«ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΗΣ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗΣ ΤΟΥ ΝΟΤΙΟΥ ΛΙΓΝΙΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ» ΔΗΜΗΤΡΑΚΟΠΟΥΛΟΣ Δ.

Transcript

1 «ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΗΣ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗΣ ΤΟΥ ΝΟΤΙΟΥ ΛΙΓΝΙΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ» ΔΗΜΗΤΡΑΚΟΠΟΥΛΟΣ Δ., Μηχανικός Μετ.-Μεταλλουργός, ΓΡΗΓΟΡΑΚΟΥ Ε., Μηχανικός Μετ.-Μεταλλουργός, ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο νότιο τμήμα της λεκάνης Πτολεμαϊδας, αναπτύχθηκε η εκμετάλλευση του λιγνιτικού κοιτάσματος του Ν. Πεδίου από το Από τα πρώτα στάδια της έρευνας διαπιστώθηκε η ύπαρξη σημαντικής υδροφορίας στα νεογενή και τεταρτογενή υπερκείμενα του λιγνίτη. Ο υδροφορέας αυτός αποστραγγίζεται μέσω δικτύου υδρογεωτρήσεων και αντλήσεων από τα επιφανειακά αντλιοστάσια. Παράλληλα γίνονται αντλήσεις για άρδευση και ύδρευση της ευρύτερης περιοχής. Οι αντλήσεις έχουν δημιουργήσει αρνητικό ισοζύγιο στην λεκάνη με αποτέλεσμα τη συνεχή πτώση της πιεζομετρικής επιφάνειας του υδροφορέα. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκε εκτεταμένη υδρογεωλογική έρευνα και έγινε προσομοίωση του υδροφορέα, προκειμένου να σχεδιαστούν τα μέτρα αποστράγγισης του ορυχείου Ν. Πεδίου και να προβλεφθούν και περιοριστούν οι πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις στο ευρύτερο περιβάλλον του λιγνιτωρυχείου. Η έρευνα περιελάμβανε όρυξη γεωτρήσεων, δοκιμαστικές αντλήσεις, χημικές αναλύσεις, σταθμημετρήσεις, συλλογή μετεωρολογικών στοιχείων και απορροών. Για την κατασκευή, του εννοιολογικού μοντέλου έγινε μία σειρά γεωλογικών τομών, συσχέτιση των γεωλογικών στρωμάτων με τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των αντλήσεων και της πιεζομετρίας. Τα στοιχεία αυτά, όπως και τα μελλοντικά όρια εκμετάλλευσης ορυχείου Ν. Πεδίου και της εσωτερικής του απόθεσης, χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του μαθηματικού ομοιώματος. Aπό την μαθηματική προσομοίωση για το 2005 προβλεπόταν άντληση 900 m 3 /h για την αποστράγγιση του ορυχείου, που στην πραγματικότητα έφθασε τα 1580 m 3 /h. Η φαινομενική απόκλιση οφείλεται στο γεγονός ότι περίπου 600 m 3 /h από τα νερά αποστράγγισης χρησιμοποιούνταν για κάλυψη αρδευτικών αναγκών. Ο υδροφορέας στην στενή περιοχή του ορυχείου θα παρουσιάζει μια συνεχή πτώση της στάθμης συναρτήσει του χρόνου, η οποία οφείλεται κυρίως στις αντλήσεις για την προστασία του ορυχείου από τα υπόγεια νερά. Η γενικότερη όμως πτώση στάθμης, που παρατηρείται στη λεκάνη του Ν. Πεδίου, οφείλεται στις υπεραντλήσεις, που γίνονται σε όλη την έκταση της λεκάνης για κάλυψη αρδευτικών και υδρευτικών αναγκών, και στις μειωμένες βροχοπτώσεις την περίοδο , πού ήταν οι μικρότερες των τελευταίων 53 ετών. Για τον περιορισμό των επιπτώσεων στο υδατικό περιβάλλον η άντληση για την προστασία του ορυχείου αλλά κυρίως για άρδευση θα πρέπει σταδιακά να μειωθούν, δεδομένου ότι η λεκάνη βρίσκεται ήδη σε αρνητικό ισοζύγιο ABSTRACT The exploitation of the South lignite field in Ptolemais Basin has started since The research study of the area revealed, from the early stage, the existence of a significant aquifer above the lignite series. This aquifer, which consists of neogene and quaternary sediments, is being drained by wells and by surface pumping stations. Extensive groundwater quantities are also being pumped for domestic, agricultural and industrial use 1

2 along the South lignite field basin. The over-pumping has created a negative balance with a continued decrease of the water table. A hydrogeological study of the area was carried out and a groundwater model was created in order to investigate the environmental impacts of the area and for the more effective design of the dewatering measures of the lignite mine. The research included drilling of wells, pumping tests, hydro-chemical analysis, water table measurements, collection of meteorological data, outflow of rivers, construction of geological sections, correlation of layers, collection of old data and elaboration of the above for the construction of the mathematical model. The groundwater model of the South lignite field has shown that the water table around the mining area will continue to decrease unless the conditions are changed. The decrease is due to the pumping out of the groundwater for the protection of mine. But the general decrease of the water table along the South lignite field basin is due to over-pumping for domestic, agricultural and industrial use and to the small rainfalls, which were the smallest for the last 53 years. In order to minimize environmental impacts dewatering discharge must be gradually lowered. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η λεκάνη του ορυχείου Νοτίου Πεδίου παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον γιατί εκτός από την μεταλλευτική δραστηριότητα για την εξόρυξη του λιγνίτη από την ΔΕΗ και των αντλήσεων που πραγματοποιούνται για την αποστράγγιση [1] και προστασία του ορυχείου, πραγματοποιούνται και σημαντικές αντλήσεις για την κάλυψη των υδρευτικών αναγκών αλλά και των ιδιαίτερα αυξημένων αρδευτικών αναγκών [2], [3], [4], [5]. Ο Γ. Λουλούδης (1990) [6] κατασκεύασε στα πλαίσια της διδακτορικής του εργασίας μαθηματικό μοντέλο για την προσομοίωση του υδροφορέα των νεογενών και τεταρτογενών ιζημάτων, που κάλυπτε την περίοδο Επίσης η Τουμπεκτσή Μ. (1991) [7] ασχολήθηκε με την μαθηματική προσομοίωση της λεκάνης του Ν. Πεδίου. Μετά όμως από 20 χρόνια μεταλλευτικής δραστηριότητας έχουν προκύψει νεώτερα δεδομένα, όπως αυξημένες αντλήσεις για άρδευση, αλλαγή του σχεδιασμού της εκμετάλλευσης, αλλά υπάρχουν και μετρήσεις για σύγκριση. Έτσι προέκυψε η ανάγκη επανασχεδιασμού της αποστραγγιστικής διαδικασίας, αλλά και επανεκτίμησης των επιπτώσεων των αυξανόμενων αντλήσεων στο υδατικό σύστημα της λεκάνης, με δεδομένο το αυξημένο ενδιαφέρον για το υδατικό περιβάλλον της περιοχής [8]. Για τον καλύτερο σχεδιασμό των αντλήσεων για την αποστράγγιση του ορυχείου αλλά και την μελέτη των επιπτώσεων στην λεκάνη του ορυχείου Νοτίου Πεδίου από τις αντλήσεις που πραγματοποιούνται, κρίθηκε απαραίτητη η μαθηματική προσομοίωση του υδροφορέα. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λεκάνης του Νοτίου Πεδίου είναι το GW3D V3.0 της Rheinbraun Engineering. Το πλεονέκτημα του μαθηματικού μοντέλου GW3D [9], [10], [11], είναι ότι έχει την δυνατότητα να ορίζονται αναλυτικά τα όρια του ορυχείου και των εσωτερικών αποθέσεων ανά χρονικό βήμα, να προσομοιώνεται ο κενός χώρος της εκμετάλλευσης, πού παραμένει μεταξύ εκσκαφής και απόθεσης και να προσομοιώνεται η πλήρης αποστράγγιση του χώρου εκσκαφής. 2

3 2. ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΟΥ 2.1. Υδροφορείς περιοχής Νοτίου Πεδίου Οι υδροφορίες που αναπτύσσονται στην λεκάνη του Νοτίου Πεδίου είναι οι εξής [1]: α) στα νεογενή και τεταρτογενή, που υπέρκεινται της λιγνιτοφόρου στοιβάδας και επεκτείνονται σε ολόκληρη την έκταση της λεκάνης. Αποτελούνται από εναλλασσόμενα στρώματα άμμων, αμμούχων αργίλων, κροκαλοπαγών που στο σύνολο θεωρήθηκαν ότι αποτελούν ένα υδροφόρο σύστημα. Σχηματικά αναφέρονται ως κόκκινη, κίτρινη και πράσινη σειρά (σχήμα 1). Η λιγνιτοφόρος στοιβάδα που αποτελείται από εναλλασσόμενα στρώματα αργίλου, μάργας και λιγνίτη, ποικίλου πάχους, θεωρήθηκε σαν αδιαπέρατο στρώμα. β) στους Τριαδικούς-Ιουρασικούς ασβεστόλιθους στα ανατολικά και δυτικά όρια της λεκάνης (Ν. Βέρμιο και Ν. Άσκιο) (σχήμα 2), γ) στους Κρητιδικούς ασβεστόλιθους στα νότια της λεκάνης (ευρεία περιοχή Δρέπανου) και σε τμήμα του Βερμίου, δ) στα νεογενή ιζήματα, που υπόκεινται της λιγνιτοφόρου σειράς. Για την κατασκευή του μοντέλου της λεκάνης του Νοτίου Πεδίου (Σαριγκιόλ) μελετήθηκε μόνο ο υδροφορέας που αναπτύσσεται στα νεογενή και τεταρτογενή ιζήματα της λεκάνης, που υπέρκεινται της λιγνιτοφόρου σειράς, εφόσον κατά την εκμετάλλευση του ορυχείου Νότιου Πεδίου αποκόπτεται μόνον αυτός ο υδροφορέας, και επιπλέον το σύνολο σχεδόν των αρδευτικών και υδρευτικών γεωτρήσεων έχουν ορυχθεί σε αυτόν. Οι υπόλοιποι υδροφορείς λήφθηκαν υπ όψη στην διαμόρφωση των ορίων και των οριακών συνθηκών του υδροφορέα. Στο σχήμα 1 φαίνονται οι υδροφορείς που αναπτύσσονται στην περιοχή. Σχήμα 1. Γεωλογική τομή λεκάνης Νοτίου Πεδίου κατά την διεύθυνση ΝΔ-ΒΑ 3

4 2.2. Όρια μοντέλου Το πρώτο βήμα για την κατασκευή ενός μοντέλου είναι η οριοθέτηση της περιοχής επέκτασής του. Στην συγκεκριμένη περίπτωση ως όρια του μοντέλου πήραμε τα όρια των χαλαρών κοκκωδών σχηματισμών της υδρογεωλογικής λεκάνης του Νοτίου Πεδίου. Δεχτήκαμε επομένως τα εξής όρια: α) Ανατολικά και βορειοανατολικά: την επαφή των νεογενών σχηματισμών της λεκάνης με τους ασβεστολίθους του Βερμίου όρους. β) Δυτικά: την επαφή των νεογενών σχηματισμών της λεκάνης με τους ιουρασικούς ασβεστολίθους καθώς και τους σχιστόλιθους του υποβάθρου του Ασκίου όρους. γ) Βορειοδυτικά: δεχτήκαμε το ρήγμα που πρακτικά διαχωρίζει το ορυχείο Κομάνου από το ορυχείο Καρδιάς (τεκτονικό έξαρμα Κομάνου) και περιορίζει την υδραυλική επικοινωνία των δύο τμημάτων. Στο ορυχείο Κομάνου το πάχος των υπερκειμένων πρακτικά μηδενίζεται. δ) Νοτιοδυτικά: την επαφή των νεογενών της λεκάνης με τους καρστικούς σχηματισμούς του Σκοπού. ε) Νοτιοανατολικά: δεχτήκαμε την περιοχή ανατολικά της Κοιλάδας και νότια του Τετραλόφου, όπου το πάχος και η έκταση των νεογενών σχηματισμών περιορίζεται σημαντικά από την ανύψωση του υποβάθρου. Η συνολική έκταση της περιοχής του μοντέλου είναι περίπου 120 x10 6 m Χρονικό βήμα μοντέλου Η προσομοίωση αρχίζει το έτος 1990 (αρχικές συνθήκες). Το χρονικό βήμα (time step) της προσομοίωσης είναι ετήσιο μέχρι το 2006 και διετές από το 2006 μέχρι το Κατασκευή καννάβου Ιδιαίτερα σημαντική για την σωστή προσομοίωση και ρύθμιση ενός μαθηματικού ομοιώματος είναι η δημιουργία ενός αντιπροσωπευτικού καννάβου. Ο κάνναβος που κατασκευάστηκε είναι τριγωνικής μορφής. Το μήκος των πλευρών των τριγώνων καθορίστηκε ως εξής : γύρω στα m στις περιοχές κοντά στο όριο του μοντέλου, όπου δεν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια και δεν υπάρχει μεγάλος όγκος πληροφοριών, σταδιακή μείωση του μήκους τους έως τα 300 m προς τις περιοχές αυξημένου ενδιαφέροντος (π.χ. περιοχή των γεωτρήσεων υδροδότησης Κοζάνης, περιοχή του μετώπου του ορυχείου), όπου ο όγκος των στοιχείων που διαθέτουμε είναι μεγαλύτερος (σχήμα 3) αλλά και η ακρίβεια που απαιτείται στην προσομοίωση είναι μεγαλύτερη. 4

5 2.5. Υδρογεωλογικά χαρακτηριστικά υδροφορέα Πριν από την εκπόνηση οποιασδήποτε μαθηματικής μοντελοποίησης, είναι σημαντικό να αναπτυχθεί ένα «εννοιολογικό» μοντέλο (conceptual model) του υδροφορέα. Χωρίς αυτό, υπάρχει σοβαρός κίνδυνος το μαθηματικό μοντέλο να μην αντιπροσωπεύει με ορθό τρόπο τις φυσικές συνιστώσες του συστήματος των υδροφορέων, γεγονός που θα οδηγήσει αναμφίβολα σε λανθασμένα αποτελέσματα. Το εννοιολογικό μοντέλο θα παρέχει πληροφορίες για τα ακόλουθα στοιχεία: Όρια των υδροφορέων και εσωτερικές υδραυλικές ασυνέχειες (ρήγματα, αποσφηνώσεις κ.λπ.). Κατά πόσον ο υδροφόρος ορίζοντας είναι μονοστρωματικός ή πολυστρωματικός (single layer or multi-layered). Φύση και έκταση αδιαπέρατων / ημιπερατών σχηματισμών. Τιμές και κατανομή των υδραυλικών παραμέτρων. Τύποι και ποσότητες τροφοδοσίας. Επικρατούσα πιεζομετρία και προσωρινές μεταβολές. Αντλήσεις και άλλες παράμετροι. Οι μαθηματικές αναπαραστάσεις των υδροφόρων οριζόντων αποτελούν πάντοτε προσέγγιση της πραγματικότητας και επομένως, τα αποτελέσματα πρέπει να αντιμετωπίζονται με κριτικό πνεύμα. Η ρύθμιση του μοντέλου αποτελεί σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη του μοντέλου, καθώς παρέχει ένα μέτρο μεταξύ των πραγματικών και των προσομοιούμενων συνθηκών. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω εργασίες Γεωμετρικά χαρακτηριστικά Για την καλύτερη προσομοίωση του υδροφορέα απαιτείται ο προσδιορισμός της έκτασης που καταλαμβάνει, του πάχους του, του υψομέτρου δαπέδου και οροφής. Χρησιμοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν 400 περίπου κοιτασματολογικές γεωτρήσεις, 100 υδρογεωτρήσεις και πιεζόμετρα (σχήμα 2), δεδομένα από 20 δοκιμαστικές αντλήσεις και πολυάριθμες σταθμημετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας έρευνας. Χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα metal (μεταλλευτικό πρόγραμμα κατασκευής ΔΕΗ) για το σχεδιασμό επιμήκων και εγκάρσιων γεωλογικών τομών σε ολόκληρη την έκταση της λεκάνης. Στις τομές που δημιουργήσαμε προστέθηκαν στοιχεία, όπως στάθμες, ρήγματα, όρια ορυχείου και έγινε συσχέτιση και ομαδοποίηση των υδροφόρων και μη σχηματισμών (σχήμα 1). Οι τομές μετώπου 1, 2, 3 κατασκευάστηκαν στην θέση που βρισκόντουσαν οι βαθμίδες του μετώπου εκσκαφής. Έτσι έγινε άμεση συσχέτιση των στρωμάτων του μετώπου, με τις περιγραφές των γεωτρήσεων και με την εκτίμηση των υδραυλικών χαρακτηριστικών του υδροφορέα, που είχε προηγηθεί. 5

6 Σχήμα 2. Κατανομή γεωτρήσεων στην λεκάνη Σαριγκιόλ Πιεζομετρία - Αρχικές συνθήκες Για την κατασκευή των πιεζομετρικών χαρτών χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία σταθμημετρήσεων που έγιναν σε 100 περίπου επιλεγμένες θέσεις στην έκταση της λεκάνης κατά την χρονική περίοδο Κατασκευάστηκαν διαγράμματα διακύμανσης της στάθμης και πιεζομετρικοί χάρτες (σχήμα 9, 10). Τα στοιχεία στάθμης του έτους 1990 [6], χρησιμοποιήθηκαν ως αρχικές συνθήκες, ενώ οι υπόλοιποι πιεζομετρικοί χάρτες βοήθησαν στη ρύθμιση του μοντέλου και στον προσδιορισμό των περιοχών τροφοδοσίας και εκφόρτισης του υδροφορέα. Θα πρέπει να επισημανθεί η έλλειψη επαρκών πιεζομέτρων και μακροχρόνιων μετρήσεων στάθμης στα περιθώρια της λεκάνης, όπου οι πιεζομετρικές καμπύλες συμπληρώθηκαν με βάση την γενική υδρογεωλογική γνώση. Παρ όλα αυτά θεωρούμε ότι προσεγγίζουν την 6

7 πραγματικότητα, σύμφωνα με μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας έρευνας την περίοδο Εισροές-Εκροές - Οριακές συνθήκες Για την ρύθμιση ενός μοντέλου ιδιαίτερη σημασία έχει ο καθορισμός των ορίων και των οριακών συνθηκών, δηλαδή των εισροών-εκροών. Για τον καθορισμό τους λήφθηκαν υπόψη οι γεωλογικές συνθήκες, η πιεζομετρία και η χημική σύσταση των νερών προκειμένου να καθοριστούν οι περιοχές τροφοδοσίας και εκφόρτισης. Μετά τις αρχικές εκτιμήσεις έγινε ρύθμιση του μοντέλου τα αποτελέσματα της οποίας φαίνονται στο σχήμα 3 και τον πίνακα 1. Τρεις περιοχές παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: Α) Το Β και ΒΑ όριο μεταξύ των κόμβων προς το Βέρμιο όρος θεωρήθηκε όριο εισροής. Η τροφοδοσία που εκτιμήθηκε, μετά από διαδοχικές δοκιμές και την ρύθμιση του μοντέλου, στα πλαίσια της προσομοίωσης, είναι μικρή (πίνακας 1). Η εκτίμηση αυτή τεκμηριώνεται από την μορφή των πιεζομετρικών καμπυλών, την σχετικά υψηλή υδραυλική κλίση, όπως και από δοκιμαστικές αντλήσεις που έγιναν στην περιοχή και έδειξαν μικρή υδαταγωγιμότητα. Η άποψη που έχει εκφραστεί από άλλους μελετητές (Ι. Μελαδιώτης, 2001) [11], ότι το κύριο μέρος της τροφοδοσίας των ιζημάτων της λεκάνης Σαριγκιόλ πραγματοποιείται από πλευρικές διηθήσεις των καρστικών νερών των ορεινών όγκων του Ασκίου και του Βερμίου, δεν επιβεβαιώθηκε. Σχήμα 3. Όρια και κάναβος μοντέλου 7

8 ΚΟΜΒΟΙ ΟΡΙΟ Αδιαπέρατο Εκροή m 3 /min Αδιαπέρατο Εισροή 0.05 m 3 /min Εισροή Αδιαπέρατο Εισροή 0.05 m 3 /min Αδιαπέρατο Εισροή 0.05 m 3 /min Αδιαπέρατο Πίνακας 1. Οριακές συνθήκες μετά την ρύθμιση του μοντέλου Β) Στους κόμβους νότια-νοτιοανατολικά, όπως προκύπτει από την πιεζομετρία έχουμε εκροή από τον υδροφορέα, που τελικά εκτιμήθηκε σε Q=0.150 m 3 /min για τον κάθε κόμβο και συνολικά 0.47x10 6 m 3 /έτος από όλους τους κόμβους. Για την ρύθμιση του μοντέλου λήφθηκε υπόψη ένα ψευδόστρωμα, το οποίο υπόκειται του πραγματικού, μέσω του οποίου θεωρήθηκε ότι πραγματοποιούνται οι εκροές του συστήματος, προς βαθύτερα στρώματα ή τον υποκείμενο καρστικό υδροφόρο. Γ) Στους κόμβους Α-ΝΑ, θεωρούμε ότι έχουμε αδιαπέρατο όριο λόγω μικρού πάχους του υδροφορέα που οφείλεται στην ανάδυση του υποβάθρου και στην ύπαρξη μαργών υποκείμενων της λιγνιτικής στοιβάδας. - Εισροές λόγω βροχοπτώσεων Σύμφωνα με τη στατιστική επεξεργασία των βροχομετρικών σταθμών που βρίσκονται στην λεκάνη Ν. Πεδίου, δεχτήκαμε ως μέση ετήσια βροχόπτωση της περιοχής την τιμή των 600 mm βροχής. Θεωρώντας ότι η κατείσδυση αποτελεί το 10-12% αυτής [2,5], προκύπτει ότι : α) η μέση κατείσδυση για τους κόμβους που βρίσκονται στα αλλούβια θα ισούται με 2.6 lt/s*km 2. β) η μέση κατείσδυση για τους κόμβους στα κροκαλοπαγή θα ισούται με 3.1 lt/s*km 2. Οι τιμές αυτές επιβεβαιώθηκαν κατά την ρύθμιση του μοντέλλου. - Αντλήσεις ύδρευσης-άρδευσης Για το έτος 1990, που αποτελεί και την αρχή του μοντέλου, οι αντλήσεις για άρδευση ήταν περίπου 10x10 6 m 3 /έτος, ενώ για ύδρευση ήταν περίπου 3x10 6 m 3 /έτος.[2, 5] Για το έτος 1999 υπολογίστηκαν επίσης οι ποσότητες νερού για άρδευση και ύδρευση οι οποίες ισούνται συνολικά σε 18x10 6 m 3 /έτος και ποσότητα ίση με 2x10 6 m 3 για την αποστράγγιση του ορυχείου Νοτίου Πεδίου. Για την εκτίμηση αυτή έγινε απογραφή του συνόλου σχεδόν των αρδευτικών και υδρευτικών υδρογεωτρήσεων της λεκάνης [3]. Στον χάρτη του σχήματος 2 φαίνεται η κατανομή των υδρογεωτρήσεων και των κοιτασματολογικών γεωτρήσεων στην λεκάνη του Ν. Πεδίου. Οι υδρογεωτρήσεις άρδευσης είναι κατανεμημένες σε όλη την έκταση της λεκάνης, ενώ οι υδρογεωτρήσεις αποστράγγισης έχουν κατασκευασθεί γύρω από το ορυχείο στο κέντρο της λεκάνης Υδαταγωγιμότητα Για την εκτίμηση της υδαταγωγιμότητας (Τ) του υδροφορέα και της κατανομής της στο χώρο χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από παλαιότερες μελέτες της περιοχής και ιδιαίτερα από 8

9 τη διδακτορική διατριβή του Γ. Λουλούδη (1990) [4, 6]. Παράλληλα πραγματοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν 20 δοκιμαστικές αντλήσεις, 5 από τις οποίες σε υδρογεωτρήσεις που κατασκευάστηκαν στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος «ΕΛΙΜΕΙΑ» [3]. Σε ορισμένες τοποθετήθηκαν αυτόματα όργανα καταγραφής της στάθμης, της αγωγιμότητας και της παροχής. Στο σχήμα 4 δίνεται το ημιλογαριθμικό διάγραμμα για τον υπολογισμό της υδαταγωγιμότητας, στην δοκιμαστική άντληση που έγινε στην υδρογεώτρηση ΕΛ3. Οι τιμές της υδαταγωγιμότητας κυμαίνονται από 1* , m 2 /s. Οι τιμές στις παρυφές του Βερμίου είναι σχετικά μικρές και αυξάνονται προς την περιοχή Μαυροδενδρίου. Σχήμα 4. Ημιλογαριθμικό διάγραμμα για τον υπολογισμό της υδαταγωγιμότητας με την μέθοδο Cooper-Jacob, κατά την δοκιμαστική άντληση της ΕΛ Σχέδιο εκμετάλλευσης ορυχείου Νοτίου Πεδίου Για την ρύθμιση του μοντέλου απαιτήθηκαν στοιχεία της θέσης των μετώπων εκμετάλλευσης στα συγκεκριμένα χρονικά βήματα που επιλέχθηκαν, δηλαδή ο αριθμός των βαθμίδων, το πλάτος και το ύψος κάθε βαθμίδας, το τελικό βάθος της εκμετάλλευσης. Επίσης απαιτήθηκε η αποτύπωση της θέσης των εσωτερικών αποθέσεων (έκταση που καταλαμβάνουν, απόλυτο υψόμετρο δαπέδου και ύψος αυτών) για το κάθε χρονικό βήμα. Απλοποιητικές παραδοχές Για την αποτύπωση της θέσης των μετώπων εκμετάλλευσης και της θέσης των εσωτερικών αποθέσεων στο κάθε χρονικό βήμα δεχτήκαμε ως όριο μια μέση κατάσταση των πρανών. Συγκεκριμένα τα όρια που δεχτήκαμε φαίνονται στο παρακάτω σχήμα 5. 9

10 Σχήμα 5. Όρια προσομοίωσης και πραγματική κατάσταση στο κάθε χρονικό βήμα Σχέδιο αποστράγγισης ορυχείου Νοτίου Πεδίου Από την προσομοίωση του υδροφορέα προέκυψε το σχέδιο αποστράγγισης του ορυχείου (διάγραμμα 1). Στο διάγραμμα 2 φαίνονται συγκριτικά οι ποσότητες νερού που αντλούνται για άρδευση, για ύδρευση και για αποστράγγιση από όλο το πεδίο. Η παρατηρούμενη αυξομείωση των ποσοτήτων νερού (διάγραμμα 1) που αντλούνται σε κάθε χρονική περίοδο, είναι το μαθηματικό αποτέλεσμα της προσομοίωσης, και δίδει μια πρώτη προσέγγιση της αντλούμενης ποσότητας. Η συνεχής γραμμή εξομαλύνει τις διαφορές αυτές και υποδηλώνει μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση του ρυθμού άντλησης σε κάθε περίοδο. Διάγραμμα 1. Παροχές αποστράγγισης για την προστασία του ορυχείου Νοτίου Πεδίου 10

11 Διάγραμμα 2. Συνολικές ποσότητες νερού που αντλούνται από όλο το πεδίο για ύδρευσηάρδευση και για την αποστράγγιση του ορυχείου. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του υδροφορέα της λεκάνης του Ν. Πεδίου για τα έτη 1990, 1999, 2001 και ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΠΙΕΖΟΜΕΤΡΙΚΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ - Αρχικές συνθήκες, συνθήκες ροής το 1990 (time step1). Από την μορφή των ισοπιεζομετρικών καμπύλων φαίνεται ότι επίδραση από την λειτουργία του ορυχείου Ν. Πεδίου πρακτικά δεν υφίσταται, αφού δεν έχουν αρχίσει συστηματικές αντλήσεις (σχήμα 6). 11

12 Σχήμα 6. Πιεζομετρικές καμπύλες , χρονικό βήμα 1 Η γενική εικόνα της πιεζομετρίας αυτής, όπως προκύπτει από την προσομοίωση, έχει επιβεβαιωθεί με νεώτερες μετρήσεις και αντικατοπτρίζει την διαμορφωμένη αντίληψη για την υδρογεωλογία της περιοχής (conceptual model). Παρατηρείται μια γενική κατεύθυνση ροής από τα βορειοανατολικά προς την κεντρική και την νότια περιοχή της λεκάνης, όπως επίσης και μία ροή από τα δυτικά (περιοχή Ασκίου) προς το κέντρο. Διακρίνεται επίσης η περιοχή τροφοδοσίας από τους κρητιδικούς ασβεστολίθους στην περιοχή Κοίλων Δρεπάνου στα νότια και η περιοχή εκφόρτισης στα νότιο-ανατολικά (Κοιλάδα). - Συνθήκες Ροής το 1999 (time step 9). Στο σχήμα 7 εμφανίζεται η θέση του ορυχείου και η θέση των αποθέσεων. Οι κόμβοι που αντιπροσωπεύουν την περιοχή που καταλαμβάνει το ορυχείο, κατά προσέγγιση, εμφανίζονται στεγνοί, δηλ ο υδροφορέας έχει αποστραγγιστεί πλήρως, πράγμα που επιδιώκεται άλλωστε. Οι ισοπιεζομετρικές καμπύλες πυκνώνουν στα ανατολικά του ορυχείου λόγω της αποστράγγισης, ενώ δεν εμφανίζεται ακόμη επίδραση στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης, σαν αποτέλεσμα των αντλήσεων αποστράγγισης. Μια μικρή πτώση στάθμης εμφανίζεται σε όλη την λεκάνη, αλλά αυτό θεωρείται αποτέλεσμα των διάσπαρτων σε όλο τον χώρο πολυάριθμων αρδευτικών υδρογεωτρήσεων και των αντλήσεων που πραγματοποιούνται, και οι οποίες έχουν ληφθεί υπόψη στην προσομοίωση. 12

13 Σχήμα 7. Πιεζομετρικές καμπύλες , χρονικό βήμα 9 - Συνθήκες ροής το 2001 (time step 11). Οι ισοπιεζομετρικές καμπύλες στην ευρύτερη περιοχή δείχνουν μικρές μεταβολές σε σχέση με τις προηγούμενες χρονικές περιόδους. Οι κόμβοι που αντιπροσωπεύουν την περιοχή που καταλαμβάνει το ορυχείο εμφανίζονται επίσης και εδώ στεγνοί (dry) (σχήμα 8), ένδειξη της αποτελεσματικής αποστράγγισης, σύμφωνα με την προσομοίωση, η οποία σε γενικές γραμμές επιβεβαιώθηκε στην πραγματικότητα. 13

14 Σχήμα 8. Πιεζομετρικές καμπύλες στην περιοχή του ορυχείου, χρονικό βήμα 11 (2001) Παρατηρείται μία μικρή περαιτέρω ταπείνωση της στάθμης σε όλο το χώρο, που υποδηλώνει αρνητικό ισοζύγιο στο σύνολο της λεκάνης. Ειδικότερα όμως στην περιβάλλουσα περιοχή του ορυχείου εμφανίζεται μία πτώση στάθμης που φτάνει τα 10 m (από +640 σε +630 m), αλλά η επίδραση των αντλήσεων δεν φαίνεται να επεκτείνεται πέραν της περιοχής αυτής. - Συνθήκες ροής το 2005 (time step 15). Για το έτος 2005, το μέτωπο του ορυχείου είχε προχωρήσει στην πραγματικότητα πολύ περισσότερο από τη θέση που είχε προβλεφθεί στην προσομοίωση. Για τον λόγο αυτό και προκειμένου να γίνει σύγκριση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων του μοντέλου, λήφθηκε υπ όψιν η θέση των μετώπων του ορυχείου στο τέλος του 2002, που προσεγγίζει την θέση των μετώπων στην προσομοίωση του 2005 (σχήμα 9). Από τη σύγκριση των αντίστοιχων πιεζομετρικών χαρτών (προσομοίωση και πραγματικότητα), προκύπτουν τα εξής: Στα Β.Α. οι καμπύλες δείχνουν μια ικανοποιητική προσέγγιση. Η διαφοροποίηση που παρατηρείται ερμηνεύεται από το γεγονός ότι κατά τη διαμόρφωση των αρχικών συνθηκών δεν υπήρχαν μετρήσεις στάθμης στα ανατολικά όρια του μοντέλου, ενώ τώρα υπάρχουν (ΠΝΠ19, ΠΝΠ21, ΠΝΠ22, ΠΝΠ24), (σχήμα 9). 14

15 Σχήμα 9. Σύγκριση πιεζομετρικών καμπύλων έτους 2005 (προσομοίωση) και 2002 από σταθμημετρήσεις Σύμφωνα με την προσομοίωση η παροχή αποστράγγισης φθάνει τα 850 m 3 /h περίπου. Γύρω από τον χώρο του Ορυχείου εμφανίζεται η ισοπιεζομετρική καμπύλη των +620m, ενώ η +630m φθάνει μέχρι το νότιο όριο της λεκάνης γεγονός που υποδηλώνει μια αυξημένη σχετικά επίδραση του συνόλου των αντλήσεων (για άρδευση και αποστράγγιση) σ αυτήν την κατεύθυνση. Η ισοπιεζομετρική καμπύλη των +640 m στα Νοτιοανατολικά έχει μετατοπιστεί κατά m προς τα ανάντη ακόμη και σε περιοχές που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από το ορυχείο που φθάνει τα 7-9 Km. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι ανεξάρτητα από την επίδραση των αντλήσεων του ορυχείου, η λεκάνη βρίσκεται σε αρνητικό ισοζύγιο γενικότερα. Στην ευρύτερη περιοχή των υδροληπτικών έργων της Κοζάνης εμφανίζεται μία πτώση στάθμης της τάξης των 5-10m αφού στην θέση της ισοπιεζομετρικής καμπύλης των +640m εμφανίζεται πλέον η καμπύλη των +630m, γεγονός που σημαίνει μια μονιμότερη επίδραση των αντλήσεων στα μόνιμα υδατικά αποθέματα. Το πιεζόμετρο ΠΝΠ15 που βρίσκεται στην περιοχή εμφανίζει πτώση στάθμης της τάξης των 10 m σε σχέση με το 2001, αλλά το 15

16 απόλυτο υψόμετρο της στάθμης βρίσκεται στα +600 m (σχήμα 10). Επομένως η πτώση στάθμης στην πραγματικότητα είναι μεγαλύτερη από την προβλεπόμενη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι αντλήσεις για την υδροδότηση της Κοζάνης έχουν αυξηθεί από τα 5-6x10 6 m 3 /χρόνο σε 8x10 6 m 3 /χρόνο [1]. Σχήμα 10. Διακύμανση στάθμης πιεζομέτρων στα όρια του ορυχείου Ν. Πεδίου 3.2 ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε, ότι η προσομοίωση του υδροφορέα είναι ικανοποιητική για τα έτη 1999 και το 2001 αφού οι πιεζομετρικές καμπύλες, που προέκυψαν από την προσομοίωση, προσεγγίζουν σε μεγάλο βαθμό τις πιεζομετρικές καμπύλες που σχεδιάστηκαν με βάση τις μετρηθείσες στάθμες. Για το 1999 η υπολογιζόμενη ποσότητα νερού για αποστράγγιση φθάνει τα 700 m 3 /h και προσεγγίζει την πραγματικά αντλούμενη παροχή 750 m 3 /h. Η παρατηρούμενη απόκλιση οφείλεται στο γεγονός ότι τα προηγούμενα χρόνια δεν είχε αντληθεί η απαιτούμενη ποσότητα για την αποστράγγιση του χώρου του ορυχείου, επομένως απαιτήθηκε η άντληση αυξημένων ποσοτήτων νερού. Στην συνέχεια η παροχή αποστράγγισης φθάνει τα m 3 /h και για άρδευση τα 1600 m 3 /h (time-step 11-15) και μειώνεται σταδιακά και φθάνει τα 600 m 3 /h το time-step 24, με την προϋπόθεση ότι οι αντλήσεις για άρδευση και ύδρευση θα παραμείνουν στα επίπεδα των προβλέψεων. Στην πραγματικότητα από το έτος 2005 παρατηρούνται διαφοροποιήσεις, που οφείλονται κυρίως στο γεγονός ότι η πραγματική εκσκαφή προπορεύεται σημαντικά της εκσκαφής σχεδιασμού που τροφοδότησε το μοντέλο (σχήμα 9) δημιουργώντας την ανάγκη αποστράγγισης μεγαλύτερου χώρου. Aπό την μαθηματική προσομοίωση για το 2005 προβλεπόταν άντληση 900 m 3 /h για την αποστράγγιση του ορυχείου, που στην 16

17 πραγματικότητα έφθασε τα 1580 m 3 /h. Η φαινομενική απόκλιση οφείλεται στο γεγονός ότι περίπου 600 m 3 /h από τα νερά αποστράγγισης χρησιμοποιούνταν για κάλυψη αρδευτικών αναγκών. Πράγματι η αποστράγγιση σχεδιάστηκε λαμβάνοντας υπόψη και τις αντλήσεις των αρδευτικών γεωτρήσεων της περιοχής, οι οποίες όμως τελικά είναι πολύ μικρότερες από τις προβλεπόμενες από το μοντέλο. Οι αγρότες χρησιμοποιούν για άρδευση περίπου 5 x10 6 m 3 τον χρόνο (που αντιστοιχούν σε 600 m 3 /h), τα οποία προέρχονται από τα νερά αποστράγγισης του ορυχείου και όχι απευθείας από τον υπόγειο υδροφορέα. Στην περιοχή ΒΑ του ορυχείου υπάρχουν τα πιεζόμετρα ΠΝΠ 19, ΠΝΠ-21, ΠΝΠ-22, ΠΝΠ-24, που απέχουν από m από την εκσκαφή. Με δεδομένο ότι στην περιοχή απουσιάζουν οι αρδευτικές υδρογεωτρήσεις ενώ οι αντλήσεις αποστράγγισης είναι ελάχιστες και παραμένουν σταθερές, η πτώση που παρουσιάζεται στα υδρογραφήματά τους το 2006 συνδέεται με τις μειωμένες βροχοπτώσεις το 2004 και 2005 πού ήταν μικρότερες από 300 mm, οι χαμηλότερες των τελευταίων 53 ετών. Η γενική εικόνα της πιεζομετρίας και της παροχής αποστράγγισης παραμένει στα όρια των προβλέψεων. Για τον περιορισμό των επιπτώσεων στο υδατικό περιβάλλον [13], η άντληση για την προστασία του ορυχείου θα πρέπει σταδιακά να μειωθεί, όπως προβλέπεται από την προσομοίωση, αλλά και να γίνει συστηματική προσπάθεια για τον περιορισμό της ποσότητας που χρησιμοποιείται για άρδευση, δεδομένου ότι η λεκάνη βρίσκεται σε αρνητικό ισοζύγιο. Μικρές τοπικές και χρονικές μεταβολές, όπως αυτές παρουσιάζονται, δεν είναι δυνατόν να προβλεφθούν από την προσομοίωση. Παρ όλα αυτά η προσπάθεια για καλύτερη ρύθμιση του μαθηματικού ομοιώματος πρέπει να συνεχιστεί με την συγκέντρωση περισσότερων στοιχείων, αφού υπάρχουν μεγάλες περιοχές στις παρυφές του Βερμίου, του Σκοπού και του Ασκίου, στις οποίες δεν υπάρχουν επαρκή στοιχεία κυρίως πιεζομετρίας. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Τσουφλίδου Σ., Δημητρακόπουλος Δ. Πορεία αποστράγγισης του Ν. Πεδίου εσωτερική μελέτη ΔΕΗ [2] Dimitrakopoulos D., Koumantakis J., Poutios G., Heliadis K. (1998), Methods of artificial recharge, in areas with open pit exploitation. Case of South Field Open Pit, West Macedonia, Greece proseedings of 5 th International Symposium on Environmental issues and waste management in energy and mineral production - Swemp 98, Ankara/Turkey. A.Α. Balkema, Rotterdam/1998 p.p [3] Ερευνητικό Πρόγραμμα ΕΛΙΜΕΙΑ (1999), Ανάπτυξη συστήματος διαχείρισης υδατικών πόρων και μεθόδων τεχνητού εμπλουτισμού σε περιοχές υπαίθριων λιγνιτικών εκμεταλλεύσεων. Συμμετέχοντες φορείς ΔΕΗ, ΕΜΠ, ΔΕΥΑ Κοζάνης, ΚΤΕΣΚ, ΙΝΤΕΛΕΚ και χρηματοδότηση από την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας στα πλαίσια του ΕΠΕΤ ΙΙ [4] Υδρογαία (1980), Υδρογεωλογική έρευνα λεκάνης Σαριγκιόλ-Μαυροδενδρίου, Μελέτη για την ΔΕΗ. [5] Πουτιός Γ. (1996), Διαχείριση υδατικών πόρων ευρείας περιοχής Νοτίου Πεδίου Πτολεμαϊδας. Προβλήματα και αντιμετώπιση., Διπλωματική Εργασία, Ε.Μ.Π. 17

18 [6] Λουλούδης Γ. (1990), Υδρογεωλογικές συνθήκες Νοτίου λιγνιτοφόρου Πεδίου Πτολεμαϊδας. Προβλήματα υπόγειων νερών και αντιμετώπιση τους κατά την εκμετάλλευση. Διδακτορική διατριβή στο Ε.Μ.Π. [7] Τουμπεκτσή Μ., Rorive A. (1991), Επιλογή μοντέλου προσομείωσης για τον υδροφορέα Σαριγκιόλ 5 ο Επιστημονικό συνέδριο της Ελληνικής Γεωλογικής Eταιρίας, Θεσ/κη, Volume xxv, τεύχος 4. [8] Vatalis K. Kaliampakos D. An Overall index of Environmental Qualitg in Coal mining areas and energy facilities. Environ Manage p.p V 38 (2006) Springer [9] Voigt R. (1997), Mine water handling at the proposed Thach Khe Iron Ore Mine, Vietnam. Braunkohle, Surface Mining, V 49 (1997), No 3 Mai/Juni/1997. [10] Rheinbraun Engineering (1996), Florina Mining Project, Final Report Volume II General Overview. Μελέτη για την ΔΕΗ, Koln, 1996 [11] Peukert D., Helmold F., (1996): Einsatz eines Grundwassermodells zur Minimierung bergbaulicher Eniflusse in okologisch sensiblen Gebieten Geocongress, Grundwasser und Rohstoffgewinnung, Freiberg. Verlag Sven von Loga, Koln 1996, p.p [12] Μελαδιώτης Ι. (2001), Υδρογεωλογική έρευνα λεκάνης Πτολεμαϊδας-Σαριγκιόλ για την υδροδότηση του Δήμου Κοζάνης, Φάση Γ. Τεχνική Έκθεση, Ερευνητικό έργο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, ανάθεση από ΔΕΗ. [13] Dimitrakopoulos D., Voight R. (1996), Postmining water management problems in the Ptolemais-Amyndeon Lignite district, Macedonia, Greece. Proceedings of the Geocongress, Grundwasser und Rohstoffgewinnung, Freiberg. Verlag Sven von Loga, Koln 1996, p.p