα 4.29.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

122 Σχήμα 4.30.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Ξηρή Σχήμα 4.30.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρή Σχήμα 4.30.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

123 Σχήμα 4.31.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Ξηρή Σχήμα 4.31.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2007 Υγρή Σχήμα 4.31.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

124 Σχήμα 4.32.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2008 Ξηρή Σχήμα 4.32.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2008 Υγρή Σχήμα 4.32.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

125 Οι χρωματικές διαφορές στους χάρτες (σχήμα 4.29.γ, 4.30.γ, 4.31.γ, 4.32.γ) μας δηλώνουν κατά πόσο έχει αλλάξει η τιμή των νιτρικών σε σχέση με την αρχική. Στην ανάλυση αύτη επιλέξαμε ως αρχικές τιμές τις τιμές που ανήκουν στην ξηρή περίοδο ενώ ως τελικές τις τιμές της υγρής περιόδου. Οι αρνητικές τιμές στους χάρτες διαφορών δηλώνουν πως σε εκείνη την περιοχή οι τελικές τιμές των νιτρικών (υγρή περίοδος) ήταν μικρότερες από τις αρχικές (ξηρή περίοδος). Οι μεγαλύτερες διαφορές παρατηρήθηκαν το 2006 και 2007, στις οποίες είχαμε και τα περισσότερα δείγματα. 2. Χλωριόντα (CL) Η ανάλυση της συγκέντρωσης των χλωρίων έγινε για το χρονικό διάστημα μέσω χωρικής παρεμβολής. Για την χωρική παρεμβολή χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος kriging και topo to raster. Παρακάτω παρατίθενται οι χάρτες με την κατανομή των συγκεντρώσεων για την περιοχή μελέτης. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος Probability kriging μέσω του geostatistical analyst με τιμή ορίου τα 250 mg/l και όπως στην περίπτωση των νιτρικών έγινε και μία ανάλυση υγρής-ξηρής περιόδου για τα έτη 2005, 2006, 2007 παρουσιάζοντας έτσι και τους χάρτες με τις διαφορές Κατά την χρονική διάρκεια 1997 μέχρι 2003 οι χάρτες πρόβλεψης δεν ήταν ικανοποιητικοί. Πιο συγκεκριμένα τα έτη 1997, 1998, 1999, 2001 περιείχαν πολύ λίγα σημεία μετρήσεων και πολλά από αυτά εντοπίζονταν κυρίως στο νοτιοανατολικό τμήμα τη λεκάνης καθιστώντας έτσι δύσκολο το έργο της εκτίμησης των συγκεντρώσεων του χλωρίου. Τα έτη 2000 και 2002 είχαν δύο με τρία σημεία παραπάνω όμως οι χάρτες που προέκυψαν δεν μπορούν να αποτελέσουν πηγή πληροφοριών για την συγκέντρωση των χλωριόντων για αυτό δεν παρουσιάζονται. Οι τιμές των συγκεντρώσεων των χλωριόντων για τα έτη παρατίθενται στον πίνακα 4.5παρουσιάζοντας μια εικόνα για την κατάσταση του υπόγειου υδροφορέα στα σημεία εκείνα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι χάρτες με τις θέσεις των σημείων (σχήμα 4.33, 4.34, 4.35, 4.36, 4.37) για κάθε χρονιά και οι χάρτες χωρικής παρεμβολής των ετών 2000 (σχήμα 4.37.β, 4.37.γ), 2002 (σχήμα 4.38.β) και 2003 (σχήμα 4.39.β). 109

126 Σχήμα 4.33 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 1997 Σχήμα 4.34 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 1998 Σχήμα 4.35 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 1999 Σχήμα 4.36 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων

127 Σχήμα 4.37 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 2000 Σχήμα 4.38 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων

128 Σχήμα 4.39 Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 2003 ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5 Τα σημεία μετρήσεων και οι τιμές των χλωριόντων (mg/lt) στο Υπόγειου υδροφορέα για τα έτη X_COORD Y_COORD Wells , , FI 44, , ,05 SR61 4,20 3,90-4,00 3,48 624,3 142, , ,47 TOEB 1,40 4,50-35,60 26,28 853,7 62, , ,19 G1-1,20 1,00 0,70-35,8 36, , ,48 G2-0,60 0,60 0,60-19, , ,84 G3-2,80 4,20 0,85-31,9 33, , ,10 T ,20 8,88 7,10 5,92 5 4, , ,57 G ,00 1, , , ,00 AD ,25 310,7 257, , ,50 B ,80 347,03 349,8 386, , ,50 B ,80 92,2 170,2 165, , ,50 08/G ,76 15, , ,00 BLG ,6 15, Για τις χρονιές 2004 έως 2007 πραγματοποιήθηκε χωρική παρεμβολή με όλα τα εργαλεία που έχουν αναφερθεί. Στο 2004 είχαμε 18 σημεία δειγματοληψιών, στο , στο και στο

129 Σχήμα 4.40.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 2004 Σχήμα 4.41.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 2005 Σχήμα 4.42.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων 2006 Σχήμα 4.43.α Σημεία Μετρήσεων Χλωρίων

130 Σχήμα 4.40.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging 2004 Σχήμα 4.40.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2004 Σχήμα 4.40.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability Kriging

131 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονιά 2004 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται βόρεια και νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης με συγκεντρώσεις της τάξης των mg/lt. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο κεντρικό και νοτιοανατολικό τμήμα, ενώ από τον πιθανολογικό χάρτη μεγαλύτερε συγκεντρώσεις εντοπίζονται στο κεντρικό τμήμα. Υπάρχει διαφοροποίηση μεταξύ των τριών μεθόδων. Σχήμα 4.41.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging 2005 Σχήμα 4.41.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2005 Παρατηρώντας του χάρτες 4.41.β και 4.41.γ για την χρονιά 2005 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης με συγκεντρώσεις να είναι της τάξης των mg/lt για την Kriging ενώ Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο κεντρικό και νοτιοανατολικό τμήμα, επομένως υπάρχει διαφοροποίηση μεταξύ των δύο μεθόδων. 115

132 Σχήμα 4.42.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging 2006 Σχήμα 4.42.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2006 Σχήμα 4.42.δ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging

133 Από τους χάρτες χωρικής παρεμβολής για την χρονιά 2006 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται κεντρικά και νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης και για τις τρεις μεθόδους, επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των τριών μεθόδων. Σχήμα 4.43.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging 2007 Σχήμα 4.43.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2007 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονιά 2007 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται βορειοδυτικά και νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο βορειοδυτικό και νοτιοανατολικό τμήμα. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δυο μεθόδων. Οι πιθανολογικοί χάρτες είχαν σχετικά καλά στατιστικά στοιχεία αλλά όχι τόσο ευδιάκριτα αποτελέσματα όσο αφορά την διακύμανση της συγκέντρωσης των χλωρίων. Στη μέθοδο πρωταγωνιστούσε για άλλη μια φορά η εκθετική κατανομή των Semivariogram. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5 Στατιστικά αποτελέσματα για τους πιθανολογικούς χάρτες 2004,2006 Probability Map R.M.S 0,50 0,55 M.E. 0,01 0,002 Kriging 117

134 Τέλος για την χρονική περίοδο έγινε χωρική παρεμβολή με όλους τις μεθόδου και είχαμε τα εξής αποτελέσματα. Σχήμα 4.44.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής kriging 2008 Σχήμα 4.44.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2008 Παρατηρώντας του χάρτες χωρικής παρεμβολής για την χρονιά 2008 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης και για τις δυο μεθόδους με τις τιμές των χλωριόντων κυμαίνονται μεταξύ των 175 έως 250 mg/lt, επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δυο μεθόδων. 118

135 Σχήμα 4.44.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2013 Σχήμα 4.44.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging 2013 H μέθοδος Kriging για την χρονιά 2013 δεν έδινε αποδεκτά αποτελέσματα. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο βορειοανατολικό κα νοτιοανατολικό τμήμα. Ο πιθανολογικός χάρτης παρουσιάζει παρόμοια αποτελέσματα. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δυο μεθόδων. 119

136 Σχήμα 4.45.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2014 Σχήμα 4.45.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2014 Σχήμα 4.45.γ Χάρτης χωρικής παρεμβολής Probability kriging

137 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για την χρονιά 2014 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται βορειοδυτικά και νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης. Η μέθοδος Topo to Raster παρουσιάζει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις στο βορειοανατολικό και νοτιοανατολικό τμήμα, ενώ ο πιθανολογικός χάρτης στο βορειοδυτικό και νοτιοανατολικό τμήμα Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των μεθόδων kriging και probability kriging αλλά διαφοροποίηση σε σχέση με την Topo to raster. Σχήμα 4.46.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2015 Σχήμα 4.46.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Topo to raster 2015 Από τους χάρτες 4.46.α και 4.46.β για την χρονιά 2015 οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται νότια της περιοχής μελέτη τόσο για την Kriging όσο και για την Τopo to Raster, επομένως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των δυο μεθόδων. 121

138 Εν κατακλείδι, ως γενικότερο συμπέρασμα από την έρευνα για την συγκέντρωση των χλωριόντων στην λεκάνη απορροής για την λίμνη Κάρλα προέκυψε ένας μη επαρκής αριθμός χαρτών με αποδεκτά αποτελέσματα. Αυτό συνέβη διότι σε πολλές από τις χρονιές που μελετήθηκαν δεν υπήρχαν επαρκή σημεία για την χωρική παρεμβολή παρά μόνο τις χρονιές 2005, 2006, Ως η πιο αδύναμη μέθοδος κρίθηκε η probability Κriging καθώς πολλές φορές δεν ήταν σε θέση να παρουσιάσει είτε ικανοποιητικό χάρτη είτε ικανοποιητικά στατιστικά στοιχεία. Από την μελέτη των συγκεντρώσεων του χλωρίου παρατηρήσαμε πως οι επικρατέστερες τιμές των συγκεντρώσεων ήταν κοντά στα mg/l. Όμως μεμονωμένες περιπτώσεις παρατηρήθηκαν και σημεία με συγκέντρωση πάνω από 1000 mg/l. Υγρή - Ξηρή Περίοδος Για την περίπτωσης της υγρής ξηρής περιόδου χρησιμοποιήθηκαν οι μετρήσεις των ετών 2005, 2006, 2007 βγάζοντας τους χάρτες χωρικής παρεμβολής και τις αντίστοιχες διαφορές τους. 122

139 Σχήμα 4.47.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Ξηρής Σχήμα 4.47.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2005 Υγρής Σχήμα 4.47.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

140 Σχήμα 4.48.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Ξηρής Σχήμα 4.48.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2006 Υγρής Σχήμα 4.48.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

141 Σχήμα 4.49.α Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Ξηρής Σχήμα 4.49.β Χάρτης χωρικής παρεμβολής Kriging 2007 Υγρής Σχήμα 4.49.γ Χάρτης διαφορών Υγρής Ξηρής Περιόδου

142 Σύμφωνα με τη μέθοδο Kriging για τις χρόνιες οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις χλωρίων παρουσιάζονται νότια και νοτιοανατολικά της περιοχής μελέτης για την υγρή και την ξηρή περίοδο ενώ για την χρονιά 2007 η μέθοδος Kriging έδειξε υψηλές συγκεντρώσεις χλωρίων στο κεντρικό και στο νότιο τμήμα. Από τους χάρτες διαφορών παρατηρούμε ότι οι διαφορές υγρής ξηρής περιόδου εντοπίζονται σε όλο το μήκος της λεκάνης και οι μεγαλύτερες στο κεντρικό τμήμα της. 126

143 Κεφάλαιο 5 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ ΑΠΟ ΝΙΤΡΙΚΑ Όπως έχει αναφερθεί και στα παραπάνω κεφάλαια, πολλές γεωργικές περιοχές αντιμετωπίζουν σοβαρά προβλήματα νιτρορύπανσης των υπόγειων υδατικών συστημάτων. Σύμφωνα με το ΦΕΚ 1575/Β/ του άρθρου 2 οι περιοχές που χαρακτηρίζονται ως ευπρόσβλητες ζώνες ρύπανσης νιτρικών αλάτων γεωργικής προέλευσης, διακρίνονται : 1. Τα νερά του Πηνειού ποταμού. 2. Τα υπόγεια νερά των περιοχών : α. Θεσσαλικού Πεδίου β. Κωπαϊδικού Πεδίου γ. Αργολικού Πεδίου δ. Λεκάνω Πηνιού Ηλείας. 3. Τα νερά Παγασητικού κόλπου Το Θεσσαλικό Πεδίο συνιστά μία από τις πιο επιβαρυμένες περιοχές λόγω της ανεξέλεκτης εφαρμογής αζωτούχων λιπασμάτων και επομένως κρίνεται απαραίτητη η μελέτη διαφόρων διαχειριστικών σεναρίων για την διερεύνηση του προβλήματος της νιτρορύπανσης και τρόπων αντιμετώπισης. 5.1 Κατείσδυση των νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα Τα νιτρικά ως ρυπαντής χαρακτηρίζεται ως συντηρητικός ρύπος με μεγάλη κινητικότητα και είναι ιδιαίτερα ευδιάλυτος στο νερό. Επομένως για να γίνει μία μελέτη της έκπλυσης των νιτρικών στον υπόγειο υδροφορέα καθίσταται απαραίτητος ο υπολογισμός της παραμέτρου της κατείσδυσης για το σύνολο όλων των καλλιεργειών. Κατά τη χρονική διάρκεια ενός έτους η ποσοστιαία κατανομή των νιτρικών μηνιαίως παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα: 127

144 ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1 Ετήσια ποσοστιαία κατανομή των νιτρικών (Υδρομέντωρ 2015) Σύμφωνα με μία μελέτη του Shamrukh M. και συνεργάτες (2000) απεδείχθη ότι το 30% με 50% της συνολικής ποσότητας των νιτρικών που εφαρμόζεται στις καλλιεργούμενες εκτάσεις είναι πιθανό να κατεισδύσουν στον υπόγειο υδροφορέα. Ακόμη, οι Burkart και Stoner (2007) επισημαίνουν πως κατά την διαδικασία της απονιτροποίησης μπορεί να αφαιρεθεί έως και το 50% των νιτρικών από τις ρίζες των φυτών. Στην Ελλάδα, οι Σιάρκος και συνεργάτες κατέληξαν στο ποσοστό του 40% των νιτρικών που διαφεύγουν από το εδαφικό στο υπόγειο υδατικό σύστημα, σε μία έρευνα που ασχολήθηκε με το υπόγειο υδατικό δυναμικό των Νέων Μουδανιών (2013). Το συγκεκριμένο ποσοστό υιοθετήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας για τη μελέτη της έκπλυσης των νιτρικών. Για τον υπολογισμό του συνολικού φορτίου έκπλυσης των νιτρικών (mg/l) στον υπόγειο υδροφορέα εφαρμόστηκε η παρακάτω εξίσωση (Σιδηρόπουλος, κ.α. 2018, Υδρομέντωρ 2015): (5.1) Η εξίσωση λαμβάνει υπόψιν τη φόρτιση των νιτρικών, την επιφανειακή κατείσδυση και τέλος την έκταση της καλλιεργούμενης περιοχής. Η φόρτιση των νιτρικών προέρχεται από βιβλιογραφικές αναφορές, η έκταση της καλλιεργούμενης έκτασης προέρχεται από το Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης Εκμεταλλεύσεων (ΟΣΔΕ) το οποίο διαχειρίζεται ο Ο.Π.Ε.Κ.Ε.Π.Ε. Τέλος, ο υπολογισμός του ποσοστού του νερού που κατευθύνεται προς τον υπόγειο (κατείσδυση) εκτιμήθηκε με τη χρήση του επιφανειακού μοντέλου UTHBAL. 128

145 5.2 Μαθηματικό ομοίωμα επιφανειακής υδρολογίας (UTHBAL) Το μαθηματικό ομοίωμα της επιφανειακής υδρολογίας αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας για την προσομοίωση της επιφανειακής απορροής. Το λογισμικό χρησιμοποιεί ως δεδομένα εισόδου την μέση, μέση μηνιαία επιφανειακή βροχόπτωση, επιφανειακή μηνιαία θερμοκρασία και μέση μηνιαία εξατμυσοδιαπνοή. Ως αποτέλεσμα της προσομοίωσης είναι και ο υπολογισμός του επιφανειακού υδατικού ισοζυγίου. Το UTHBAL εφαρμόστηκε επιτυχώς σε αγροτικές λεκάνες απορροής όπως της Κύπρου, στην Κρήτη, στη Θεσσαλία και του Νέστου ποταμού (Σιδηρόπουλος 2014). Επιπροσθέτως, το μοντέλο έχει εφαρμοστεί για την αξιολόγηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής (Τζαμπίρας κ.α. 2016). Για τη λειτουργία του μοντέλου χρησιμοποιούνται 6 βασικοί παράμετροι : 100) α συντελεστής πραγματικής εξατμισοδιαπνοής (από 0 έως 1) β συντελεστής ενδιάμεσης απορροής (από 0 έως 1) γ συντελεστής βασικής απορροής (από 0 έως 1) Κ συντελεστής κατείσδυσης (από 0 έως 1) CN το Curve Number της Soil Conservation Method (SCS, 1972) (από 0 έως Cm δυνητική μηνιαία τήξη χιονιού Σχήμα 5.1 Λογικό διάγραμμα του μοντέλου UTHBAL (Σιδηρόπουλος 2014) 129