ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΕΥΤΡΟΦΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΤΗΣ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ

Transcript

1 AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΕΥΤΡΟΦΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΤΗΣ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΤΣΟΥΜΑΝΑΣ Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016 i

2 Περίληψη Η λίμνη της Καστοριάς βρίσκεται στο βορειοδυτικό τμήμα της Ελλάδας στο νομό Καστοριάς, νομός που είναι κυρίως ορεινός με περιορισμένες καλλιεργήσιμες εκτάσεις, οι περισσότερες από τις οποίες είναι παραλίμνιες. Η λίμνη συγκεντρώνει τα νερά μιας ευρείας λεκάνης απορροής με πολλά υδατορέματα, μέσω των οποίων όμως καταλήγουν σ αυτή φερτές ύλες που δημιουργούν προσχώσεις και διάφορες θρεπτικές και τοξικές ουσίες που οδηγούν στο φαινόμενο του ευτροφισμού και συνεπώς στην υποβάθμιση της ποιότητας των νερών. Η ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό είναι δείκτης ρύπανσής του. Τα οργανικά απόβλητα που καταλήγουν στα υδατορέματα και στη συνέχεια στη λίμνη απαιτούν για την αερόβια διάσπασή τους μεγάλες ποσότητες οξυγόνου, με αποτέλεσμα να μειώνονται τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου. Η δυνατότητα επαναερισμού του νερού δεν είναι πάντα ικανή να επαναφέρει τις τιμές του διαλυμένου οξυγόνου στα αναγκαία για τη σωστή ανάπτυξη της υδρόβιας ζωής επίπεδα. Η αύξηση της παραγωγικότητας της λίμνης σε βιομάζα, όπως τα κυανοφύκη, λόγω συσσώρευσης θρεπτικών συστατικών κυρίως ενώσεων φωσφόρου και λιγότερο αζώτουοδηγεί στο φαινόμενο του ευτροφισμού. Τα δύο αυτά στοιχεία ακολουθούν ένα κύκλο στο νερό της λίμνης, αν όμως ο ρυθμός φόρτισης υπερβαίνει το ρυθμό αποφόρτισης καταλήγει σε υπερσυσσώρευση των θρεπτικών συστατικών. Για τη μελέτη της ποιότητας λοιπόν των νερών της λίμνης της Καστοριάς σύμφωνα με τα παραπάνω, μετρήθηκαν οι ποσότητες του διαλυμένου οξυγόνου, των αλάτων του αζώτου (νιτρικών, νιτρωδών και αμμωνιακών), των αλάτων του φωσφόρου, καθώς και κάποιοι παράγοντες που επηρεάζουν ή επηρεάζονται από τους παραπάνω όπως η θερμοκρασία, το ph, η αγωγιμότητα, τα ολικά διαλυμένα στερεά και η θολότητα. Πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες σε δεκαπέντε σημεία της λίμνης στην επιφάνεια και αντίστοιχα σε βάθος δύο μέτρων σε τρεις διαφορετικές χρονικές περιόδους, Μάιο, Αύγουστο και Σεπτέμβριο του Μετρήθηκαν οι τιμές των παραπάνω παραμέτρων και τα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι ότι το μήνα Μάιο η ποιότητα των νερών της λίμνης είναι καλή, αλλά τον Αύγουστο παρουσιάζεται υποβάθμιση της ποιότητάς τους, με μείωση των τιμών του διαλυμένου οξυγόνου, ιδιαίτερη αύξηση στις τιμές των φωσφορικών αλάτων και μικρότερη αύξηση, στις επιφανειακές μόνο τιμές, των νιτρικών. Η έντονη ευτροφική εικόνα του Αυγούστου υποχωρεί σε κάποιο βαθμό το Σεπτέμβριο. Τέλος για την εξαγωγή συμπερασμάτων για την βελτίωση ή όχι της ποιότητας των νερών με το πέρασμα του χρόνου, πραγματοποιήθηκε σύγκριση των τωρινών αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα προηγούμενης διπλωματικής εργασίας που έγινε το 2013 και το συμπέρασμα είναι ότι υπήρξε βελτίωση (κυρίως για τον Μάιο), η λίμνη όμως ii

3 εξακολουθεί, παρ όλα τα μέτρα που έχουν ληφθεί, να παρουσιάζει εποχικά πρόβλημα ευτροφισμού και για το λόγο αυτό θα πρέπει να ληφθούν επιπλέον μέτρα για την τελική αποκατάσταση της ποιότητας των νερών. iii

4 Abstract The lake of Kastoria is located in the northwestern part of Greece in the area of Kastoria, which is mainly mountainous with limited arable land, most of which is lake side. The lake gathers the waters of a large basin with many streams, through which debris end up to it though -which create alluvium and various nutrients and toxic substances, leading to eutrophication and thus the degradation of water quality. The amount of dissolved oxygen in the water is a pollution index for it. The organic waste ending up in streams and then to the lake require large quantities of oxygen for its aerobic degradation, thereby the dissolved oxygen levels are decreased. The possibility of the air redissolution is not always able to restore the dissolved oxygen values in levels that are necessary for the proper development of aquatic life. The increase of the productivity of the biomass in the lake, such as green algae, due to accumulation of nutrients - mainly phosphorus and less nitrogen compounds - leads to the eutrophication phenomenon. These two elements follow a circle in the lake s water, but if the load rate exceeds the unload rate it results in accumulation of nutrients. To study the quality of the waters in the lake of Kastoria according to what is mentioned above, the amounts of dissolved oxygen, nitrogen salts (nitrates, nitrites and ammonium), phosphorus salts and some factors that affect or are affected by the above, such as temperature, ph, conductivity, total dissolved solids and turbidity were measured. Samples have been taken from fifteen points of the lake surface and in a depth of two meters respectively, in three different time periods, May, August and September The values of the above parameters were measured and the conclusions are that in the month of May the quality of lake water is good, but in August deterioration in quality by reducing dissolved oxygen values, considerable increase in the values of phosphates and smaller increase, in the superficial values only, of nitrate is presented. The sharp eutrophic image of August recedes somewhat in September. Finally, to draw conclusions for the improvement of the water quality with the passage of time, a comparison of current results with previous diplomatic work done in 2013 was made and the conclusion is that there was an improvement (mainly in May), but despite all the measures taken, the lake still shows seasonal eutrophication problem and therefore additional measures should be taken for the final restoration of the water quality. iv

5 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του μεταπτυχιακού προγράμματος «Προστασία περιβάλλοντος και βιώσιμη ανάπτυξη» και πραγματεύεται τον έλεγχο της ποιότητας των υδάτων της λίμνης της Καστοριάς, εστιάζοντας κυρίως στο πρόβλημα του ευτροφισμού που εντοπίζεται στο υδάτινο περιβάλλον της λίμνης. Βασική επιδίωξη της παρούσας είναι να συμβάλλει στην διερεύνηση του προβλήματος του ευτροφισμού που αποτελεί τον κύριο παράγοντα υποβάθμισης της ποιότητας των υδάτων της λίμνης η οποία έχει ξεχωριστή σημασία για μένα μιας και η Καστοριά είναι η ιδιαίτερη πατρίδα μου. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Μάλλιο Ζήση για την πολύτιμη βοήθειά του, χωρίς την οποία δεν θα ήταν δυνατή η εκπόνηση της εργασίας, όπως και τους υπόλοιπους καθηγητές της τριμελούς επιτροπής, δηλ. τον κ. Νταρακά Ευθύμιο και τον κ. Υφαντή Ιωάννη. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Κατσιφαράκη Κωνσταντίνο, για την παραχώρηση του εργαστηρίου για τις απαραίτητες αναλύσεις καθώς και τη συνολική υποστήριξή του, τον κ. Κρεστενίτη Ιωάννη για την παραχώρηση του ειδικού δειγματολήπτη για τη συλλογή των δειγμάτων νερού της λίμνης, καθώς και την κ. Πεταλά Μαρία και τον κ. Τσιρίδη Βασίλειο για τη βοήθειά τους στις εργαστηριακές αναλύσεις. v

6 Περιεχόμενα Περίληψη...i Περίληψη στα Αγγλικά.. iii Πρόλογος.. iv 1 Εισαγωγή Ισοζύγιο οξυγόνου στα υδατικά συστήματα Αποξυγόνωση του νερού λόγω οξείδωσης των οργανικών ουσιών Επαναερισμός του νερού των υδάτινων οικοσυστημάτων Ισοζύγιο οξυγόνου στο νερό Ευτροφισμός Ο κύκλος του αζώτου στα υδατικά συστήματα Γενικά Το άζωτο στα απόβλητα και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις του Διαδικασίες μετασχηματισμού του αζώτου στα υδατικά οικοσυστήματα Ο κύκλος του φωσφόρου στα υδατικά συστήματα Γενικά Μορφές του αζώτου Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του νερού Χρώμα Οσμή και γεύση νερού Θερμοκρασία Οξύτητα - αλκαλικότητα Αγωγιμότητα - αλατότητα Διαλυμένο οξυγόνο (DO) Θρεπτικά άλατα Αμμωνιακά (NH + 4 ) Νιτρώδη (NO - 2 )- Νιτρικά (NO - 3 ) Φωσφορικά (PO 3-4 ) Θολότητα Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD ) Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD ) Ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) Νομός Καστοριάς Γενικά vi

7 6.2 Οικονομικά στοιχεία Γουνοποιία Γεωργία Κτηνοτροφία Δασική οικονομία Αλιεία Κλίμα Μέση Θερμοκρασία Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα Άνεμοι Φυσικό περιβάλλον περιοχής Βουνά του νομού Καστοριάς Το λιμναίο οικοσύστημα Τα ποτάμια οικοσυστήματα Διαβαθμιζόμενα οικοσυστήματα, (μεταξύ ύδατος και χέρσου) Χερσαία Οικοσυστήματα Πανίδα της περιοχής Στοιχεία φυσικού περιβάλλοντος της λίμνης Ορεστιάδας Περιοχή έρευνας Γεωγραφικά στοιχεία Υδρογεωμορφολογικά στοιχεία Φερτά υλικά και ρύποι στη λίμνη της Καστοριάς Γεωλογικά στοιχειά Υδρογεωλογικά στοιχεία Στοιχειά υδρολογίας-επιφανειακού & υπόγειου υδατικού ισοζυγίου Μορφοομετρικά χαρακτηριστικά της λίμνης της Καστοριάς Λιμνολογικά χαρακτηριστικά Νομοθετικές ρυθμίσεις και διεθνείς συμβάσειςγια την προστασία του περιβάλλοντος στην περιοχή έρευνας Δειγματοληψία στη λίμνη Καστοριάς Παράμετροι ελέγχου ποιότητας των υδάτων Η επιλογή των παραμέτρων για τη λίμνη της Καστοριάς Συχνότητα και χρόνος δειγματοληψίας Συχνότητα Χρόνος δειγματοληψίας vii

8 8.4 Δειγματολογικός εξοπλισμός Συλλογή δειγμάτων Απευθείας δειγματοληψία σε δοχεία Συλλογή συνολικού δείγματος και επιμέρους δειγμάτων Αρίθμηση δειγμάτων και αρχείο καταγραφής Προσδιορισμός δειγμάτων Καταχώρηση δειγμάτων Δοκιμές πεδίου Θερμοκρασία Διαλυμένο οξυγόνο Συντήρηση δειγμάτων Διαχείριση και μεταφορά δειγμάτων Διήθηση δειγμάτων Προετοιμασία Διήθηση Εργαστηριακή ανάλυση Διαδικασία εργαστηρίου Αγωγιμότητα PH Νιτρικά φωσφορικά Θολόμετρο Αποτελέσματα μετρήσεων- διαγράμματα Αποτελέσματα Μαΐου - Αυγούστου - Σεπτεμβρίου Διαλυμένο οξυγόνο Θερμοκρασία Αγωγιμότητα Ολικά διαλυμένα στερεά (TDS) ph Θολότητα Φωσφορικά (PO 4 ) Νιτρικά Νιτρώδη ΝΟ 2 και Αμμωνιακά ΝΗ Σύγκριση μετρήσεων με προηγούμενη εργασία Διαλυμένο οξυγόνο Θερμοκρασία Αγωγιμότητα Ολικά διαλυμένα στερεά (TDS) viii

9 11.5 ph Φωσφορικά Θολότητα Νιτρικά Ομβροθερμικά διαγράμματα 2013 και Προτάσεις Βιβλιογραφία..158 ix

10 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Το νερό αποτελεί το σημαντικότερο αγαθό για την ζωή στον πλανήτη γη. Μάλιστα, το 70% της επιφάνειας του πλανήτη κατακλύζεται από το νερό των ωκεανών, οι οποίοι ρυθμίζουν το παγκόσμιο κλίμα και αποτελεί το περιβάλλον που ζουν πολλοί οργανισμοί. Επιπλέον, το νερό αποτελεί σημαντικό ποσοστό της μάζας των οργανισμών, περίπου το 60%. Το νερό είναι απαραίτητο στην γεωργία, στην βιομηχανία, στις μεταφορές, στην αναψυχή, και κυρίως στην ύπαρξη και στην επιβίωση των ζώντων οργανισμών. Όμως, τα συνολικά αποθέματα νερού, σε συντριπτικό ποσοστό που ξεπερνάει το 99%, είναι μη εκμεταλλεύσιμα και μη πόσιμα από τον άνθρωπο. Το μεγαλύτερο μέρος τους, σε ποσοστό 97% και άνω επί του συνόλου, βρίσκεται στους ωκεανούς με μεγάλη περιεκτικότητα σε άλατα, ενώ το 2,1% επί του συνόλου είναι έγκλειστα στους παγετώνες και τα παγόβουνα ή σε μεγάλα βάθη στο υπέδαφος, και άρα μη αξιοποιήσιμα. Απομένει το 0,6% επί του συνόλου των υδάτων σε αξιοποιήσιμη μορφή στις λίμνες, στους ποταμούς και στην υγρασία του εδάφους. Το φαινομενικά μικρό αυτό ποσοστό είναι στην πραγματικότητα επαρκές για την διατήρηση της ζωής, αρκεί να υπάρχει σωστή διαχείριση των υδατικών πόρων. Οι υδατικοί πόροι θεωρούνται πολύτιμο αγαθό ανεκτίμητης αξίας δεδομένου ότι εξαιτίας των επιπτώσεων που απορρέουν από τις κλιματικές αλλαγές (ερημοποίηση ξηρασία, άνοδος στάθμης νερού, πλημμύρες, υφαλμύριση των υπογείων υδάτων, αλλοίωση και διάβρωση των ακτών, υποβάθμιση των υγροτόπων, καύσωνας πυρκαγιές, ανεμοστρόβιλοι ή σίφωνες, μείωση βιοπικοιλότητας κ.α.) και την ανθρώπινη παρέμβαση η ποιότητα των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων συνεχώς υποβαθμίζεται και τα αποθέματα πόσιμου ύδατος συνεχώς ελαττώνονται. Από την άλλη πλευρά, η ανάγκη για όλο και μεγαλύτερη αξιοποίηση των υδατικών πόρων προκύπτει από την αύξηση του πληθυσμού και τις διαρκώς αυξανόμενες ανάγκες σε νερό και τροφή αλλά και από την ανάπτυξη που δημιουργεί δραστηριότητες και επομένως απαιτήσεις σε μεγαλύτερες ποσότητες νερού. H εξαιρετικά περιορισμένη ποσότητα γλυκού νερού στον πλανήτη μας, σε συνδυασμό με τις επικείμενες κλιματικές αλλαγές, όπως η υπερθέρμανσης του πλανήτη λόγω των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την αυξανόμενη ζήτηση του νερού, θέτουν σε κρίσιμη κατάσταση την διαθεσιμότητα του νερού, κάνουν επιτακτική την ανάγκη ανάπτυξης συστημάτων ελέγχου και διαχείρισης, που αποβλέπουν στη βέλτιστη διάθεση των υδατικών πόρων, αυτό που σήμερα ονομάζεται Διαχείριση Υδατικών Πόρων (ΔΥΠ). 1

11 Ένα από τα σημαντικότερα αντικείμενα της Διαχείρισης Υδατικών Πόρων είναι τα λιμναία οικοσυστήματα που αποτελούν περιβαλλοντικά αγαθά ιδιαίτερης σημασίας. Οι λίμνες συνδέονται με υδατικά οικοσυστήματα με πολλαπλή σημασία και αξία, τόσο για τον άνθρωπο, όσο και για το φυσικό περιβάλλον. Το νερό τους χρησιμοποιείται ποικιλοτρόπως (ύδρευση, άρδευση, βιομηχανία), όμως, πολύ συχνά, γίνονται οι τελικοί αποδέκτες αποβλήτων αστικής, βιομηχανικής και γεωργικής προέλευσης. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη ρύπανση των υδάτων τους και τη διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας του λιμναίου οικοσυστήματος. Πολλές λίμνες, τόσο στην Ελλάδα όσο και στον υπόλοιπο κόσμο, αντιμετωπίζουν σημαντικά προβλήματα σε ό, τι αφορά την ποιότητα των νερών τους, τα οποία αποτελούν αντικείμενο έντονης μελέτης από τους επιστήμονες. Η λίμνη Ορεστιάδα, η οποία περικυκλώνει την πόλη της Καστοριάς προσδίδοντας της θαυμάσια φυσικά τοπία, θα αποτελέσει το αντικείμενο αυτής της εργασίας. Η λίμνη αυτή αποτελεί πολύ σημαντικό φυσικό οικοσύστημα με ποικίλους και σπάνιους επιμέρους οικοτόπους, που υποστηρίζουν μεγάλη βιοποικιλότητα στην οποία περιλαμβάνονται πολλά σπάνια και απειλούμενα είδη. Η λίμνη είναι επίσης ζωτική για την πόλη της Καστοριάς και τους γύρω Δήμους, δεδομένου ότι καθορίζει τη φυσιογνωμία τους και αφετέρου είναι ένας σημαντικός φυσικός πόρος. Η προμήθεια νερού για άρδευση από την λίμνη είναι σημαντική, καθώς υπάρχουν αρκετές αγροτικές καλλιέργειες στο νομό Καστοριάς, πολλές από τις οποίες βρίσκονται περιμετρικά της λίμνης. Ως φυσικός πλούτος παίζει πολύ σπουδαίο ρόλο αναψυχής.επίσης θα πρέπει να αναφερθεί ότι ένα μικρό ποσοστό των κατοίκων του νομού ασχολείται με την αλιεία, επάγγελμα το οποίο τείνει να εκλείψει τα τελευταία χρόνια, καθώς και ότι στη λίμνη της Καστοριάς διεξάγονται κατά τακτά χρονικά διαστήματα κωπηλατικοί αγώνες. Η λίμνη βρίσκεται σε υψόμετρο 630 μέτρων, με νεφροειδές σχήμα, που οφείλεται στην εισχώρηση μιας λοφώδους χερσονήσου, στον ισθμό της οποίας είναι κτισμένη η πόλης της Καστοριάς, και αποτελεί κατάλοιπο παλιάς εκτεταμένης λίμνης. Σήμερα, η έκτασή της είναι περίπου 28 km 2. και το μέγιστο βάθος της περίπου 9 μέτρα. Οι γεωγραφικές της συντεταγμένες στο κέντρο είναι: γεωγραφικό πλάτος 40 ο 31' Β και γεωγραφικό μήκος 21 ο 18' Α. Ο όγκος των νερών της είναι περίπου κυβικά μέτρα και το ανάπτυγμα των ακτών της 30,8 km. Η λίμνη τροφοδοτείται από πολλές υπολίμνιες πηγές και από τα νερά της βροχής που είτε πέφτουν απευθείας στην επιφάνειά της, είτε καταλήγουν σ' αυτήν με την επιφανειακή απορροή μέσω των χειμάρρων που βρίσκονται κυρίως στο βόρειο και ανατολικό τμήμα της. Στο νότιο τμήμα, μια διώρυγα (ρέμα Γκιόλι) συνδέει τη λίμνη με τον ποταμό Αλιάκμονα, στον οποίο παροχετεύεται η περίσσεια των νερών της με χρήση θυροφράγματος που πρόσφατα εκσυγχρόνισε ο Δήμος Καστοριάς. 2

12 Τα τελευταία χρόνια, η λίμνη εμφανίζει τις συνέπειες της περιβαλλοντικής υποβάθμισης που υφίσταται λόγω της αλόγιστης ανθρώπινης δραστηριότητας. Ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά ζητήματα της λίμνης της Καστοριάς είναι ο ευτροφισμός. Ως ευτροφισμός ορίζεται η υπέρμετρη ανάπτυξη αυτοτροφικών φυτικών οργανισμών, κυρίως φυτοπλαγκτού και μακροφυτών, σε ένα επιφανειακό υδάτινο σώμα και είναι αποτέλεσμα του φυσικού ή τεχνητού εμπλουτισμού των νερών του με θρεπτικές ουσίες. Ο ευτροφισμός είναι ένα περιβαλλοντικό ζήτημα που έχει ως συνέπειες τη μείωση του διαλυμένου οξυγόνου στα βαθύτερα στρώματα του νερού, τη δημιουργία τοξινών που σκοτώνουν τα ψάρια, την παραγωγή ενώσεων που προσδίδουν δυσάρεστη οσμή και την υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων και απασχολεί έντονα την Περιβαλλοντική Νομοθεσία τις τελευταίες δεκαετίες. Για την βελτίωση της ποιότητας της λίμνης, ο Δήμος Καστοριάς εφαρμόζει ένα ιδιαίτερα σημαντικό πρόγραμμα ανάταξης της οικολογικής ισορροπίας της λίμνης. Έτσι, πέρα από τη λειτουργία του βιολογικού καθαρισμού για τα οικιακά λύματα της πόλης, που ξεκίνησε από τις αρχές της δεκαετίας του '90, προχώρησε τα τελευταία χρόνια στην ένταξη στον βιολογικό καθαρισμό και των παραλίμνιων κοινοτήτων, ενώ προχωρά στη διευθέτηση των εκβολών των χειμάρρων και τη διαχείριση των καλαμώνων, στοχεύοντας παράλληλα στην αδρανοποίηση των ποσοτήτων φωσφόρου και αζώτου που υπάρχουν στον πυθμένα της λίμνης από παλαιότερες περιόδους. Για τον έλεγχο και την εκτίμηση της ποιότητας μιας λίμνης κρίνεται απαραίτητη και αναγκαία η δειγματοληψία των επιφανειακών νερών της λίμνης μέσα στον χρόνο. Στην παρούσα εργασία, ασχολούμαστε με την λίμνη της Καστοριάς και μελετάμε το φαινόμενο του ευτροφισμού που παρατηρείται στη λίμνη μέσα από έρευνα και αναλύσεις. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο έλεγχος της ποιότητας των υδάτων της λίμνης της Καστοριάς η οποία δέχεται ποσότητες αποβλήτων λόγω των γεωργικών δραστηριοτήτων στην ευρύτερη περιοχή της. Πραγματοποιώντας μια εκτεταμένη και αξιόπιστη δειγματοληψία των επιφανειακών νερών μιας λίμνης ανά τακτά χρονικά διαστήματα μπορούμε να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα ως προς τον βαθμό της ρύπανσης μιας λίμνης και τον ρυθμό εξυγίανσής της μέσα στην πορεία του χρόνου.. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκαν 3 δειγματοληψίες στη λίμνη της Καστοριάς στις στις και 25 Σεπτεμβρίου Η επιλογή των παραμέτρων που ελέγχθηκαν έγιναν με βάση τη χρησιμότητα τους στον ποιοτικό προσδιορισμό του ευτροφισμού που αποτελεί και το κύριο αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας. Ο έλεγχος της ποιότητας των υδάτων της λίμνης της Καστοριάς πραγματοποιήθηκε σε 2 στάδια. Αρχικά με τη χρησιμοποίηση οργάνων μετρήσεων «επί τόπου» για τον καθορισμό παραμέτρων όπως η θερμοκρασία και το διαλυμένο οξυγόνο, και στη συνέχεια με μεταφορά των δειγμάτων στο εργαστήριο πραγματοποιήθηκε εργαστηριακή ανάλυση των δειγμάτων για τον προσδιορισμό, του ph, της αγωγιμότητας και του συνόλου των ολικών διαλυμένων στερεών 3

13 TDS (Total Dissolved Solids), των θρεπτικών αλάτων του αζώτου (αμμωνιακά NH + 4, νιτρώδη NO - 2, νιτρικά NO - 3 ) και του φωσφόρου (φωσφορικά PO 3 4 -), φορτίων στα οποία οφείλεται και το πρόβλημα του ευτροφισμού, της υπερβολικής δηλαδή ανάπτυξης φυκιών (φυτοπλαγκτού) στα επιφανειακά νερά. Στη συνέχεια επεξεργαστήκαμε τις τιμές των παραμέτρων που προέκυψαν από την ανάλυση των δειγμάτων εξετάζοντας κάθε παράμετρο ξεχωριστά. Για την πραγματοποίηση του στόχου της εργασίας που είναι ο έλεγχος και η εκτίμηση της ποιότητας, κρίνεται απαραίτητη η δειγματοληψία των επιφανειακών νερών της λίμνης σε τακτά χρονικά διαστήματα, ώστε να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα ως προς τον βαθμό ρύπανσής της και το ρυθμό εξυγίανσής της μέσα στην πορεία του χρόνου. Για την εξυπηρέτηση του παραπάνω σκοπού έχουν πραγματοποιηθεί επανειλημμένα δειγματοληψίες στη λίμνη και μέτρηση των παραμέτρων της ποιότητας του νερού. Η παρούσα εργασία αποτελεί συνέχεια μιας ανάλογης που πραγματοποιήθηκε το Αρχικά στην εργασία παρουσιάζονται μορφολογικά, κλιματολογικά, περιβαλλοντικά και οικονομικά στοιχεία του Νομού Καστοριάς όπου βρίσκεται η λίμνη με έμφαση στα οικοσυστήματα της περιοχής και της ίδιας της λίμνης. Στη συνέχεια περιγράφονται τα στοιχεία της λεκάνης απορροής της λίμνης, με υδατορέματα που εμπλουτίζουν τα νερά της με φερτά υλικά και ρύπους. Παρατίθενται εδώ και τα γεωλογικά και υδρογεωλογικά στοιχεία της. Όλα τα παραπάνω επηρεάζουν την ποιότητα των νερών που είναι ο στόχος της εργασίας. Όταν αναφερόμαστε στην υποβάθμιση των νερών μιας λίμνης κυρίως αναφερόμαστε στο φαινόμενο του ευτροφισμού. Για το λόγο αυτό, πριν προχωρήσουμε στην κυρίως έρευνα παραθέτουμε τρεις ενότητες με τους παράγοντες που καθορίζουν το φαινόμενο του ευτροφισμού που είναι : α) Το διαλυμένο οξυγόνο για το οποίο παρουσιάζονται μαθηματικά μοντέλα ισοζυγίου οξυγόνου στο νερό. Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται εκτενώς και το φαινόμενο του ευτροφισμού. β) Τα άλατα του αζώτου και γι αυτό παρουσιάζεται ο κύκλος του αζώτου στα υδάτινα οικοσυστήματα. γ) Τα άλατα φωσφόρου όπου πάλι παρουσιάζεται ο κύκλος του φωσφόρου στα ίδια συστήματα. Ακολούθως περιγράφεται η κυρίως έρευνα, για την οποία πραγματοποιήθηκαν τρεις δειγματοληψίες στη λίμνη της Καστοριάς σε δεκαπέντε σημεία στην επιφάνεια και σε βάθος δύο μέτρων, στις 8/5/2016, στις 28/8/2016 και στις 25/9/2016. Η επιλογή των παραμέτρων που ελέγχτηκαν έγιναν με βάση τη χρησιμότητά τους στον ποιοτικό προσδιορισμό του ευτροφισμού. Ο έλεγχος της ποιότητας των υδάτων έγινε σε δύο στάδια. Αρχικά με τη χρησιμοποίηση οργάνων μετρήσεων «επί τόπου» για τον καθορισμό παραμέτρων όπως η 4

14 θερμοκρασία και το διαλυμένο οξυγόνο και στη συνέχεια με μεταφορά των δειγμάτων στο εργαστήριο για τον προσδιορισμό του ph, της αγωγιμότητας, των ολικά διαλυμένων + στερεών TDS, των θρεπτικών αλάτων του αζώτου (αμμωνιακά NH 4, Νιτρώδη NO - 2, νιτρικά NO - 3, και του φωσφόρου (φωσφορικά PO 3-3 ), προσδιορίστηκαν οι τιμές των παραμέτρων. Όλες αυτές οι τιμές παρατίθενται σε πίνακες ξεχωριστά για την κάθε μία και παριστάνονται σε αντίστοιχα διαγράμματα. Ακολούθως σχολιάζονται τα αποτελέσματα. Όπως προαναφέρθηκε, η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε ως συνέχεια άλλης του 2013, ώστε να διερευνηθεί η πορεία της ποιότητας των νερών με την πάροδο του χρόνου, γι αυτό ακολουθεί ένα κεφάλαιο όπου γίνεται σύγκριση των τιμών όλων των παραπάνω παραμέτρων, του 2013 και των τωρινών του 2016 και εξάγονται συμπεράσματα. Τελικό κεφάλαιο της εργασίας αποτελούν οι προτάσεις για τη βελτίωση της ποιότητας των νερών της λίμνης. 5

15 Κεφάλαιο 2 Ισοζύγιο οξυγόνου στα υδατικά συστήματα 2.1 Αποξυγόνωση του νερού λόγω οξείδωσης των οργανικών ουσιών Η υποβάθμιση της ποιότητας ενός υδατορεύματος που δέχεται οργανικά απόβλητα προκαλείται κυρίως από τη μεγάλη ποσότητα οξυγόνου που χρειάζεται για την αερόβια διάσπασή τους σε σύγκριση με την ποσότητα διαλυμένου οξυγόνου που συγκρατείται στο νερό (Αντωνόπουλος, 2003). Το αποτέλεσμα είναι να μειώνεται το οξυγόνο που, πολλές φορές, φθάνει σε επίπεδο που δεν είναι αρκετό για την υποστήριξη της ζωής πολλών ειδών των υδρόβιων οργανισμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις η μείωση του οξυγόνου είναι τέτοια που εμφανίζεται και αναερόβια διάσπαση στο νερό που δέχεται τα απόβλητα. Για τη μέτρηση της ζήτησης οξυγόνου στο νερό που περιέχει οργανικά απόβλητα έχει καθιερωθεί ο προσδιορισμός της λεγάμενης βιοχημικής ζήτησης οξυγόνου (BOD). Το BOD μιας υδάτινης μάζας που περιέχει οργανικά απόβλητα ορίζεται σαν η ποσότητα του οξυγόνου που χρειάζονται οι μικροοργανισμοί για την αερόβια διάσπαση της ποσότητας της οργανικής ουσίας κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου και υπό ορισμένη θερμοκρασία. Η καμπύλη που εκφράζει την κατανάλωση οξυγόνου κατά την οξείδωση της οργανικής ύλης σε σχέση με το χρόνο είναι γνωστή σαν καμπύλη ζήτησης οξυγόνου(σχήμα 2.1). Η ζήτηση του οξυγόνου επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, επειδή η όλη διαδικασία της οξείδωσης των οργανικών ουσιών είναι μια βιολογική διαδικασία ευαίσθητη σης μεταβολές της θερμοκρασίας. 6

16 Διάγραμμα 2.1: Καμπύλη ζήτησης οξυγόνου (Αντωνόπουλος, 2003) Εκτός από τη βιοχημική ζήτηση οξυγόνου (BOD), για την περιγραφή της ποιότητας του νερού που δέχεται οργανικά απόβλητα χρησιμοποιείται και ο όρος της χημικής ζήτησης οξυγόνου (COD), που εκφράζει την ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την οξείδωση της οργανικής ουσίας με οξειδωτικά μέσα. Το COD είναι λίγο μεγαλύτερο από το BOD γιατί περιλαμβάνει και τις μη βιολογικά αποικοδομήσιμες οργανικές ουσίες. Ο ρυθμός μεταβολής του BOD κατά τους Streeter and Phelps (1925) είναι ανάλογο ςπρος την ποσότητα οργανικής ύλης που δεν έχει οξειδωθεί και εκφράζεται από τη σχέση: dl/dt=-k ] L (2.1) όπου: L είναι η συγκέντρωση της οργανικής ουσίας εκφρασμένης σε ποσότητα οξυγόνο που χρειάζεται για την πλήρη οξείδωσή της, t είναι ο χρόνος και Κ ] είναι μια σταθερά γνωστή και σαν σταθερά αποξυγόνωσης. Από την διαφορική εξίσωση (2.1) προκύπτει η συνάρτηση του BOD με το χρόνο που έχει τη μορφή L t = Le KIt ή y = L(1-e KIt ) όπου: L είναι το τελικό BOD, y είναι το οξυγόνο που καταναλώθηκε μέχρι το χρόνο t και L t είναι το οξυγόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση της οξείδωσης της οργανικής ουσίας μετά το χρόνο ί. Ισχύει δηλαδή: L = Y+L t 7

17 Η επίδραση της θερμοκρασίας στο ρυθμό μεταβολής του BOD εκφράζεται από μια σχέση που συνδέει το ρυθμό της αντιδράσεως στη θερμοκρασία του συστήματος με μια θερμοκρασία αναφοράς, που είναι η θερμοκρασία των 20 C, και που έχει τη μορφή Κ t (Τ) = Κ ] (20 C) (Τ-20) όπου: Κ, (Τ) και Κ ] (20 C) είναι οι σταθερές αποξυγόνωσης στις θερμοκρασίες Τ και 20 C αντίστοιχα. Η εκτίμηση των σταθερών Kj και L της συνάρτησης του BOD γίνεται με την βοήθεια μιας σειράς δεδομένων από πειραματικές μετρήσεις της κατανάλωσης οξυγόνου με το χρόνο για τα δεδομένα απόβλητα ή τη σύνθεση του νερού του υδατορεύματος. 2.2 Επαναερισμός του νερού των υδάτινων οικοσυστημάτων Οι δυσμενείς επιπτώσεις της μείωσης του οξυγόνου από την οξείδωση των οργανικών ουσιών αντιμετωπίζεται στη φύση με τη διαδικασία του επαναερισμού των υδάτινων συστημάτων. Με τη διαδικασία αυτή το οξυγόνο και τα άλλα αέρια της ατμόσφαιρας ανανεώνουν τα αντίστοιχό τους που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό των συστημάτων. Το γεγονός ότι με τον επαναερισμό ανανεώνεται το οξυγόνο του νερού δεν αποτελεί και εγγύηση ότι ικανοποιητικές ποσότητές του θα είναι διαθέσιμες στην κατάλληλη θέση του ρεύματος για την κατάλληλη χρήση. Η ευαισθησία των ψαριών στις χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου διαφέρει ανάλογα με το είδος τους, ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξής τους (αυγά, λάβρες και ενήλικα) και ανάλογα των συνθηκών ανάπτυξής τους (διαθεσιμότητα τροφής, ταχύτητα ανάπτυξης και αναπαραγωγής τους). Όταν οι άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες είναι σε κανονικά επίπεδα η ελάχιστη τιμή του διαλυμένου οξυγόνου που να ικανοποιεί στις περισσότερες περιπτώσεις και δράσεις του βιολογικού κύκλου είναι τα 5 ppm. Επειδή το επίπεδο του διαλυμένου οξυγόνου σε ένα ποτάμι κυμαίνεται κατά μήκος και στο χρόνο δεν μπορούν να ορισθούν κριτήρια που να βασίζονται μόνο σε μια ελάχιστη τιμή του η οποία μπορεί να παραβιασθεί, αλλά θα πρέπει να αναφέρεται σαν ελάχιστη τιμή και σαν ποσοστό εμφάνισής της (π.χ. ελάχιστη τιμή 5 ppm και 95% να παραβιάζεται) για ένα ορισμένο χρόνο. Η ταχύτητα εισόδου του οξυγόνου στη μάζα του νερού εξαρτάται από την ποσότητα οξυγόνου που είναι διαθέσιμη για μεταφορά και από το έλλειμμα στη μάζα του νερού. Αν και το έλλειμμα οξυγόνου είναι ο κύριος παράγοντας της ταχύτητας επαναερισμού, η πραγματική ποσότητα οξυγόνου που θα εισέλθει στο νερό εξαρτάται από τα φυσικά και υδρολογικά χαρακτηριστικά του ποταμού, όπως είναι η θερμοκρασία, το βάθος ροής, ο διαθέσιμος όγκος νερού και το τυρβώδες του ποταμού. Μια άλλη διαδικασία αύξησης του οξυγόνου είναι η φωτοσύνθεση των υδρόβιων φυτών. 8

18 Η ταχύτητα επαναερισμού έχει σχέση με τη μεταφορά μάζας των αερίων σε ένα διφασικό μέσο που στην περίπτωση του επαναερισμού είναι ο αέρας της ατμόσφαιρας και το νερό, και είναι ανάλογη με τη διαφορά μεταξύ της υπάρχουσας συγκέντρωσης και της συγκέντρωσης ισορροπίας του αερίου στο υδατικό διάλυμα. Η σχέση αυτή περιγράφεται από την εξίσωση: dc/dt = K 2 (C s -C) (2.2) όπου: C : είναι η συγκέντρωση του οξυγόνου, C s : είναι η συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου και Κ 2 : είναι μία σταθερά αναλογίας, γνωστή και σαν σταθερά επαναερισμού. Αν η διαφορά D = C s - C θεωρηθεί ότι είναι το έλλειμμα οξυγόνου στο νερό η εξίσωση (2.2) γράφεται dd!dt = -K 2 D (2.3) Η συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη βαρομετρική πίεση και την αλατότητα του νερού. Μια απλή σχέση που εκφράζει τη συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου σαν συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας είναι η εξής: C s = T T T 3 (2.4) στην οποία C s είναι η συγκέντρωση οξυγόνου που αντιστοιχεί στον κορεσμό, και Τ είναι η θερμοκρασία σε C. Η διαλυτότητα του οξυγόνου μειώνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των αλάτων. Για το θαλασσινό νερό, η σχέση (2.4) πρέπει να πολλαπλασιασθεί με τον παράγοντα (1 - S/100000), στον οποίο S είναι η συγκέντρωση χλωρίου στο νερό εκφρασμένη σε ppm. Η συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου στο γλυκό νερό στους 20 C και Ρ = 760 mmhg είναι ίση με 9,15 ppm. Στο θαλασσινό νερό όπου η συγκέντρωση C1 είναι κατά μέσο όρο S = ppm, η συγκέντρωση κορεσμού του οξυγόνου είναι 7,41 ppm. Από τη σχέση (2.3) γίνεται φανερό ότι για την εκτίμηση του επαναερισμού σημαντικό ρόλο έχει ο συντελεστής επαναερισμού Κ 2. Στις περισσότερες εξισώσεις των εμπειρικών μοντέλων που έχουν προταθεί για τον υπολογισμό του ο συντελεστής αυτός θεωρείται ανάλογος με την μέση ταχύτητα ροής και αντιστρόφως ανάλογος με το βάθος ροής. Στη συνέχεια δίνονται μερικές εμπειρικές εξισώσεις υπολογισμού του Κ. 2, που παρουσίασε ο Rathbum το Εξίσωση των Churchill et al. (1962), K 2 = V 0 97 H 1 67 (2.5) Εξίσωση των Owens et al. (1964), K 2 = V 0 73 H 1 75 (2.6) Εξίσωση των Bennett - Rathbum (1972). Κ 2 = V 0,607 H 1,689 (2.7) 9

19 Στις εξισώσεις αυτές ο συντελεστής επαναερισμού εκφράζεται σε ώρες -1. Η τιμή του Κ 2 όμως επηρεάζεται από ορισμένους παράγοντες που είναι 1) η ύπαρξη οργανικής ουσίας στο νερό, 2) η ανάπτυξη μικροφυκών, 3) οι αποθέσεις βούρκου σων πυθμένα και 4) η παρουσία ορισμένων ουσιών, όπως τα απορρυπαντικά και τα λάδια που περιορίζουν άμεσα και σημαντικά το ρυθμό του επαναερισμού.ο σημαντικότερος όμως παράγοντας από τον οποίο εξαρτάται ο επαναερισμός είναι η θερμοκρασία. Μια σχέση που συνδέει την τιμή του Κ 2 σε οποιαδήποτε θερμοκρασία με αυτή του Κ 2 στη θερμοκρασία των 20 C έχει τη μορφή 2.3 Ισοζύγιο οξυγόνου στο νερό Το διαλυμένο οξυγόνο που υπάρχει στο νερό σε κάποιο τμήμα είναι το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης των διαδικασιών αποξυγόνωσης και επαναερισμού Ισοζύγιο Οξυγόνου με Νιτροποίηση και Φωτοσύνθεση Το ισοζύγιο του οξυγόνου εκτός από ης δύο διαδικασίες που αναφέρθηκαν, την αποξυγόνωση λόγω της οξείδωσης των ανθρακούχων οργανικών ουσιών και τον επαναερισμό, επηρεάζεται και από την οξείδωση των αζωτούχων οργανικών ενώσεων, από τη φωτοσύνθεση και από τη ζήτηση οξυγόνου για την οξείδωση των οργανικών ιζημάτων του πυθμένα των ποταμών και λιμνών. Το οξυγόνο που καταναλώνεται για την οξείδωση των αζωτούχων οργανικών ενώσεων είναι γνωστό σαν αζωτούχος ζήτηση οξυγόνου (NBOD). Το οξυγόνο αυτό απαιτείται κυρίως για τη νιτροποίηση της αμμωνίας που είναι το προϊόν της υδρόλυσης των αζωτούχων οργανικών ενώσεων. Η σημασία της NBOD είναι μεγάλη τόσο για τα υδατορεύματα, όσο και για τις λίμνες γιατί είναι μια πρόσθετη ζήτηση οξυγόνου και γιατί τα τελευταία χρόνια στα συστήματα επεξεργασίας λυμάτων επιτυγχάνεται σημαντική μείωση των οργανικών ανθρακούχων αποβλήτων αλλά τα επεξεργασμένα λύματα συνεχίζουν να έχουν υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνιακού αζώτου. Επειδή για την οξείδωση 1 mg / 1 ΝΗ 4 - Ν απαιτούνται περίπου 4,57 mg/1 οξυγόνου, για το λόγο αυτό κατά τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισοδύναμης ποσότητας οξυγόνου για την πλήρη οξείδωση της αμμωνίας, η συγκέντρωση του ΝΗ 4 -Νπολλαπλασιάζεται επί 4,57. Η άλλη σημαντική διαδικασία που επηρεάζει τη διακύμανση του διαλυμένου στο νερό οξυγόνου είναι η φυτοσύνθεση των χλωροφυλλούχων φυτών. Η πηγή αυτή οξυγόνου δεν είναι συνεχής αλλά μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου επειδή εξαρτάται από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία. Για να συμπεριληφθεί σε ένα απλό μαθηματικό μοντέλο πρέπει αυτό να περιλαμβάνει τη μεταβολή της εξαρτημένης μεταβλητής με το χρόνο. (2.8) 10

20 Όλες οι διαδικασίες που προαναφέρθηκαν και που επηρεάζουν το διαλυμένο οξυγόνο παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα 2.1: Σχήμα 2.1: Αλληλεπιδράσεις των ενώσεων και διαδικασίες που επηρεάζουν το ισοζύγιο του διαλυμένου οξυγόνου 2.4 Ευτροφισμός Η διαδικασία με την οποία η μάζα του νερού των λιμνών και των υδατορευμάτων εμπλουτίζεται με θρεπτικά στοιχεία και έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγικότητάς τους, λέγεται ευτροφισμός. Η αύξηση της παραγωγικότητας έχει σαν συνέπεια την υπέρμετρη ανάπτυξη κυρίως των μικροφυκών και γενικά της βιομάζας στο νερό, που οδηγεί στην ποιοτική υποβάθμισή του. Ο εμπλουτισμός των λιμνών με θρεπτικά στοιχεία είναι ένα φυσικό φαινόμενο και μια βαθμιαία διαδικασία κατά την περίοδο της ζωής τους. Αυτή η διαδικασία του ευτροφισμού απαιτεί μεγάλες χρονικές περιόδους (π.χ. αιώνες), αν και πρόσφατα σε μερικές λίμνες παρατηρήθηκε η δημιουργία ευτροφικών συνθηκών σε λίγες δεκαετίες ή και σε ακόμα μικρότερο χρόνο. Αυτός ο επιταχυνόμενος ευτροφισμός, οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην έκπλυση του φωσφόρου και του αζώτου από τα εδάφη προς τα υδάτινα σώματα. Η εντατικοποίηση της γεωργίας με την αύξηση της χρησιμοποίησης των λιπασμάτων του φωσφόρου και του αζώτου και η διοχέτευση των υγρών αποβλήτων των οικισμών (τα απορρυπαντικά έχουν σαν βάση το φώσφορο) είναι οι κυριότερες πηγές των θρεπτικών στοιχείων. Η διαδικασία του ευτροφισμού περιγράφει τον εμπλουτισμό του νερού των λιμνών με θρεπτικά στοιχεία. Η βαθμιαία προσθήκη θρεπτικών στοιχείων σε μια αρχικά φτωχή σε θρεπτικά στοιχεία λίμνη (ολιγότροφος) δημιουργεί, βαθμιαία συσσώρευση θρεπτικών 11

21 στοιχείων (τόσο στη μάζα του νερού όπως και στα ιζήματα του πυθμένα)με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητας του νερού, που λέγεται ευτροφικό (σχήμα 2..2). Το πιο εμφανές πρόβλημα σε μία ρηχή λίμνη όπως η λίμνη της Καστοριάς είναι η μετάβαση σε μία κατάσταση που χαρακτηρίζεται από μεγάλη αύξηση κυανοφυκών (ορισμένων τοξικών) και μαζική συσσώρευσή τους στο επιφανειακό στρώμα νερού (φαινόμενο άνθισης του νερού). Σε περιπτώσεις μεταφοράς με τον άνεμο μεγάλων ποσοτήτων κυανοφυκών στις ακτές και παραμονή τους για αρκετό χρονικό διάστημα παρατηρούνται ανοξικές συνθήκες στο νερό λόγω της έντονης αποικοδόμησης της φυτοπλαγκτικής βιομάζας από το βακτηριοπλαγκτόν και ως εκ τούτου της κατανάλωσης του διαλυμένου οξυγόνου. Σε φυσικά συστήματα, χωρίς ανθρωπογενείς επιδράσεις, η πορεία του ευτροφισμού είναι αργή με ρυθμούς που εξαρτώνται από τη γεωλογία της λεκάνης απορροής. Όμως από τη δεκαετία του 50 μέχρι και του 70 συνέβησαν δραματικές αυξήσεις στις εισερχόμενες ποσότητες των θρεπτικών σε λίμνες των ανεπτυγμένων χωρών και ο ευτροφισμός (ανθρωπογενής) προχώρησε με πολύ γρήγορους ρυθμούς με την εμφάνιση έντονων προβλημάτων στις λίμνες. Έτσι από τη δεκαετία του 80 άρχισε η προσπάθεια για αποκατάσταση των λιμνών αυτών (Μουστάκα κ.ά.,1999). Σχήμα 2.2: Εξέλιξη της τροφικής κατάστασης μιας λίμνης στο χρόνο (Μουστάκα, 1999) Η κατάσταση κάθε υδάτινου ως προς τα περιεχόμενα θρεπτικά στοιχεία, που λέγεται τροφική κατάσταση (trophic status) μπορεί να ταξινομηθεί σε μια κλίμακα από την ολιγοτροφία μέχρι τον ευτροφισμό. Η ταξινόμηση αυτή είναι υποκειμενική και σχετική. Η εταιρεία προστασίας του περιβάλλοντος της Αμερικής (U.S.EPA, 1972)καθόρισε τα παρακάτω κριτήρια για τον καθορισμό της κατάστασης μιας λίμνης: 1. την πτώση της υπολιμνετικής συγκέντρωσης του οξυγόνου, 2. την αύξηση της συγκέντρωσης των θρεπτικών στοιχείων, 3. την αύξηση των αιωρουμένων στερεών και ειδικά των οργανικών ουσιών, 4. την προοδευτική μεταβολή του πληθυσμού των διατόμων σε πληθυσμούς όπου κυριαρχούν τα γαλαζοπράσινα ή τα πράσινα φύκη, 12

22 5. τη μείωση της διαπερατότητας του φωτός και 6. την αύξηση των συγκεντρώσεων του φωσφόρου στα ιζήματα. Έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες για να βρεθεί τρόπος πρόβλεψης του τροφικού επιπέδου του νερού σαν συνάρτηση είτε του φορτίου των θρεπτικών στοιχείων που εισέρχεται στις λίμνες, είτε κάποιων άλλων μετρήσιμων ποσοτήτων. Για το σκοπό αυτό ο Vollenweider (1976) χρησιμοποίησε τη συγκέντρωση φωσφόρου. Σύμφωνα με αυτόν, λίμνες που έχουν συγκέντρωση φωσφόρου μεταξύ 10 και 20 mg/m 3 θεωρούνται μεσότροφες, ενώ λίμνες με συγκέντρωση κάτω από 10 mg/m 3 είναι ολιγότροφες και οι λίμνες που περιέχουν φώσφορο περισσότερο από 20 mg/m 3 θεωρούνται εύτροφες. Ο ευτροφισμός μπορεί να εκτιμηθεί με μαθηματικά μοντέλα που συσχετίζουν το τροφικό επίπεδο με τη φόρτιση των λιμνών με θρεπτικά στοιχεία, τόσο από εξωτερικές πηγές, όσο και από την ανακύκλωση μέσα στη λίμνη. Ένα απλό μαθηματικό μοντέλο αναπτύχθηκε από τον Vollenweider (1975) στο οποίο συσχετίζεται η ετήσια φόρτιση με φώσφορο με το μέσο βάθος της λίμνης και το βαθμό εμπλουτισμού της. Με το παρακάτω σχήμα μπορεί να εκτιμηθεί η κατάσταση της λίμνης με βάση την ετήσια φόρτιση με φώσφορο και το μέσο ετήσιο υδραυλικό φορτίο (ίσο με το λόγο του μέσου βάθους προς το χρόνο ανανέωσης του νερού). Διάγραμμα 2.2: Σχέση φόρτισης με φώσφορο και υδραυλικού φορτίου (q=z/t) στις λίμνες για διαφορετικά τροφικά επίπεδα. Η επιτρεπτή φόρτιση που μπορεί να εκτιμηθεί από το ίδιο διάγραμμα είναι η μεγίστη επιτρεπόμενη για να παραμείνει η λίμνη ολιγοτροφική. Οι τιμές αυτές για το φώσφορο είναι η οριακή καμπύλη μεταξύ ολιγοτροφίας και μεσοτροφίας των λιμνών. Μεγαλύτερη φόρτιση της λίμνης οδηγεί σε ευτροφική κατάσταση. Η μέση συγκέντρωση του φωσφόρου σε μια 13

23 λίμνη μπορεί να εκτιμηθεί με την παρακάτω εξίσωση που προέρχεται από την εξίσωση του ισοζυγίου μάζας : (2.9) όπου: Ρ είναι η μέση συγκέντρωση φωσφόρου του νερό της λίμνης (g/m 3 ), L είναι η ετήσια φόρτιση της λίμνης με φώσφορο ανά μονάδα επιφάνειάς της (g/m 2 - έτος), q είναι το ετήσιο υδραυλικό φορτίο (m 3 / m 2 - έτος) που είναι ίσο με το λόγο του μέσου βάθους προς το χρόνο ανανέωσης του νερού (z/t), z είναι το μέσο βάθος της λίμνης (m), και t είναι ο χρόνος ανανέωσης του νερού (έτη), ίσος με το λόγο του μέσου βάθους προς το υδραυλικό φορτίο. Από τη σχέση (2.9) μπορεί να υπολογιστεί το επιτρεπτό φορτίο φωσφόρου ώστε η λίμνη να παραμένει ολιγοτροφική και το κρίσιμο που δείχνει τον κίνδυνο η λίμνη να γίνει ευτροφική. (2.10) Οι αντίστοιχες τιμές για το επιτρεπτό και το κρίσιμο φορτίο φωσφόρου υπολογίζονται για τις συγκεντρώσεις Pc των 10 και 20 mg/m 3. Η αύξηση της βιομάζας που παρατηρείται με την βαθμιαία αύξηση των θρεπτικών στοιχείων στις λίμνες είναι αρχικά ευνοϊκή, επειδή η λίμνη γίνεται περισσότερο παραγωγική. Με την πάροδο του χρόνου η αύξηση της βιομάζας είναι τέτοια που τελικά οδηγεί στην εξαφάνιση του διαλυμένου οξυγόνου, καθώς τα βακτήρια αποικοδομούν τα οργανικά υλικά και καταναλώνουν οξυγόνο. Η ταχύτητα μείωσης του οξυγόνου είναι μεγαλύτερη το καλοκαίρι όταν η πρωτογενής παραγωγικότητα είναι μεγαλύτερη, και ακόμα μεγαλύτερη στα βαθιά νερά προκαλώντας τον θάνατο των ψαριών. Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί (φύκη) παράγουν οξυγόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας και καταναλώνουν αυτό κατά τη νύχτα έτσι που επηρεάζουν την διακύμανση του οξυγόνου του νερού στο εικοσιτετράωρο. Η μεγάλη βιομάζα προκαλεί διακύμανση του οξυγόνου από τον υπερκορεσμό κατά την ημέρα μέχρι την πλήρη εξαφάνισή του κατά τη νύχτα. Η αύξηση της βιομάζας στα πρώτα στάδια του ευτροφισμού προκαλείται από την αύξηση των παραγωγών οι οποίοι αργότερα μειώνονται υπέρ των καταναλωτών. Στη μάζα του νερού των λιμνών οι παραγωγοί (π.χ. φύκη) χρησιμοποιούν τα ανόργανα θρεπτικά στοιχεία και με την φωτοσύνθεση δημιουργούν οργανική ύλη. Το υλικό αυτό καταναλώνεται από τους μη φωτοσυνθετικούς οργανισμούς (ή καταναλωτές) οι οποίοι δεν έχουν την ικανότητα να συνθέσουν οργανικά υλικά για την τροφή τους. Υπάρχουν όμως και 14

24 καταναλωτές οι οποίοι τρέφονται από καταναλωτές χαμηλότερων σταδίων. Παράλληλα με το θάνατο των οργανισμών (είτε παραγωγών ή καταναλωτών) οργανικά υλικά αποβάλλονται από την τροφική αλυσίδα, τα οποία μπορούν να καταναλωθούν από τους αποσυνθέτες που μετατρέπουν τα οργανικά υλικά σε ανόργανα στοιχεία τα οποία επιστρέφουν στο αρχικό στάδιο της τροφικής αλυσίδας για να ξαναχρησιμοποιηθούν από τους παραγωγούς. Οι συνέπειες του ευτροφισμού εξαρτώνται από τη χρήση του νερού. Το νερό των ταμιευτήρων που περιέχει μεγάλη μάζα φυτοπλαγκτού δημιουργεί προβλήματα στα φίλτρα των δικτύων διανομής του νερού και της εκροής τους. Ορισμένα φύκη εκκρίνουν τοξίνες, οι οποίες προκαλούν προβλήματα στους ανθρώπους και τα ζώα που κολυμπούν ή πίνουν απ' αυτό το νερό. Τα φύκη ακόμα περιορίζουν τη διαφάνεια ου νερού και δίνουν σ αυτό σκοτεινή πράσινη εμφάνιση. Η πιο επιτυχής διαδικασία απομάκρυνσης των φυκών είναι η βραδεία διύλιση σε άμμο, η οποία είναι χρονοβόρα και απαιτεί μεγάλη έκταση. Η γεύση και το χρώμα που δίνουν τα φύκη στο νερό διατηρούνται μέσα στο δίκτυο μέχρι τη χρήση του. Τα νεκρά υλικά της βιομάζας στις εύφορες λίμνες καθιζάνουν στον πυθμένα κάνοντας το υπολίμνιο ανοξικό, χωρίς οξυγόνο. Στους ταμιευτήρες, που κατασκευάζονται για τη διαχείριση των ποταμών, η εκροή ανοξικού νερού μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στα κατάντη γι αυτό η υδροληψία του νερού πρέπει να γίνεται από το επιλίμνιο. Στις λίμνες που χρησιμοποιούνται για αναψυχή, η υψηλή συγκέντρωση φυκών και η σε μεγάλη έκταση ανάπτυξη μακρόφυτων αποθαρρύνουν τους χρήστες δυσφημίζοντας την αισθητική αξία της. Οι κολυμβητές σε ευτροφικά νερά, συνήθως υποφέρουν από τη φαγούρα των κολυμβητών, που είναι μια χρόνια δερματίτιδα που προέρχεται από τις τοξίνες των φυκών. Επίσης μπορεί να δημιουργηθούν αναπνευστικά προβλήματα και ερεθισμός των ματιών. Από την κατανάλωση του νερού προκαλούνται γαστρεντερίτιδες, διάρροια, εμετός, κράμπες και πόνοι στις αρθρώσεις. Ο ευτροφισμός είναι ουσιαστικά μια διαδικασία που συμβαίνει σε στάσιμα υδάτινα σώματα (lentic), όπως είναι οι λίμνες και οι ταμιευτήρες και όχι των κινούμενων μερών των ποταμών και των εκβολών τους. Στα ποτάμια που έχουν χαμηλές συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου και στα οποία αναπτύσσονται παρόχθια μακρόφυτα, οι πηγές των θρεπτικών στοιχείων είναι τα ιζήματα. Τα ποτάμια και οι εκβολές τους θεωρούνται ευτροφικά, όταν περιέχουν μεγάλες συγκεντρώσεις θρεπτικών στοιχείων αλλά από μόνα τους δεν μπορούν να αναπτύξουν τις διαδικασίες ευτροφισμού. 15

25 Κεφάλαιο 3 Ο κύκλος του αζώτου στα υδατικά συστήματα 3.1 Γενικά Το άζωτο είναι ένα από τα βασικά στοιχεία της ζωής, επειδή αποτελεί δομικό στοιχείο των πρωτεϊνών. Στο φυσικό περιβάλλον βρίσκεται με τη μορφή διαφορετικών ενώσεων. Η δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ των ενώσεων αυτών δημιουργεί τον κύκλο του αζώτου (Σχήμα 3.1). Το άζωτο στη μοριακή του μορφή (Ν 2 ) είναι το κύριο συστατικό της ατμόσφαιρας, καταλαμβάνοντας το 78% του όγκου της. Η μορφή αυτή του αζώτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο από ένα περιορισμένο αριθμό οργανισμών μέσα από τη διαδικασία δέσμευσης, μετατρέποντας το άζωτο της ατμόσφαιρας, σε μια πιο βιολογικά διαθέσιμη μορφή του. Άλλοι οργανισμοί είναι ικανοί να χρησιμοποιούν το δεσμευμένο άζωτο είτε καταναλώνοντας τους οργανισμούς που το έχουν δεσμεύσει είτε με την αφομοίωση των προϊόντων τους. Οι διαδικασίες της ανοργανοποίησης και της νιτροποίησης του αζώτου γίνονται κάτω από αερόβιες συνθήκες, που όταν αυτές γίνουν αναερόβιες, οι αντιδράσεις αντιστρέφονται με αποτέλεσμα το δεσμευμένο άζωτο να μετατρέπεται στην αέρια μορφή. Αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα και έτσι συμπληρώνεται ο κύκλος. Η αμμωνία, τα νιτρικά, τα νιτρώδη, τα οργανικά σύμπλοκα του αζώτου και το αέριο άζωτο είναι οι πιο σημαντικές μορφές του αζώτου στο υδάτινο περιβάλλον. Οι σχέσεις και οι μετασχηματισμοί τους δίνονται στο Σχήμα 3.1. Οι κύκλοι του αζώτου στο υδάτινο και το εδαφικό περιβάλλον είναι παρόμοιοι, διαφέρουν όμως στα μεγέθη που τους αποτελούν. Η υδάτινη βιομάζα είναι μόνο το ένα τριακοστό του μεγέθους της στο έδαφος, αν και η πρωτογενής παραγωγικότητα στο έδαφος είναι διπλάσια. 16

26 Σχήμα 3.1: Ο κύκλος του αζώτου στο νερό (Αντωνόπουλος, 1984) Οι μετασχηματισμοί του αζώτου στο περιβάλλον οφείλονται σε βιολογικές και μη βιολογικές διαδικασίες. Οι σπουδαιότερες μη βιολογικές διαδικασίες είναι η αεριοποίηση της αμμωνίας και των άλλων αέριων μορφών του αζώτου, η καθίζηση των αιωρουμένων μορφών του οργανικού αζώτου και η προσρόφηση της αμμωνίας, για παράδειγμα από τα στερεά υλικά. Στις βιολογικές διαδικασίες μετασχηματισμού του αζώτου υπάγονται, η δέσμευση του αζώτου που είναι μια αναγωγική διαδικασία του αερίου αζώτου και η μετατροπή του σε αμμωνία και οργανικό άζωτο με τους μικροοργανισμούς, η αφομοίωση των ανόργανων μορφών του αζώτου (της αμμωνίας και των νιτρικών) από τα φυτά και τους μικροοργανισμούς σχηματίζοντας οργανικό άζωτο, η ετεροτροφική μετατροπή του οργανικού αζώτου από ένα οργανισμό σε ένα άλλο, η αμμωνιοποίηση του οργανικού αζώτου με παραγωγή αμμωνίας κατά τη διάρκεια της αποικοδόμησης των οργανικών υλικών, η νιτροποίηση που είναι η διαδικασία της οξείδωσης της αμμωνίας σε νιτρικά και η απονιτροποίηση με την οποία τα βακτήρια ανάγουν τα νιτρικά σε οξείδια του αζώτου (Ν 2 Ο) και μοριακό άζωτο (Ν 2 ) κάτω από ανοξικές συνθήκες. Η νιτρική μορφή του αζώτου είναι η πιο οξειδωμένη μορφή του αζώτου. Σε υδατικά διαλύματα είναι χημικά ανενεργός. Οι υψηλές συγκεντρώσεις τους στο πόσιμο νερό αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα σε πολλές χώρες του κόσμου. Οι συγκεντρώσεις των 17

27 νιτρικών, εκφρασμένες σε άζωτο (ΝΟ 3 -Ν) σε μη ρυπασμένα επιφανειακά νερά(ποτάμια και λίμνες) κυμαίνονται σε τιμές μικρότερες του 0,1 μέχρι 1 mg/l. Επίπεδα νιτρικών μεγαλύτερα από 1 mg/l δείχνουν ανθρωπογενείς επιδράσεις, όπως αστικών λυμάτων και απορροής από αστικές και γεωργικές εκτάσεις. Στις λίμνες τα επίπεδα συγκέντρωσης του νιτρικού αζώτου είναι συνήθως μικρότερα από 1 mg/l και συνήθως είναι μικρότερα από 0,1 mg/l κατά τους θερινούς μήνες. Τιμές που υπερβαίνουν τα 0,3 mg/l ευνοούν την ανάπτυξη ευτροφικών συνθηκών. Στα υπόγεια νερά η εικόνα είναι διαφορετική. Τα τυπικά επίπεδα συγκεντρώσεων νιτρικού αζώτου κυμαίνονται από 0,01 mg/l μέχρι και μεγαλύτερα από 20 mg/l που εξαρτώνται από την περιοχή και τις ανθρωπογενείς επιδράσεις. 3.2 Το άζωτο στα απόβλητα και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις Τα υγρά απόβλητα περιέχουν τρεις μορφές του αζώτου, οργανικό, αμμωνιακό και νιτρικό άζωτο και σε μερικές περιπτώσεις μικρές συγκεντρώσεις νιτρωδών. Η σχετική αναλογία αυτών των μορφών του αζώτου εξαρτάται από την προέλευση και το είδος επεξεργασίας των αποβλήτων, αλλά πάντα η αμμωνιακή μορφή βρίσκεται σε μεγαλύτερες ποσότητες, συνήθως σε συγκεντρώσεις μεταξύ 5 και 40 mg N/L. Το κλάσμα του οργανικού αζώτου, το οποίο μπορεί να είναι είτε διαλυμένο ή αιωρούμενο, αποτελείται από μίγμα αμινοξέων, υδατανθράκων και πρωτεϊνών. Όλες αυτές οι οργανικές ενώσεις είναι μετατρέψιμες σε αμμωνιακό άζωτο με τη βοήθεια των μικροοργανισμών των αποβλήτων ή του εδάφους. Οι συγκεντρώσεις νιτρικών στα απόβλητα είναι μεταξύ 0 και 30 mg/l Ν. Κάτω από τις αερόβιες διαδικασίες επεξεργασίας των αποβλήτων, μέρος του αμμωνιακού αζώτου μετατρέπεται σε νιτρικά με τη δράση των νιτροποιητικών βακτηρίων. Οι κυριότεροι λόγοι που απαιτούν την παρακολούθηση του αζώτου στα απόβλητα και τους αποδέκτες είναι οι εξής: 1) Η αζωτούχος ζήτηση οξυγόνου στους αποδέκτες, 2)Η τοξικότητα της αμμωνίας στα ψάρια, 3) Η αύξηση της απαιτούμενης χλωρίωσης από την παρουσία της αμμωνίας όταν το νερό προορίζεται για πόσιμο, 4) Ο ρόλος του αζώτου σαν στοιχείο ρύθμισης του ευτροφισμού και τα προβλήματα υγείας σε ανθρώπους και ζώα. Οι λόγοι αυτοί οδηγούν στη μεγάλη έμφαση που πρέπει να δίδεται στον έλεγχο και τη διαχείριση του αζώτου στα αστικά, βιομηχανικά και γεωργικά απόβλητα. Επίσης πρέπει να καταβάλλονται προσπάθειες και να θεσπίζονται όρια που να περιορίζουν σε χαμηλά επίπεδα τις μη οξειδωμένες μορφές του αζώτου αλλά και τη συνολική ποσότητα του αζώτου στα απόβλητα. Η ζήτηση οξυγόνου για την οξείδωση των μορφών του αζώτου στους αποδέκτες έχει σημαντική ή όχι σημασία ανάλογα με την μορφή του αποδέκτη. Τα αστικά λύματα περιέχουν mg/l αζώτου ενώ τα γεωργικά απόβλητα, όπως αυτά που προέρχονται από ζώα και την παραγωγή λιπασμάτων μπορεί να περιέχουν mg/L αζώτου. Σε μια μονάδα 18

28 επεξεργασίας τα απόβλητα που περιέχουν 20 mg/l αμμωνιακού αζώτου και 20mg/L ανθρακούχου BOD και η παροχή είναι 3800m 3 /ημέρα, απαιτούν περίπου 113,5 kg οξυγόνου ανά ημέρα για την οξείδωση των ανθρακούχων οργανικών ενώσεων και 340,5kg/ημέρα οξυγόνο για την οξείδωση των αζωτούχων ενώσεων στον αποδέκτη. Είναι γνωστό ότι για την οξείδωση 14 kg αμμωνιακού αζώτου απαιτούνται 64 kg οξυγόνου ή 4,57 g Ο/gNH + 4. Οι υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας στα επιφανειακά νερά μπορούν να αποβούν θανατηφόρες για τα ψάρια. Η μορφή της αμμωνίας που είναι πιο τοξική είναι η μη ιοντική μορφή (un-ionized), ενώ το αμμώνιο έχει μικρή ή καθόλου τοξικότητα. Η τοξικότητα της μη ιονισμένης μορφής αμμωνίας αποδόθηκε στην ευκολία με την οποία αυτή διαχέεται στις μεμβράνες των βράγχιων των ψαριών (Thurston et al., 1981). Πειράματα τοξικότητας της αμμωνίας έδειξαν πως η τοξικότητά της αυξάνει μειούμενης της τιμής του ph. Οι συγκεντρώσεις αμμωνίας που προκαλούν προβλήματα τοξικότητας είναι πάνω από τα 0,025 mg/l ΝΗ 3 (U.S. ΕΡΑ, 1976). Από παρατηρήσεις (Lee et al., 1981) βρέθηκε ότι τα ψάρια είναι σε θέση να παραμένουν για αρκετό χρόνο - ημέρες ή εβδομάδες - σε περιοχές με αυξημένες συγκεντρώσεις αμμωνίας χωρίς να παρουσιάζουν υψηλή θνησιμότητα ενώ παράλληλα έχουν την ικανότητα να αποφεύγουν τις περιοχές χαμηλής ποιότητας νερού, επικίνδυνες για την επιβίωσή τους. Στον Ελλαδικό χώρο προβλήματα από την τοξικότητα της αμμωνίας έχουν παρατηρηθεί στο υδροοικοσύστημα του μικρού ποταμού της Πτολεμαΐδας και της λίμνης Βεγορίτιδας (Αντωνόπουλος κ.α., 1984). Στο ποτάμι της Πτολεμαΐδας μετρήθηκαν συγκεντρώσεις που ξεπερνούσαν το όριο των 0,025 mg/l σ όλο το μήκος του και σε διάφορες περιόδους του χρόνου, ενώ στη λίμνη κοντά στις εκβολές του ποταμού μετρήθηκαν συγκεντρώσεις που υπερέβαιναν το όριο μόνο την περίοδο της άνοιξης. Η αμμωνία στο νερό αυξάνει τις απαιτήσεις χλωρίου κατά τη διαδικασία απολύμανσής του. Απολύμανση προκαλούν τόσο το ελεύθερο όσο και οι ενώσεις χλωρίου. Εν τούτοις, οι ενώσεις χλωρίου απαιτούν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ή μεγαλύτερη περίοδο ενεργοποίησης από ότι το ελεύθερο χλώριο για να προκαλέσουν ικανοποιητικού επιπέδου απολύμανση. Κατά την απολύμανση του πόσιμου νερού πρέπει να προστίθεται τέτοια ποσότητα χλωρίου που να ικανοποιείται η ζήτηση της αμμωνίας και να παραμένει αρκετή ποσότητα ελεύθερου χλωρίου που θα απολυμάνει το νερό. Αυτό επιτυγχάνεται όταν προστεθούν περίπου 9,5 mg/l CI 2 ανά 1,0 mg/lnh 4 -NΤόσο οι οξειδωμένες όσο και οι μη οξειδωμένες μορφές του αζώτου συμβάλλουν στην ανάπτυξη της υδρόβιας ζωής των επιφανειακών νερών. Το άζωτο και ο φώσφορος έχουν τον πρωτεύοντα ρόλο στον ευτροφισμό των υδατοσυλλογών. Τα επίπεδα αζώτου που απαιτούνται για να δημιουργηθούν ευτροφικές συνθήκες είναι πολύ χαμηλότερα από τα όρια για το πόσιμο νερό. Οι απόλυτες τιμές δεν καθορίζουν την ανάπτυξη ευτροφικών συνθηκών αλλά η αναλογία Ν:Ρ. Ο τύπος του περιοριστικού στοιχείου διαφέρει στα διάφορα υδάτινα 19

29 συστήματα. Επειδή οι ποσότητες φωσφόρου που απαιτούνται για την υδρόβια ανάπτυξη είναι πολύ μικρότερες από ότι του αζώτου, ο φώσφορος θεωρείται ότι έχει τη μεγαλύτερη σημασία στον ευτροφισμό. Έτσι, όταν ο φώσφορος βρίσκεται σε περίσσεια, το άζωτο και ο άνθρακας μπορεί να θεωρηθούν περιοριστικά στοιχεία. Τιμές συγκεντρώσεων από 0.5 έως 1,0 mg/l θεωρούνται οι μέγιστες επιτρεπόμενες για την πρόκληση ευτροφικών συνθηκών. Στο θαλάσσιο περιβάλλον τα όρια του αζώτου είναι μικρότερα από 0,6 mg/l. Η συγκέντρωση των 45 mg/l ΝΟ 3 που αντιστοιχεί σε 10 mg/l ΝΟ 3 -Ν θεωρείται από τον παγκόσμιο οργανισμό υγείας (WHO) ως η μέγιστη συγκέντρωση που μπορεί να υπάρχει στο πόσιμο νερό. Στην Ευρώπη το ανώτερο όριο συγκέντρωσης ΝΟ 3 -Νθεωρούνται τα 11,3 mg/l (ισοδύναμα με 50 mg/l ΝΟ 3 ) για το πόσιμο νερό. Οι αποδεκτές συγκεντρώσεις είναι διαφορετικές στα διάφορα κράτη. Οι υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών προκαλούν τη μεθαιμογλοβιναιμία των βρεφών, καρκίνους του γαστρεντερικού συστήματος και προβλήματα στην υγεία των ζώων (Antonopoulos and Tsiouris, 2001). To πρόβλημα εντοπίζεται στη μετατροπή των νιτρικών σε νιτρώδη από τα βακτήρια του στομάχου, τα οποία απορροφούνται από το αίμα και στη συνέχεια μετατρέπει την αιμογλοβίνη σε μεθαιμογλοβίνη, η οποία δεν μπορεί να μεταφέρει το οξυγόνο στους ιστούς των βρεφών. Οι γαστρεντερικοί καρκίνοι οφείλονται στην αντίδραση των νιτρωδών στο στομάχι με τις αμίνες σχηματίζοντας νιτροζαμίνες που είναι η αιτία για την δημιουργία τους (Leeet al., 1995). Οι υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα υγείας στα αγροτικά ζώα με αποτέλεσμα την απώλεια βάρους και την κακή διατροφή. Δεν υπάρχουν διαδικασίες μείωσης ή απομάκρυνσης των νιτρικών από τα επιφανειακά και τα υπόγεια νερά όπου οι συγκεντρώσεις αυτών είναι μεγάλες. Η κυριότερη πρόληψη γίνεται με την εγκατάλειψη αυτών των πηγών νερού. Το όριο για τη συγκέντρωση των νιτρωδών στο πόσιμο νερό είναι 1 mg/l. 3.3 Διαδικασίες μετασχηματισμού του αζώτου στα υδατικά οικοσυστήματα Οι αζωτούχες ενώσεις στο υδάτινο περιβάλλον μπορούν να μετασχηματιστούν από τη μία μορφή σε κάποια άλλη με ένα αριθμό σύνθετων αντιδράσεων κάτω από φυσικές, χημικές και βιολογικές διαδικασίες. Οι κυριότερες διαδικασίες μετασχηματισμού του αζώτου είναι: α) η δέσμευση του αζώτου της ατμόσφαιρας, β) η νιτροποίηση, γ) η αφομοίωση, δ) η απονιτροποίηση και ε) η αμμωνιοποίηση ή ανοργανοποίηση και στ)η διαφυγή της αέριας αμμωνίας στην ατμόσφαιρα. α. Δέσμευση του αζώτου Η δέσμευση του αζώτου είναι μια διαδικασία με την οποία ορισμένοι οργανισμοί μετατρέπουν το άζωτο της ατμόσφαιρας (Ν 2 ) σε αμμωνία (NET), η οποία μπορεί μετά να 20

30 χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή αμινοξέων, αν και σε υψηλά επίπεδα ph, η αμμωνία μετατρέπεται σε υδροξυλικό αμμώνιο Ν 2 + 3H 2 2ΝH 3 (αμμωνία) ή NH + 4 (ιόν αμμωνίου) (3.1) Η δέσμευση είναι μία αναγωγική διαδικασία που καταλύεται από τους μικροοργανισμούς και τα γαλαζοπράσινα φύκη. Απαιτεί την παρουσία της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ), η οποία δημιουργείται κατά τη φωτοσύνθεση και αναστέλλεται κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν σταματά η παραγωγή ATP. Η διαδικασία της δέσμευσης αναστέλλεται σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας γι' αυτό η μέγιστη δέσμευση αζώτου συμβαίνει σε μικρό βάθος από την επιφάνεια του νερού. Επίσης βρέθηκε ότι η σχετικά υψηλή συγκέντρωση φωσφόρου ευνοεί τη δέσμευση. Η συνολική ετήσια δέσμευση αζώτου στα υδατικά συστήματα δε υπερβαίνει τα 20 kgn/ha. Όταν η αμμωνία δημιουργείται από τους οργανισμούς, αυτή είτε αφομοιώνεται απ' ευθείας, είτε οξειδώνεται σε άλλες πιο διαθέσιμες μορφές με τη νιτροποίηση. β. Νιτροποίηση Αυτή είναι ουσιαστικά μία διαδικασία βιολογικής οξείδωσης σε δύο στάδια, που γίνεται από βακτήρια. Στο πρώτο στάδιο η αμμωνία που προήλθε από τη δέσμευση του αζώτου ή την υδρόλυση των αζωτούχων οργανικών ενώσεων, οξειδώνεται από τα νιτροποιητικά βακτήρια, nitrosomonas, και δημιουργούνται νιτρώδη (ΝΟ 2 ), τα οποία μετά οξειδώνονται από άλλα βακτήρια, τα nitrobaeter, με αποτέλεσμα τη δημιουργία των νιτρικών (ΝΟ 3 ). Αυτά είναι η πιο οξειδωμένη μορφή του αζώτου και μπορεί να διαλυθεί εύκολα, έτσι που να παρουσιάζει μεγάλη βιολογική διαθεσιμότητα. Οι χημικές αντιδράσεις της νιτροποίησης έχουν ως εξής: nitrosomonas + ΝΗ 4 +Ι.5Ο 2 Ν Η + + Η 2 0 (3.2) nitrobaeter NO - +0,5O 2 NO 3 - (3.3) Τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι αερόβια, έχουν άριστο ph μεταξύ 7 και 8 και είναι ευαίσθητα στις χαμηλές θερμοκρασίες. Το κρίσιμο επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου κάτω από το οποίο η νιτροποίηση αναστέλλεται είναι τα 0,5 mg/l. Σε συγκεντρώσεις οξυγόνου μεγαλύτερες του κρίσιμου επιπέδου η νιτροποίηση είναι ανεξάρτητη του οξυγόνου. Η άριστη θερμοκρασία ανάπτυξης των νιτροποιητικών βακτηρίων είναι μεταξύ 30 και 36 C. Μελέτες έχουν δείξει ότι η νιτροποίηση αναστέλλεται κάτω από τους 10 C. Η ποσότητα οξυγόνου που χρησιμοποιείται σ αυτή τη διαδικασία αποτελεί σημαντική ζήτηση οξυγόνου και είναι γνωστή ως αζωτούχος ζήτηση οξυγόνου NBOD. Από τη 21

31 στοιχειομετρική ανάλυση προκύπτει ότι για την πλήρη νιτροποίηση 1mole ΝΗ 4 + απαιτούνται 2 mole οξυγόνου ή 4,57 mg 0 2 /mg ΝΗ + 4 -Ν. γ. Αφομοίωση του αζώτου Η πρόσληψη του αζώτου από τα υδρόβια φυτά δεν είναι μια διαδικασία ανάλογη της φωτοσύνθεσης, αλλά έμμεσα συσχετίζεται σε διαφορετικό βαθμό με τη φωτοσύνθεση. Υπάρχουν τέσσερις βασικές παραδοχές που γίνονται κατά την ανάπτυξη σχέσεων που περιγράφουν την πρόσληψη του αζώτου από τα υδρόβια φυτά: (1) η πρόσληψη κατά τη διάρκεια της νύχτας είναι σταθερή και μπορεί να εκφραστεί σαν συνάρτηση της μέγιστης ημερήσιας πρόσληψης, (2) η πρόσληψη κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι ανάλογη προς την καθαρή πρωτογενή παραγωγικότητα,(3) τα υδρόβια φυτά εκλεκτικά αφομοιώνουν το αμμωνιακό άζωτο και (4) η πρόσληψη του αμμωνιακού αζώτου εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις του αμμωνιακού αζώτου του περιβάλλοντος. Βρέθηκε ότι ο ρυθμός φωτοσυνθετικής αφομοίωσης του αζώτου είναι συνάρτηση των συγκεντρώσεων του αμμωνιακού και του νιτρικού αζώτου στο περιβάλλον. Η παρακάτω σχέση τύπου Michaelis-Menten χρησιμοποιείται για να περιγράφει τη σχέση πρόσληψης του αζώτου από τα φύκη σαν συνάρτηση και των συγκεντρώσεων των θρεπτικών στοιχείων. Κ ρ = K p (max) S/Ks+S (3.4) όπου K p (max) είναι ο μέγιστος ρυθμός αφομοίωσης του αζώτου από τα υδρόβια φυτά(mg/l/day), S είναι η συγκέντρωση του θρεπτικού στοιχείου στον περιβάλλοντα χώρο (mg/l) και Ks είναι η σταθερά κορεσμού ή σταθερά του Michaelis ίση με τη συγκέντρωση του αζώτου όταν παρατηρείται το μισό του μεγίστου του ρυθμού αφομοίωσης (mg/l). Οι τιμές του Ks που έχουν δώσει διάφοροι ερευνητές καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος τιμών μεταξύ μg-n/l. Μια μέση τιμή των δημοσιευμένων τιμών είναι η τιμή Ks=15 μg-n/l, για την οποία η αφομοίωση του αζώτου από τα υδρόβια φυτά είναι το 95% της μέγιστης τιμής της συγκέντρωσης του αμμωνιακού αζώτου στο περιβάλλον που είναι 0.30 mg ΝΗ + 4 / - N/L. δ. Απονιτροποίηση Αυτή είναι μια αναγωγική διαδικασία που καταλύεται από βακτήρια κάτω από αναερόβιες συνθήκες και ουσιαστικά είναι η αντίστροφη διαδικασία της νιτροποίησης, με τελικά προϊόντα το αέριο αζώτου (Ν 2 ) ή τα οξείδια αζώτου (Ν 2 0,NO). Τα προϊόντα είναι αδρανή αέρια που επιστρέφουν στην ατμόσφαιρα. Η απονιτροποίηση είναι συνάρτηση του ρυθμού αναπνοής των οργανισμών στα απόβλητα ή το έδαφος, του διαλυμένου οξυγόνου και της διαθεσιμότητας των νιτρικών και νιτρωδών στο υγρό περιβάλλον των οργανισμών. Οι κυριότερες αντιδράσεις απονιτροποίησης είναι οι εξής: Για την αναγωγή των νιτρικών σε νιτρώδη 22

32 βακτήρια Οργ. C + Ν0 3 - Ν C0 2 +Η Οργ. C (3.5) Για την αναγωγή των νιτρωδών σε αέριο άζωτο βακτήρια Οργ. C + Ν0 2 Ν C0 2 +Η Οργ. C (3.6) Οι συνθήκες που ευνοούν την απονιτροποίηση είναι οι αναερόβιες που υπάρχουν συνήθως στα βαθιά νερά, στα ιζήματα, στα βαριά εδάφη και τα έλη. Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου αποτελεί σπουδαίο παράγοντα της απονιτροποίησης όταν αναφέρεται στον περιβάλλοντα χώρο των μικροοργανισμών. Ακόμα και σε αερόβια συστήματα επεξεργασίας αποβλήτων είναι δυνατό να υπάρχει κάποια απονιτροποίηση αν στο μικροπεριβάλλον των μικροοργανισμών υπάρχει έλλειμμα οξυγόνου. Αυτό μπορεί να συμβεί αν η ζήτηση οξυγόνου των μικροοργανισμών είναι μεγαλύτερη από τον ρυθμό με τον οποίο το οξυγόνο μεταφέρεται προς τους οργανισμούς μέσα στο υγρό. Ο ρυθμός απονιτροποίησης μειώνεται με τη μείωση του ph και εξαρτάται από τη θερμοκρασία, με άριστη θερμοκρασία μεγαλύτερη από αυτές που καταγράφονται στις περισσότερες λίμνες. Η απονιτροποίηση σαν μέθοδος ελέγχου του αζώτου εφαρμόζεται εκεί όπου υπάρχουν νιτροποιημένα απόβλητα, όπως αυτά που προέρχονται από τα στραγγιστικά των αρδευομένων εκτάσεων, τα οποία είναι εμπλουτισμένα με νιτροποιημένα απόβλητα και όπου η απομάκρυνση του αζώτου αποτελεί ευεργετικό αποτέλεσμα. Εξίσου σημαντική είναι η απονιτροποίηση στο έδαφος, όπου η διαδικασία αυτή περιορίζει τις ποσότητες των νιτρικών που μπορούν να εκπλυθούν προς τα επιφανειακά και υπόγεια νερά. ε. Αμμωνιοποίηση ανοργανοποίηση Όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν, τα ετερότροφα βακτήρια αποικοδομούν τις οργανικές ενώσεις τις οποίες μετατρέπουν σε ανόργανες ενώσεις. Τα αμινοξέα θα μετατραπούν πάλι σε αμμωνιακό άζωτο, το οποίο είναι διαθέσιμο για την επανασύνθεση από άλλους αυτότροφους οργανισμούς. Η διαδικασία απαιτεί αρκετό οξυγόνο, το οποίο μαζί με τον άνθρακα μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα. στ. Διαφυγή της αέριας αμμωνίας Το αμμωνιακό άζωτο στα υδάτινα συστήματα βρίσκεται με τη μορφή του κατιόντος(νh + 4 ) και με την μη ιονισμένη μορφή (ΝΗ 3 ), σε ισορροπία σύμφωνα με την αντίδραση (U.S.EPA, 1976): (3.7) 23

33 Η αναλογία των δύο μορφών στο υδάτινο διάλυμα εξαρτάται κύρια από το ph και λιγότερο από τη θερμοκρασία του μέσου, είναι δε ιδιαίτερης οικολογική σπουδαιότητας (Hutchinson, 1975). Σε αλκαλικό ph ευνοείται η παρουσία της μη ιονικής μορφής NH 3 ενώ σε ουδέτερο ή όξινο ph, η αμμωνία ουσιαστικά βρίσκεται με την ιονική μορφή (ΝH + 4 ), ενώ αντίστοιχα η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την τιμή της σταθεράς διαστάσεως k b της παραπάνω σχέσης που σημαίνει αύξηση της μη ιονικής μορφής. Εάν η συγκέντρωση της αέριας αμμωνίας στο νερό είναι μεγαλύτερη από αυτή που οφείλεται στη μερική πίεση της αέριας αμμωνίας στην ατμόσφαιρα πάνω από το νερό, θα συμβεί μεταφορά της από το νερό στην ατμόσφαιρα έως ότου φθάσουν σε ισορροπία. Σύμφωνα με αυτά έχουμε ή και μπορούμε να προκαλέσουμε απομάκρυνση του αμμωνιακού αζώτου από τα απόβλητα αυξάνοντας το ph και τη θερμοκρασία που αυξάνουν τη σχετική συγκέντρωση της μη ιονικής μορφής Η ποσότητα του αμμωνιακού αζώτου που εκροφάται από ένα διάλυμα εξαρτάται από τη συγκέντρωση του αδιάστατου αμμωνιακού Ν στο νερό, τη διεπιφάνεια αέρα-υγρού, το συντελεστή μεταφοράς μάζας και από τη μερική πίεση που ασκείται από το αδιάστατο αμμωνιακό άζωτο στην αέρια φάση. Ο ρυθμός απώλειας του αμμωνιακού Ν λόγω της διαφυγής της αέριας αμμωνίας στην ατμόσφαιρα, είναι ανάλογος της συγκέντρωσης της αδιάστατης αμμωνίας. 24

34 Κεφάλαιο 4 Ο κύκλος του φωσφόρου στα υδατικά συστήματα 4.1 Γενικά Ο φώσφορος αποτελεί δομικό στοιχείο των κυττάρων με τη μορφή πολλών και διαφορετικών ενώσεων, η πιο σπουδαία από τις οποίες είναι τα ορθοφωσφορικά ιόντα. Η ομάδα των φωσφορικών είναι βασικό δομικό στοιχείο των νουκλεϊκών οξέων, των φωσφολιπιδίων και παίρνει μέρος στις ενεργητικές και αναβολικές διαδικασίες των οργανισμών. Ο φώσφορος αφομοιώνεται από το περιβάλλον με τις διαδικασίες της φωτοσύνθεσης, της χημειοσύνθεσης και της αποσύνθεσης. Καταλαμβάνει σε βάρος το 0,1% της επιφάνειας της γης, με τη μορφή κυρίως του απατίτη και έχει πάνω από 180 διαφορετικές ανόργανες μορφές. Ο κύκλος του, στο περιβάλλον (Σχήμα 4.1) είναι βασικά μιας κατεύθυνσης επειδή δεν υπάρχει η αέρια μορφή του. Εισέρχεται στη βιόσφαιρα με την αποσάθρωση των πυριγενών και ιζηματογενών πετρωμάτων, των αργίλων και την αποσύνθεση των τύρφεων, και επιστρέφει με τη διαδικασία της ιζηματοποίησης. Οι ανθρωπογενείς πηγές του φωσφόρου είναι τα υγρά λύματα και η έκπλυση των λιπασμάτων στις γεωργικές εκτάσεις. Σχήμα 4.1: Ο κύκλος του φωσφόρου στα λιμναία συστήματα 25

35 Στον πίνακα 4.1 δίνονται τιμές εκπομπών φωσφόρου από διάφορες πηγές (Henderson- Sellers and Markland, 1987). Οι κυριότερες πηγές του φωσφόρου των υδατορευμάτων είναι τα οργανικά υλικά, ο οργανικός και ανόργανος φώσφορος των υγρών αποβλήτων και των μη σημειακών πηγών και ο φώσφορος των απορρυπαντικών. Ο φώσφορος γενικά βρίσκεται στα ποτάμια σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις περίπου μικρότερες από 0,1 mg/l. Οι συγκεντρώσεις φωσφόρου εκφράζονται σε mg/l ή ppm. Στις περιπτώσεις που οι συγκεντρώσεις του είναι πολύ μικρές αυτές εκφράζονται σε pg/l. Σε πολλές περιβαλλοντικές μελέτες οι συγκεντρώσεις των ορθοφωσφορικών εκφράζονται ως προς τη φωσφορική ρίζα χρησιμοποιώντας την ισοδυναμία 1 mg P/L= 3,066 mg ΡΟ4 3- /L. Ο φώσφορος είναι ένα ουσιαστικό θρεπτικό στοιχείο για την ανάπτυξη των φυτών των υδάτινων συστημάτων. Η παραγόμενη φυτομάζα είναι το πρωτογενές προϊόν της δέσμευσης της ηλιακής ακτινοβολίας στα συστήματα αυτά και για το λόγο αυτό αποτελούν την κύρια πηγή τροφής των οργανισμών υψηλότερου επιπέδου παραγωγικότητας. Αν και ο φώσφορος είναι βασικό θρεπτικό στοιχείο της ανάπτυξης, χρησιμοποιείται μόνο σε πολύ μικρές ποσότητες σε σύγκριση με το άζωτο και τον άνθρακα. Σε πολλές περιπτώσεις, η διαθεσιμότητα του φωσφόρου είναι περιοριστικός παράγοντας για την ανάπτυξη των υδρόβιων φυτών. Μικρή αύξηση στη διαθεσιμότητα του φωσφόρου μπορεί να προκαλέσει μεγάλη αύξηση στην ανάπτυξη των υδρόβιων φυτών. Ο βαθμός ανάπτυξης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σχετική διαθεσιμότητα των άλλων θρεπτικών στοιχείων που απαιτούνται για την ανάπτυξη. Πίνακας 4.1: Εκπομπές φωσφόρου από διάφορες πηγές (Henderson-Sellers and Markland, 1987) Από τη βασική αντίδραση σχηματισμού της βιομάζας και την ανοργανοποίηση του φυτοπλαγκτού προκύπτει ότι απαιτούνται 31 mg P/m 3 και 224 mg N/m 3 για την παραγωγή περίπου 3000 mg/m 3 ξηρής μάζας. Αυτή αντιστοιχεί σε mg/m 3 οργανικής μάζας φυτοπλαγκτού, ή 15 cm πλαγκτού ανά κυβικό μέτρο με περιεχόμενη χλωροφύλλη μεταξύ 20 26

36 και 30 mg. Αυτές είναι τιμές δυναμικής ανάπτυξης και αναμένονται σε νερά που περιέχουν 30 mg/m 3 Ρ(ΡΟ 4 ) και 200 έως 300mg/m 3 Ν (ΝΟ 3, ΝΗ 3 ). 106 CO ΝΟ 3 + ΗΡΟ Η 2 Ο +18 Η + > C 106 H 263 O 110 N 16 P + 138Ο 2 Τα προηγούμενα δείχνουν ότι αν η αναλογία Ν/Ρ στα νερά είναι μεγαλύτερη από 7 έως 10, ο φώσφορος γίνεται ο περιοριστικός παράγοντας (ή ελάχιστος) για την ανάπτυξη των υδρόβιων φυτών. Αν η αναλογία Ν/Ρ παραμένει κάτω από 7 τότε περιοριστικό στοιχείο γίνεται το άζωτο. Στη μάζα του φυτοπλαγκτού η αναλογία C/N κυμαίνεται μεταξύ 5 και 8, ενώ σε άμισχα φύκη μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 20 και στα μακρόφυτα πολύ μεγαλύτερη από 50 μέχρι και 100. Επειδή το φυτοπλαγκτό νεκρώνεται δημιουργώντας νεκρή οργανική ουσία, η οποία στη συνέχεια αποσυντίθεται καταναλώνοντας οξυγόνο, είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζουμε την αντίστοιχη ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη ανοργανοποίηση της οργανικής ύλης. Από την αντίστοιχη αντίδραση αποσύνθεσης βρέθηκε ότι τα mg ξηρής μάζας φυτοπλαγκτού (ή mg ή 15 cm 3 οργανικής βιομάζας) απαιτούνται 4.400με mg Ο 2 (που αντιστοιχεί σε 1,5 μέχρι 1,8 g οξυγόνου ανά γραμμάριο ξηρού βάρους). 4.2 Μορφές του φωσφόρου Σε κάθε οικοσύστημα ο φώσφορος βρίσκεται με τη μορφή διαφορετικών ενώσεων,όπως ο φώσφορος στο φυτοπλαγκτόν, ο διαλυτός οργανικός και ανόργανος φώσφορος, ο προσροφημένος στα στερεά σωματίδια και ο φώσφορος στα βακτήρια. Υπάρχουν διάφορα συστήματα κατάταξης των μορφών του φωσφόρου. Κάποια διακρίνουν το φώσφορο σε διαλυμένα ορθοφωσφορικά και οργανικό φώσφορο ή σε χημικό και βιολογικό φώσφορο, ενώ κάποιο άλλο σαν αδιάλυτο και ευδιάλυτο φώσφορο (Henderson-Sellers and Markland, 1987). Ένα πιο σύνθετο σύστημα διάκρισης των μορφών του φωσφόρου στα υδάτινα συστήματα περιλαμβάνει πολλές ομάδες ενώσεων που συνδέονται μεταξύ τους με αρκετές διαδικασίες, στις οποίες περιλαμβάνονται η προσρόφηση, η νέκρωση, η έκκριση, η πρόσληψη, η ενζυμική έκλυση, η φωτόλυση, η υδρόλυση, η καθίζηση, η θρέψη, η ανάπτυξη και οι βιολογικές αποικίες. Αναλυτικά οι κυριότερες κατηγορίες φωσφόρου είναι οι εξής: α. Αιωρούμενος και προσροφημένος φώσφορος (particulate Ρ, ΡΡ). Ο φώσφορος της κατηγορίας αυτής βρίσκεται προσροφημένος στην επιφάνεια αιωρούμενων υλικών ή περιλαμβάνεται ως συστατικό των ενώσεων τους. Κάτω από συνθήκες ηρεμίας όλα τα αιωρούμενα υλικά καταβυθίζονται δημιουργώντας ιζήματα όπου παραμένουν επ αόριστο στον πυθμένα. Σε ρηχές λίμνες όπου η εύφωτη ζώνη φθάνει μέχρι τα ιζήματα, τα φυτά με τις ρίζες 27

37 τους απομακρύνουν ορθοφωσφορικά. Ο αιωρούμενος φώσφορος μπορεί να αποτελέσει τροφή των βακτηρίων, των θρυμματοφάγων και των φυτών. Κάτω από συνθήκες τυρβώδους, διάχυσης, χημικών αντιδράσεων και βιοαναταραχών ο φώσφορος των αιωρουμένων σωματιδίων μετατρέπεται σε διαλυτό φώσφορο. β. Ολικός διαλυτός φώσφορος (totaldissolved, TDP)/ διαλυόμενος φώσφορος (soluble, SP). Ο φώσφορος της κατηγορίας αυτής αποτελείται από τις ελεύθερες ιονικές μορφές και πολύ μικρά σωματίδια. Αυτή η μορφή παραμένει στο νερό και γίνεται βιολογικά διαθέσιμη στην εύφωτη ζώνη. Στις ρηχές λίμνες, όπου η εύφωτη ζώνη καταλαμβάνει όλο τον όγκο της, η μορφή αυτή του φωσφόρου προσλαμβάνεται από τα φυτά, ενώ στις βαθύτερες λίμνες η πρόσληψη αυτή γίνεται μόνο από το τμήμα της εύφωτης ζώνης. Ο διαλυτός φώσφορος των ζωνών που είναι κάτω από την εύφωτη είτε αφομοιώνεται από τα μη φωτοσυνθετικά βακτήρια ή καταβυθίζεται χημικά προς τα ιζήματα ή τέλος απομακρύνεται από τη λίμνη με την εκροή. γ. Ορθοφωσφορικά (orthophosphates). Τα ορθοφωσφορικά είναι η πιο σπουδαία ομάδα φωσφόρου στα κυτταρικά υλικά των φυκών. Αυτά περιέχουν το ιόν PO 3-4 (στη μορφή Η 2 ΡΟ για ph μεταξύ 3-7 και σαν ΗΡ0 4 για ph μεταξύ 8-12) προερχόμενο από το ορθοφωσφορικό οξύ H 3 PO 4. Τα ορθοφωσφορικά συμμετέχουν στις αντιδράσεις και προσροφούνται εύκολα από τις επιφάνειες των αιωρουμένων σωματιδίων, όπως των εδαφικών και από τα ιζήματα. Σπάνια βρίσκονται στο υδατικό διάλυμα εκτός από τις περιπτώσεις του νερού στράγγισης από αμμώδη και οργανικά εδάφη. Επειδή το μεγαλύτερο μέρος των ορθοφωσφορικών βρίσκεται στα λίγα πρώτα εκατοστά του εδάφους η διάβρωση με τον άνεμο και το νερό μπορεί να απομακρύνει σημαντικά ποσά τους. δ. Φώσφορος σε μεγαλομοριακές ενώσεις ή συμπυκνωμένα φωσφορικά (condensed Ρ). Αυτή η μορφή φωσφόρου συνιστά τις ουσίες κλειδιά (όπως τα ΑΤΡ,ADP) για τις μεταβολικές διεργασίες των οργανισμών που δημιουργούνται με το συνδυασμό μονάδων ορθοφωσφορικών και είναι κυρίως πολυφωσφορικές ενώσεις. Η υδρόλυση είναι μια φυσική διεργασία μέσα στο νερό και η ταχύτητα της εξαρτάται από το ph, τη θερμοκρασία, τη μορφή της πολυφωσφορικής ένωσης και προάγεται από τη βιολογική δράση. Η μορφή αυτή των φωσφορικών είναι σχετικά σπάνια στα λιμναία νερά. ε.βιολογικά διαθέσιμος φώσφορος (biologicallyavailable Ρ). Είναι η μορφή του φωσφόρου που είναι διαθέσιμη για τη σύνθεση από τους οργανισμούς του νερού. Συνίσταται από το διαλυμένο οργανικό Ρ, τον κολλοειδή Ρ, τα ορθοφωσφορικά και ορισμένες άλλες μορφές διαλυμένου ανόργανου Ρ. Τα φύκη έχουν την ικανότητα να προσλαμβάνουν φώσφορο και να τον αποθηκεύουν στο σώμα τους με αποτέλεσμα ο 28

38 ρυθμός πρόσληψης του φωσφόρου να μην είναι ανάλογος με την ανάπτυξη των κυττάρων και η ανάπτυξή τους να μπορεί να συνεχιστεί και όταν ο φώσφορος έχει εξαντληθεί στο περιβάλλον. στ. Οργανικός φώσφορος. Είναι ο φώσφορος που εισέρχεται στους οργανισμούς ως ορθοφωσφορικά αν και αυτά μετατρέπονται σε πολυφωσφορικές ενώσεις κατά τη δημιουργία των οργανικών ουσιών. Με το θάνατο και την αποσύνθεση των οργανισμών αυτός μετατρέπεται στην ανόργανη μορφή είτε σε ορθοφωσφορικά, ή σαν συμπυκνωμένα φωσφορικά. ζ. Φορτίο φωσφόρου. Είναι μια μέτρηση που χρησιμοποιείται για τον ποσοτικό προσδιορισμό του βιολογικά απαιτούμενου και του ολικού φωσφόρου που εισέρχεται σε μια λίμνη στη μονάδα του χρόνου (μήνα, έτος). Εκφράζεται ανά μονάδα έκτασης και όχι του όγκου της λίμνης, επειδή αυτή είναι αντιπροσωπευτική της εύφωτης ζώνης της λίμνης. Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται σαν μια πρώτη εκτίμηση του εμπλουτισμού με θρεπτικά στοιχεία και στη συνέχεια της συγκέντρωσης του φωσφόρου στη λίμνη, η οποία μετά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της πρωτογενούς παραγωγικότητάς της. Για παράδειγμα, η τεχνητή λίμνη του Πολυφύτου στον Αλιάκμονα εκτιμήθηκε ότι κατά την περίοδο του 1990δεχόταν συνολικό φορτίο φωσφόρου 84,2 tn/έτος, που ισοδυναμεί σε ετήσια φόρτιση της λίμνης ανά μονάδα επιφάνειας ίση με 1,15 g P/m 2 /έτος (Καμαριανός κ.α., 1992),ενώ η λίμνη της Καστοριάς την ίδια περίοδο είχε ετήσια φόρτιση ανά μονάδα επιφάνειας ίση με 0,5gP/m 2 /έτος. 29

39 Κεφάλαιο 5 Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του νερού Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του νερού μπορούν να διακριθούν σε φυσικοχημικά, βιοχημικά και μικροβιολογικά. Μπορούν επιπλέον να ταξινομηθούν σε αυτά που σχετίζονται με την ανθρώπινη υγεία ή την αισθητική, ενώ για περισσότερο εξειδικευμένους σκοπούς μπορούν να διαχωριστούν σε πολλές υποομάδες. Στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά ανήκουν η θερμοκρασία, η οξύτητα, η αλκαλικότητα, η αγωγιμότητα, η αλατότητα, η θολότητα, η οσμή, η γεύση, το χρώμα, οι στερεές ουσίες, διάφορα άλατα, η σκληρότητα του νερού, διάφορα κατιόντα όπως αυτά του ασβεστίου (Ca 2+ ), του μαγνησίου (Mg 2+ ), του νατρίου (Na + ) και του καλίου (K + ), διάφορα ανιόντα όπως τα ανθρακικά (CO 2-3 ), τα όξινα ανθρακικά (HCO - 3 ), τα χλωριούχα (Cl - ), τα θειικά (SΟ 2-4 ) και άλλα, τα θρεπτικά συστατικά όπως τα άλατα του αζώτου (αμμωνιακά NH + 4, νιτρώδη NO - 2, νιτρικά NO - 3 ), τα άλατα του φωσφόρου (PO 3-4 ), του θείου (S) και του πυριτίου (Si), διάφορα ιχνοστοιχεία και τα βαριά μέταλλα όπως ο μόλυβδος (Pb), ο υδράργυρος (Hg), το κάδμιο (Cd), το χρώμιο (Cr). Στα βιοχημικά χαρακτηριστικά του νερού ανήκει το διαλυμένο οξυγόνο (D.O.), η οργανική ύλη, ουσίες δηλαδή οι οποίες προσδιορίζονται με το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD), το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) και τον ολικό οργανικό άνθρακα (TOC) και στα μικροβιολογικά χαρακτηριστικά ανήκουν οι μικροοργανισμοί, δηλαδή τα βακτήρια, οι ιοί, οι μύκητες, τα φύκια (άλγη), τα πρωτόζωα, οι έλμινθες (σκουλήκια) και τα μαλακόστρακα. (Νταρακάς 2011) 5.1 Χρώμα Το χρώμα στα ύδατα δεν έχει να κάνει τόσο με την υγιεινή τους αλλά με το από πού προέρχεται το νερό. Αισθητικά, το χρώμα στο νερό είναι ανεπιθύμητο. Η εμφάνιση χρώματος στα ύδατα είναι αποτέλεσμα της παρουσίας μεταλλικών αλάτων, οργανικών ενώσεων και άλλων διαλυτών κολλοειδών στερεών. Τα ύδατα μπορεί να χαρακτηριστούν με διάφορα χρώματα, όπως κόκκινα, μαύρα, μπλε. Έντονη παρουσία σιδήρου σε αυτά, τα χρωματίζουν κόκκινα ενώ όταν υπάρχει χαλκός ή μίγματα χαλκού σε αιώρηση ή διάλυση, αυτά χρωματίζονται μπλε. Μαύρα ύδατα χαρακτηρίζονται αυτά των πλημμυρών λόγω της παρουσίας μελάνης που σχηματίζεται από το συνδυασμό οργανικών οξέων με μίγμα τανίνης. Επιπλέον, ο χρωματισμός των υδάτων εμποδίζει τη διέλευση του φωτός και επομένως και τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης των αυτότροφων οργανισμών. (Λουκάς, 2007). 30

40 5.2 Οσμή και γεύση νερού Οι ιδιότητες αυτές εκφράζονται συνήθως μόνον ποιοτικά σαν έντονες, μέτριες, ασθενείς κ.λ.π. Το προς πόση νερό πρέπει να είναι απαλλαγμένο από κάθε ίχνος δυσάρεστης οσμής ή γεύσης. Τα προβλήματα γεύσης στο νερό οφείλονται στα διαλυμένα άλατα (TDS< 1200 mg/l,ιδανικά TDS <500 mg/l), καθώς επίσης στην παρουσία κάποιων μετάλλων και ουσιών όπως οι φαινόλες και οι χλωροφαινόλες (ακόμα και σε πολύ μικρές ποσότητες ) Πηκτικές ενώσεις που δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της αποδόμησης της οργανικής ύλης, της παρουσίας αλγών, προϊόντων διάβρωσης μετάλλων και χημικών βιομηχανικής και γεωργικής προέλευσης, είναι υπεύθυνα για την οσμή στο νερό. 5.3 Θερμοκρασία H θερμοκρασία έχει άμεση σχέση με τη διαλυτότητα του οξυγόνου, με το μεταβολισμό υδρόβιων οργανισμών, και με τη διαδικασία διάσπασης των οργανικών ουσιών που αυτό περιέχει. Η άνοδος της θερμοκρασίας έχει ως αποτέλεσμα την μείωση του διαλυμένου οξυγόνου, απαραίτητου για την επιβίωση των φιλοξενούμενων οργανισμών, και μειώνει την πυκνότητα του νερού. Το ελαφρύτερο νερό ανέρχεται στην επιφάνεια και παραμένει σε αυτή δημιουργώντας ένα θερμότερο στρώμα με μικρότερη ικανότητα διάλυσης του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Το γεγονός αυτό ενδεχομένως να αποβεί μοιραίο για τους οργανισμούς που φιλοξενούνται στο νερό ή συντηρούνται από αυτό (πλαγκτόν, ψάρια, όστρακα, αμφίβια, και άλλα). Επιπρόσθετα οι υψηλές θερμοκρασίες ευνοούν τον πολλαπλασιασμό και τη αύξηση των μικροοργανισμών. Τέλος, η θερμοκρασία του νερού επηρεάζει τη γεύση του. Με την αύξηση της θερμοκρασίας το νερό «χάνει» από τη γεύση του, είναι λιγότερο εύγευστο γιατί εκδιώκονται τα διαλυμένα αέρια σε αυτό. Η σχετική νομοθεσία ορίζει τα επιτρεπτά όρια διακύμανσης της θερμοκρασίας του νερού. Το πόσιμο νερό συνιστάται να έχει θερμοκρασία 7 11 o C, αν όμως υπερβεί τους 25 o C αλλοιώνει την γεύση του νερού. (Νταρακάς 2011) 5.4 Οξύτητα - αλκαλικότητα Ο βαθμός οξύτητας (ph) ή αλκαλικότητας (poh) είναι από τα πλέον σημαντικά χημικά χαρακτηριστικά του νερού. To ph είναι μια άκρως σημαντική παράμετρος για ένα υδατικό σύστημα, και αποτελεί μέτρο ελέγχου για πολλούς παράγοντες. Πιο συγκεκριμένα, το ph εξαρτάται άμεσα από το είδος των χημικών ενώσεων που περιέχονται στο νερό, ρυθμίζει τις χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται σ αυτό, και επιταχύνει ή παρεμποδίζει τις βιοχημικές διεργασίες. (Χαραλάμπους 2006) Σαν δείκτης των χαρακτηριστικών αυτών χρησιμοποιείται η συγκέντρωση των κατιόντων υδρογόνου (Η + ) του διαλύματος. Είναι γνωστό ότι το καθαρό νερό είναι ιονισμένο σε κατιόντα υδρογόνου (Η + ) και ανιόντα υδροξυλίου (ΟΗ - ) σύμφωνα με την εξίσωση: Η 2 Ο Η + + ΟΗ -. 31

41 Ως ph ορίζεται «ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των κατιόντων υδρογόνου» ph = - log[h + ]. Το ph σε θερμοκρασία 25 o C μετράται στο εύρος τιμών 0 14, με ουδέτερο σημείο την τιμή 7, όπου τα ιόντα υδρογόνου και υδροξυλίου βρίσκονται σε ίσες συγκεντρώσεις. Ύδατα με τιμές ρη μικρότερες από 7 ορίζονται ως όξινα και με τιμές μεγαλύτερες από 7, ως αλκαλικά. Έντονα όξινα ή αλκαλικά ύδατα και απόβλητα δημιουργούν προβλήματα κατά την επεξεργασία και πρέπει να γίνεται ρύθμιση του ρη στα επιθυμητά ανά περίπτωση όρια (π.χ. η βιολογική επεξεργασία αποβλήτων πρέπει να γίνεται σε τιμές ρη που κυμαίνονται στην ουδέτερη περιοχή, μεταξύ 6 8). (Λοϊζίδου 2006) Τα φυσικά νερά έχουν τιμές ph που κυμαίνονται μεταξύ 4 και 9.Η νομοθεσία ορίζει τα επιτρεπόμενα όρια για το ph στο πεδίο τιμών 6,5 8,5 για το πόσιμο νερό. Το φυσικό γλυκό νερό έχει ελαφρά αλκαλικό ph, λόγω της παρουσίας ανθρακικών και δισανθρακικών ιόντων. Η μέτρηση του ph είναι μία από τις σημαντικότερες μετρήσεις κατά την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού. Παλαιότερα οι μετρήσεις γίνονταν χρωματομετρικά, δηλαδή με τη βοήθεια των δεικτών, (ουσίες που αλλάζουν χρώμα σε διαφορετικές τιμές του ph), σήμερα όμως με την εμφάνιση και ανάπτυξη των ηλεκτροδίων υάλου και διαφόρων ρητινών, το ph μετράται πολύ εύκολα με σύγχρονα αναλογικά ή ψηφιακά πεχάμετρα. Αλκαλικότητα είναι η ικανότητά του νερού να εξουδετερώνει οξέα. Συνήθως οι κύριες συνιστώσες της είναι τα όξινα ανθρακικά (HCO - 3 ) και ανθρακικά (CO 2-3 ) ιόντα που προκύπτουν από τον ιονισμό του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και από τα υδροξύλια (ΟΗ - ). Το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) διαλύεται εύκολα στο νερό συμβάλλοντας στη διαμόρφωση ενός περιβάλλοντος κατάλληλου για τη ζωή, δεδομένου ότι συμμετέχει στις διαδικασίες της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής και αποτελεί ουσιαστική πηγή άνθρακα, άμεσα ή έμμεσα, για τις ενεργειακές απαιτήσεις των οργανισμών. Αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 στα φυσικά νερά προκαλεί μείωση του ph και αντίστροφα. Τα φυσικά νερά παρουσιάζουν μεγάλη ρυθμιστική ικανότητα, ανθίστανται δηλαδή, μέσω μιας σειράς χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στο εσωτερικό τους, σε απότομες μεταβολές του ph. Σημαντικές και σχετικά μόνιμες μεταβολές στο ph παρατηρούνται συνήθως κάτω από την επίδραση εξωγενών παραγόντων. Λόγω εισαγωγής οξέων στα φυσικά νερά παρατηρούνται συχνά χαμηλές τιμές ph (όξινη βροχή, αστικά και βιομηχανικά απόβλητα κ.ά.). Εμπλουτισμός των νερών με θειικά οξέα συμβαίνει με τη βροχή (το νερό της βροχής περιέχει, μεταξύ άλλων ανιόντων και θειικά SO 2-4 ) ή μπορεί να οφείλεται στη σύσταση του υπεδάφους της λεκάνης απορροής. Αλκαλικές τιμές ph συναντώνται σε περιπτώσεις έντονης φωτοσυνθετικής δραστηριότητας - ευτροφισμός (κατά τη φωτοσύνθεση το φυτοπλαγκτόν μειώνει τη συγκέντρωση του CO 2 του νερού), σε περιπτώσεις ρύπανσης των υδάτινων αποδεκτών με αλκαλικές ουσίες (απορρυπαντικά κ.ά. από αστικά και βιομηχανικά απόβλητα) και σε αυξημένες συγκεντρώσεις ασβεστίου, νατρίου και μαγνησίου. (Νταρακάς 2011) 32

42 5.5 Αγωγιμότητα, αλατότητα Η αγωγιμότητα αποτελεί το μέτρο της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός αγωγού (το αντίθετο φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρική αντίσταση). Σε υδατικό διάλυμα, η τιμή της ειδικής αγωγιμότητας αποτελεί δείκτη παρουσίας διαλυμένων αλάτων. (Κουιμτζής κ.α. 1994) Ως αντιπροσωπευτικό μέτρο της συγκέντρωσης των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS) στα υγρά απόβλητα χρησιμοποιείται η αγωγιμότητα η οποία εκφράζεται σε ms/cm. Χρησιμοποιείται επίσης για την αξιολόγηση της καταλληλότητας των επεξεργασμένων αποβλήτων που προορίζονται για άρδευση και συνδέεται άμεσα με την αλατότητα, η οποία εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις χιλίοις ( ). (Νταρακάς 2011). Σε ένα υδατικό διάλυμα, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των αλάτων τόσο μεγαλύτερη είναι και η αγωγιμότητα. Σε νερά με χαμηλή περιεκτικότητα αλάτων έχει βρεθεί ότι το σύνολο των ολικών διαλυμένων στερεών (Total Dissolved Solids, TDS) ισούται με το μισό της αγωγιμότητας. Καθώς η συγκέντρωση των αλάτων αυξάνεται (TDS > 1000 mg/l και αγωγιμότητα μεγαλύτερη από 2000 μs/cm) ελαττώνεται η ενεργότητα των ιόντων και κατά συνέπεια ελαττώνεται η ικανότητά τους να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα, οπότε το σύνολο των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS) ισούται κατά προσέγγιση με την αγωγιμότητα. (Νταρακάς 2011).Οι τιμές της αγωγιμότητας είναι ενδεικτικές για την ποιότητα των φυσικών νερών. Όσο ενηλικιώνεται μια υδάτινη μάζα, τόσο αυξάνεται και η αγωγιμότητά της, εξαιτίας της αύξησης των θρεπτικών συστατικών της (ευτροφισμός). Απότομη αύξηση της αγωγιμότητας του νερού ενός φυσικού αποδέκτη αποτελεί ένδειξη ρύπανσης. Η βιολογική παραγωγικότητα μεγαλώνει όσο μεγαλώνει η αγωγιμότητα στα γλυκά νερά. Συνήθως στα φυσικά γλυκά νερά η ηλεκτρική αγωγιμότητα κυμαίνεται από μs/cm. Το νερό του δικτύου ύδρευσης της Θεσσαλονίκης έχει αγωγιμότητα περίπου 650 μs/cm. Σε μερικά βιομηχανικά απόβλητα η τιμή της αγωγιμότητας υπερβαίνει τα μs/cm. (Νταρακάς 2011) 5.6 Διαλυμένο οξυγόνο(d.o) Το διαλυμένο οξυγόνο διαδραματίζει πρωταρχικό ρόλο για τα υδατικά οικοσυστήματα. Οι περισσότερες μορφές ζωής χρειάζονται οξυγόνο για να επιβιώσουν. Ο υδάτινος αποδέκτης έχει τη δυνατότητα να διατηρεί μία μέγιστη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου, η οποία καλείται συγκέντρωση κορεσμού και συμβολίζεται με Cs. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι για θερμοκρασία 20 C η τιμή του κορεσμού Cs είναι 9 mg/l περίπου και μάλιστα μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας. Μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου σε επίπεδα μικρότερα από την τιμή κορεσμού οδηγεί σε αποδόμηση της οργανικής ύλης και νιτροποίηση του αμμωνιακού αζώτου, ενώ οι φιλοξενούμενες μορφές ζωής επηρεάζονται σημαντικά, ή ακόμα θανατώνονται. (Βασιλάτος 2010) 33

43 Ο εμπλουτισμός των φυσικών νερών σε οξυγόνο γίνεται είτε μέσω διάχυσης του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στο νερό είτε μέσω της φωτοσυνθετικής παραγωγής οξυγόνου από τα ανώτερα υδρόβια φυτά και το φυτοπλαγκτόν. Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται κυρίως από την θερμοκρασία, την αλατότητα και την ατμοσφαιρική πίεση. Η παρουσία οργανικών υλών σε έναν αποδέκτη έχει ως αποτέλεσμα την κατανάλωση του διαλυμένου οξυγόνου του αποδέκτη λόγω της αερόβιας αναπνοής σύμφωνα με την αντίδραση: Οργανική ύλη + Ο 2 CO 2 + H 2 O + ενέργεια (Βασιλάτος 2010) Αναμφισβήτητος δείκτης της κατάστασης και της βιωσιμότητας του υδάτινου οικοσυστήματος είναι η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου (D.O.) στο νερό. Τα καθαρά ύδατα εμφανίζουν ψηλές τιμές διαλυμένου οξυγόνου που φτάνουν τις τιμές κορεσμού, ενώ χαμηλές τιμές δείχνουν ότι τα νερά είναι πολύ μολυσμένα με μεγάλα ποσοστά οργανικών ουσιών. (Νταρακάς 2011) Αύξηση της θερμοκρασίας του νερού συνεπάγεται μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου. Καθώς η θερμοκρασία ενός διαλύματος αυξάνεται, το αέριο που εμπεριέχεται εκδιώκεται μέχρι να συμβεί πλήρης εξαέρωση του διαλύτη στο σημείο βρασμού. Όταν η θερμοκρασία είναι σταθερή, η πίεση που ασκεί το ατμοσφαιρικό οξυγόνο στην επιφάνεια του νερού ενός υδάτινου οικοσυστήματος είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο νερό. Επομένως, η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό αυξάνεται όταν έχουμε αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης και αντίστροφα. (Νταρακάς 2011) Μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου οδηγεί σε αύξηση των συγκεντρώσεων οργανικού φορτίου, αμμωνιακού και οργανικού αζώτου στα φυτικά ύδατα όπου το οργανικό άζωτο μετατρέπεται σε αμμωνιακά ιόντα τα οποία μετατρέπονται σε νιτρικά. Επομένως, η μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στα ύδατα είναι δείκτης της ρυπαντικής επιβάρυνσης που έχει επέλθει σε αυτά. (Λοϊζίδου 2006) Κατά τις Κατευθυντήριες Οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης πρέπει να εξασφαλίζεται απολύτως ελάχιστη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου (100% του χρόνου) 5 mg/l. Επιπλέον, η ενδεικνυόμενη ελάχιστη μέση τιμή διαλυμένου οξυγόνου για τη διαβίωση σαλμονίδων πρέπει να είναι τα 9 mg/l και η οριακή ελάχιστη τιμή τα 7 mg/l, ενώ για τις κυπρινίδες 7 mg/l και 5 mg/l, αντίστοιχα. Σήμερα έχουν αναπτυχθεί διάφορα σύγχρονα όργανα μέτρησης του διαλυμένου οξυγόνου τα γνωστά οξυγονόμετρα (αναλογικά ή ψηφιακά) και η μέτρηση καθίσταται πιο εύκολη. Τα αποτελέσματα της μέτρησης εκφράζονται σε mg/l διαλυμένου οξυγόνου ή σε ποσοστό (%) κορεσμού. 34

44 5.7 Θρεπτικά άλατα Αμμωνιακά (NH + 4 ) Τα υπόγεια νερά περιέχουν συνήθως αμμωνία σε χαμηλές συγκεντρώσεις (περίπου 0,2 mg/l). Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις παρατηρούνται σε υπόγεια νερά κάτω από εδάφη δασών. Η αμμωνία ενώ δεν επηρεάζει άμεσα την υγεία στις συγκεντρώσεις που ενδέχεται να υπάρχει στο πόσιμο νερό, αποτελεί όμως σημαντικό δείκτη ρύπανσης από κοπρανώδεις ουσίες. Σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 0,2 mg/l δημιουργεί προβλήματα οσμής και γεύσης στο νερό και ελαττώνει την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης. Επίσης, συμβάλλει στο σχηματισμό νιτρωδών αλάτων στα συστήματα ύδρευσης. Ανώτατη παραδεκτή τιμή αποτελεί η τιμή των 0.5 mg/l. (Νταρακάς 2011) Νιτρώδη (NO - 2 )- Νιτρικά (NO - 3 ) Υπάρχουν στα φυσικά νερά, καθώς αποτελούν τμήμα του κύκλου του αζώτου στη φύση, αλλά η συγκέντρωση νιτρικών πρέπει να είναι χαμηλή. Υψηλές συγκεντρώσεις οφείλονται σε λιπάσματα, απορρίμματα και ζωικά ή ανθρώπινα απόβλητα. Υπάρχουν ακόμη και στον αέρα, λόγω της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, με αποτέλεσμα να παρασύρονται από τη βροχή ή να αποτίθενται στο έδαφος. Σε αερόβιες συνθήκες τα νιτρικά (NO - 3 ) διεισδύουν στον υδροφόρο ορίζοντα. Τα νιτρικά αποτελούν την ανώτατη οξειδωτική βαθμίδα των ενώσεων του αζώτου, είναι θερμοδυναμικώς σταθερά και οι μεταβολές της συγκέντρωσής τους στα ύδατα οφείλονται κυρίως σε βιοχημικές δράσεις. Η συγκέντρωσή τους στα φυσικά ύδατα είναι πολύ μικρή, ενώ σε ορισμένα υπόγεια ύδατα εμφανίζουν αυξημένες συγκεντρώσεις. Όταν το νερό που προορίζεται για πόσιμο περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών και υπόκειται σε καθαρισμό με ενεργό άνθρακα, τότε είναι δυνατό να παρατηρηθεί αναγωγή των νιτρικών σε νιτρώδη που όπως αναφέρθηκε είναι επικίνδυνα για την υγεία. Επίσης, ανάγονται στον οργανισμό σε νιτρώδη και στη συνέχεια απορροφώνται από το αίμα και οξειδώνουν το σίδηρο της αιμογλοβίνης. Αυξημένες συγκεντρώσεις νιτρικών στα ύδατα παρουσιάζουν τον κίνδυνο πρόκλησης στα βρέφη της νόσου της κυάνωσης, ενώ στο όξινο περιβάλλον του στομάχου των οργανισμών ενδέχεται να μετατραπούν όπως και τα νιτρώδη, σε νιτροζαμίνες που είναι δυνητικά καρκινογόνες ουσίες. (Λοϊζίδου 2006). Για τα νιτρώδη ανώτατη παραδεκτή συγκέντρωση είναι 0.1 mg/l (ΦΕΚ 53 / , τεύχος Β') και 0.5 mg/l (ΦΕΚ 892 / , τεύχος Β ) και για τα νιτρικά 50 mg/l και για τις 2 περιπτώσεις Φωσφορικά (PO 3-4 ) Ο φώσφορος αν και είναι ένα από τα έξι κύρια κυτταρικά στοιχεία (C, H, O, N, P, S) η παρουσία του στο φλοιό της γης είναι σπανιότερη από αυτή των άλλων πέντε στοιχείων. Ο φώσφορος δεν απαντάται ελεύθερος στο φυσικό περιβάλλον, αλλά σε τρεις μορφές, τα ορθοφωσφορικά, τα πολυφωσφορικά ιόντα και τα φωσφορικά που είναι δεσμευμένα με 35

45 οργανικές ενώσεις. (Κουϊμτζής κ.α. 1996) Οι ενώσεις του φωσφόρου στο νερό διακρίνονται σε οργανικές ή ανόργανες, διαλυμένες ή σωματιδιακές. Τα φωσφορικά στα ύδατα προέρχονται από γεωργικές δραστηριότητες (κυρίως από τη χρήση λιπασμάτων) καθώς και από την απόρριψη αστικών λυμάτων και υγρών βιομηχανικών αποβλήτων. Κύρια πηγή φωσφορικών στα νερά είναι τα συνθετικά απορρυπαντικά, στα οποία προστίθενται μεγάλες ποσότητες τριφωσφορικού νατρίου. Καθορισμένες ποσότητες φωσφορικών είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη των φυτών και των ζώων, σε μεγάλες όμως συγκεντρώσεις και σε συνδυασμό με την παρουσία νιτρικών προκαλείται το φαινόμενο του ευτροφισμού. Ανάμεσα στους παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό είναι η θερμοκρασία, το ph και η συγκέντρωση των νιτρωδών και των νιτρικών ιόντων. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία τόσο αυξάνονται και οι ρυθμοί αποικοδόμησης των οργανικών ουσιών και συνεπώς την απελευθέρωση φωσφόρου. Ταυτόχρονα όμως οι υψηλές θερμοκρασίες εντείνουν την πρόσληψη φωσφόρου από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Συνήθως ο ρυθμός της πρώτης διαδικασίας (απελευθέρωση φωσφόρου) είναι μεγαλύτερος από αυτόν της δεύτερης (δέσμευση φωσφόρου), με αποτέλεσμα οι υψηλές θερμοκρασίες να επιφέρουν αύξηση της συγκέντρωσης του φωσφόρου στο νερό. Το ph έχει σχέση με την εσωτερική τροφοδοσία του νερού σε φώσφορο, την επαναιώρηση δηλαδή του φωσφόρου του πυθμένα. Σε υψηλές τιμές ph συμβαίνει ανταλλαγή των ιόντων υδροξυλίου (ΟΗ - ) του νερού με φώσφορο από ενώσεις σιδήρου (Fe) και αργιλίου (Al) του πυθμένα. Συνεπώς, αύξηση του ph επιφέρει αύξηση της συγκέντρωσης του φωσφόρου στο νερό. Ανοξικές συνθήκες ευνοούν τη διάχυση του φωσφόρου από τον πυθμένα στο νερό. Αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρωδών και των νιτρικών ιόντων ελαττώνει το ρυθμό απελευθέρωσης του φωσφόρου από τον πυθμένα και επομένως μειώνεται και η συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό εξαιτίας της οξειδωτικής τους δράσης. Παράλληλα, η παρουσία υδρόβιας μακροφυτικής βλάστησης σε μια υδάτινη συλλογή αυξάνει τη συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό. Οι φυτικοί οργανισμοί προσλαμβάνουν φώσφορο κυρίως από το υπόστρωμα, ενώ κατά την ανάπτυξή τους απελευθερώνουν μεγάλα ποσά φωσφόρου στο νερό, διαδικασία που συνεχίζεται και κατά την ξήρανσή τους. Η παραμονή ξηρών φυτικών τμημάτων στο νερό διευκολύνει την αποσύνθεσή τους, εμπλουτίζοντας το νερό με φωσφορικές ενώσεις. (Νταρακάς 2011) Στα περισσότερα φυσικά νερά οι συγκεντρώσεις του ολικού φωσφόρου, δηλαδή το σύνολο του ανόργανου και του οργανικού, του διαλυμένου και του σωματιδιακού φωσφόρου, κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 10 και 50 μg/l. Ωστόσο σε μη παραγωγικά, ολιγότροφα νερά η συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου μπορεί να είναι μικρότερη από 5 36

46 μg/l, ενώ σε πολύ εύτροφες συνθήκες μπορεί να υπερβαίνει τα 100 μg/l. Δεν έχουν αναφερθεί επιπτώσεις στην υγεία. 5.8 Θολότητα Ο όρος θολότητα χρησιμοποιείται για να καταδειχτεί η απουσία διαύγειας σε ένα υγρό δείγμα. Πιο συγκεκριμένα, θολότητα είναι η αντίσταση του νερού στην διέλευση του φωτός και οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη λεπτόκοκκων σωματιδίων ανόργανων και οργανικών υλικών τα οποία αιωρούνται ή βρίσκονται σε κολλοειδή μορφή και είναι διάσπαρτα στην υγρή φάση. Τα σωματίδια που υπάρχουν στο νερό μπορεί να απορροφήσουν επιβλαβείς οργανικές ή ανόργανες ουσίες. Η απολύμανση του πόσιμου νερού δεν είναι αποτελεσματική αν υπάρχει θολότητα, γιατί πολλοί παθογόνοι οργανισμοί εγκλωβίζονται στα σωματίδια που αιωρούνται και προστατεύονται από το απολυμαντικό. Το πόσιμο νερό που φτάνει στον καταναλωτή πρέπει να είναι διαυγές και όχι θολό. Η θολότητα είναι η περισσότερο μεταβαλλόμενη παράμετρος ποιότητας του νερού, η οποία καθορίζει συχνά την επιλογή της μεθόδου επεξεργασίας του. Η θολότητα προκαλεί εξασθένηση της έντασης της διερχόμενης φωτεινής ακτινοβολίας λόγω φαινομένων σκέδασης και απορρόφησης και μετριέται σε μονάδες θολότητας (NTU) (Nephelometric Turbidity Units) ή σε mg/l (ppm) διοξειδίου του πυριτίου (SiO 2 ), δηλαδή θολότητα που οφείλεται στην περιεκτικότητα 1 mg SiO 2 σε 1 lt νερού. (Νταρακάς 2011) 5.9 Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD ) Το Βιοχημικά Απαιτούμενο Οξυγόνο (BOD) είναι η παράμετρος που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του οργανικού φορτίου (της τροφής) των υγρών αποβλήτων και των ρυπασμένων νερών. Το ολικό BOD (BODu) μιας ποσότητας νερού ορίζεται ως η ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου που χρησιμοποιούν οι μικροοργανισμοί για την πλήρη βιοχημική οξείδωση των περιεχόμενων οργανικών υλών. Η ολοκλήρωση του πειράματος ΒΟD απαιτεί πολύ χρόνο. Απαιτούνται 20 ημέρες για να ικανοποιηθούν τα 95-99% του BODu και γι αυτό χρησιμοποιείται συνήθως το BOD5 που είναι το BOD που ικανοποιείται κατά τις 5 πρώτες ημέρες του πειράματος σε θερμοκρασία 20 C. (Βασιλάτος ) Τα αποτελέσματα των μετρήσεων του BOD χρησιμοποιούνται : για την εύρεση της ποσότητας οξυγόνου που απαιτείται για τη βιοχημική οξείδωση των οργανικών ουσιών, για την εύρεση του μεγέθους (διαστασιολόγηση) των εγκαταστάσεων επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων, για τη μέτρηση της αποδοτικότητας μερικών διεργασιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και 37

47 για την εύρεση των τιμών συμμόρφωσης με τα όρια των εκροών τα οποία τίθενται από τη νομοθεσία. (Νταρακας 2011) Η μεγάλη αξία του BOD βρίσκεται στο ότι μετρά άμεσα το κυριότερο ρυπαντικό αποτέλεσμα της οργανικής ύλης, δηλαδή την κατανάλωση διαλυμένου οξυγόνου που πραγματοποιούν οι μικροοργανισμοί κατά την οξείδωσή της Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD ) Το COD είναι η ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη χημική οξείδωση της οργανικής ύλης σε CO 2 και νερό. Η οξείδωση πραγματοποιείται με ισχυρά οξειδωτικά μέσα, υπό όξινες συνθήκες, με παρουσία καταλύτη. Κατά συνέπεια, είναι η έμμεση μέτρηση της ποσότητας των οργανικών ενώσεων στα ύδατα. Η μέτρηση αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη, καθώς γίνεται σε σύντομο χρονικό διάστημα και μπορεί με κατάλληλη βαθμονόμηση και συσχέτιση να παρέχει ένδειξη BOD. Η καλή ποιότητα των υδάτων χαρακτηρίζεται από τιμές μικρότερες των 10 mg/l. (Κ.Π.Ε.). Η ταχύτητα της μέτρησης του COD, είναι το μεγάλο πλεονέκτημά της αφού ολοκληρώνεται σε 2-3 ώρες, σε αντίθεση με τη μέτρηση του BOD 5, η οποία διαρκεί 5 ημέρες. Το μειονέκτημα όμως είναι ότι με το COD μετράται όχι μόνο η βιοδιασπάσιμη αλλά και η μη βιοδιασπάσιμη οργανική ύλη. Συνεπώς, η μέτρηση του COD είναι κατά κάποιο τρόπο λιγότερο αντιπροσωπευτική από τη μέτρηση του BOD5 όταν πρόκειται για προσδιορισμό του οργανικού φορτίου που υπάρχει στα τυπικά αστικά λύματα. Τα αποτελέσματα εκφράζονται σε mg/lt COD. Κατά κανόνα το COD είναι πάντα μεγαλύτερο από το BOD 5 και για τα αστικά λύματα ο λόγος COD / BOD 5 είναι 1,2-1,5. Ισχύει ακόμα, COD>BODu>BOD 5. (Βασιλάτος 2010) 5.11 Ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) Ο Ολικός Οργανικός Άνθρακας (Total Organic Carbon TOC) είναι παράμετρος άμεσης μέτρησης του συνολικού οργανικού άνθρακα που περιέχεται στα ύδατα και τα απόβλητα, ανεξάρτητα από το είδος των ενώσεων στις οποίες περιέχεται και από τις βαθμίδες οξείδωσής τους. [Κουϊμτζής Θ., Σαμαρά Κωνσταντίνου Κ., Φυτιάνος Κ., Βουτσά Δ.: 225] Ως εκ τούτου παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα και το επίπεδο ρύπανσης των υδάτων ως προς την παρουσία οργανικών συστατικών. Είναι μέτρο ιδιαίτερα κατάλληλο για μικρές συγκεντρώσεις οργανικής ύλης που ενδιαφέρουν ιδιαίτερα την παραγωγή πόσιμου νερού. Το πείραμα εκτελείται γρήγορα και η μέτρηση ολοκληρώνεται σε λίγες (2-3) ώρες με φασματοφωτομετρία. Στα αστικά ανεπεξέργαστα λύματα είναι συνήθως: BOD 5 /TOC = 1,0-1,6. (Βασιλάτος 2010 ) Ο ολικός οργανικός άνθρακας μπορεί να προσδιοριστεί μετά την προεπεξεργασία του δείγματος σε ελαφρώς όξινες συνθήκες για να απομακρυνθεί ο ανόργανος άνθρακας. Κατόπιν, μετατρέπουμε τον οργανικό άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα και μετά σε 38

48 ανθρακικό οξύ, το οποίο προκαλεί μεταβολή στο ph ενός έγχρωμου δείκτη. Η μεταβολή του χρώματος του δείκτη συνδέεται και είναι ανάλογη με την αρχική συγκέντρωση του οργανικού άνθρακα στο δείγμα. (Βασιλάτος 2010 ) 39

49 Κεφάλαιο 6 Η περιοχή μελέτης (Νομός Καστοριάς) 6.1 Γενικά Ο νομός Καστοριάς είναι ένας από τους 51 νομούς της Ελλάδας και ένας από τους τέσσερις της δυτικής Μακεδονίας με πληθυσμό (απογραφή 2011) έναντι κατοίκων του (απογραφή 2001). Είναι ένας από τους 13 νομούς της Μακεδονίας, του μεγαλύτερου διαμερίσματος της Ελλάδας. Συνορεύει βόρεια με τον νομό Φλώρινας, στα δυτικά και νοτιοανατολικά με τον νομό Κοζάνης και στα νοτιοδυτικά με τους νομούς Γρεβενών και Ιωαννίνων. Στα δυτικά συνορεύει με τη Αλβανία. Πρωτεύουσα του νομού είναι η Καστοριά. Έχει έκταση τετ. χλμ. Είναι νομός κυρίως ορεινός και ημιορεινός σε ποσοστό 60,2 % και 28,9 % αντίστοιχα, ενώ οι πεδινές εκτάσεις, φτάνουν σε ποσοστό μόλις το 10,5% και περιορίζονται στο κεντρικό τμήμα του νομού. Οι πεδινές περιοχές είναι πιο πυκνοκατοικημένες, όπου εντοπίζονται οι βιοτεχνικές μονάδες μεταποίησης γούνας και τυποποίησης τροφίμων, οι ξενοδοχειακές υπηρεσίες με τον εμπορικό τομέα και η εντατική αγροτική παραγωγή. Οι ορεινές περιοχές, ιδιαίτερα κοντά στα ελληνοαλβανικά σύνορα, είναι οι πιο αραιοκατοικημένες, τάση που τα τελευταία χρόνια τείνει με αργό ρυθμό να αναστραφεί. Το κλίμα του νομού είναι ηπειρωτικό με ψυχρούς χειμώνες και θερμά καλοκαίρια. Το χειμώνα η θερμοκρασία συχνά κατεβαίνει κάτω από το μηδέν με αποτέλεσμα τα νερά της λίμνης να παγώνουν. Εικόνα 6.1: Θέση νομού Καστοριάς 40

50 Εικόνα 6.2: Όρια νομού Καστοριάς Η Περιφερειακή Ενότητα Καστοριάς υπάγεται διοικητικά στην Περιφέρεια Δυτικής Μακεδονίας. Με την τελευταία διοικητική μεταρρύθμιση, η περιφερειακή ενότητα αποτελείται από 3 δήμους (κατά πληθυσμό): Τον Δήμο Καστοριάς (κάτοικοι) τον Δήμο Ορεστίδος τον Δήμο Νεστορίου (απογραφή 2011) [1] Σημαντικά αστικά κέντρα εκτός από τη Καστοριά ( κάτ.) και το Άργος Ορεστικό (7.838 κάτ.) είναι, οι Μανιάκοι (2.619 κάτ.) και η Μεσοποταμία (4.666 κάτ.). Άλλοι μεγάλοι οικισμοί είναι το Μαυροχώρι (1.554 κάτ.), η Κορησός (1.370 κάτ.), το Νεστόριο (1.214 κάτ.) και το Δισπηλιό (1.186 κάτ.). Ο Ν. Καστοριάς συγκεντρώνει ποσοστό 0,5% του πληθυσμού της χώρας. Ο πληθυσμός του Νομού από το 1961 ως σήμερα μπορεί να θεωρηθεί ως σταθερός μια και έχουν γίνει μικρές μεταβολές κατά την διάρκεια των παραπάνω ετών σε σχέση με την αύξηση του πληθυσμού σε επίπεδο χώρας.. Για τον Ν. Καστοριάς παρατηρείται σημαντική αύξηση του πληθυσμού του (16,3%) κατά την δεκαετία η οποία προφανώς οφείλεται στην άνθηση του τομέα της γουνοποιίας και στην εγκατάσταση απασχολούμενων με την γούνα από γειτονικούς νομούς. Χαρακτηριστική όμως είναι όπως προαναφέραμε η στασιμότητα στην μεταβολή του πληθυσμού, ιδίως από το 1981 και η τάση μείωσης την τελευταία 41

51 δεκαετία.. Όσον αφορά τις μετακινήσεις του πληθυσμού υπάρχουν δύο παράλληλες κινήσεις. Η πρώτη είναι η αστυφιλία στα αστικά κέντρα του νομού (Καστοριά, και λιγότερο το Άργος Ορεστικό) και η δεύτερη από και προς τον Ν. Καστοριάς. Η πόλη της Καστοριάς και τα χωριά της λεκάνης απορροής της λίμνης συγκεντρώνουν τα 2/3 του πληθυσμού. Είναι χαρακτηριστική η πύκνωση του οδικού δικτύου που παρατηρείται σε μια ευρύτερη ζώνη γύρω από την πόλη της Καστοριάς. Στην ζώνη αυτή βρίσκονται οι σημαντικότεροι οικισμοί του νομού, που παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό εξάρτησης από την πόλη της Καστοριάς. Ελάχιστοι οικισμοί εμφανίζουν εξάρτηση από το Άργος Ορεστικό. Επίσης οι οικισμοί που διατηρούν ή αναπτύσσουν τον πληθυσμό τους είναι αυτοί που βρίσκονται γύρω από την περιοχή της λίμνης, που προσφέρουν περισσότερες ανέσεις και υπηρεσίες (ύδρευση, αποχέτευση, πρόσβαση στην αγορά, υγεία, παιδεία, τρόπος ζωής κλπ.). Σε αντίθεση, οι περιοχές των ορεινών όγκων ερημώνονται πληθυσμιακά και δημογραφικά. Ο νομός αποτελείται στο μεγαλύτερο μέρος του από ορεινούς ΟΤΑ, γεγονός που το αποδεικνύει η απογραφή του 2011 που έδειξε ότι το 60,6% του συνόλου των εκτάσεων είναι ορεινοί, το 28,9% ημιορεινοί και μόλις το 10,5% των συνολικών εκτάσεων είναι πεδινοί ΟΤΑ. Οι κάτοικοι του νομού ασχολούνται με τη γεωργία, την κτηνοτροφία, την υλοτομία και την κατασκευή γουναρικών, τα οποία εξάγονται στην Ευρώπη και την Αμερική. Παράγει δημητριακά, κρασί, κηπευτικά, οπωρικά και κτηνοτροφικά προϊόντα. Οι εκτάσεις του νομού, που καλύπτονται από έλατα, πεύκα, βελανιδιές, καστανιές και κέδρους ξεπερνούν τα στρέμματα και δίνουν άφθονη ξυλεία οικοδομική ή κατάλληλη για έπιπλα. Μέτρια είναι η ανάπτυξη της κτηνοτροφίας. Εκτρέφονται αιγοπρόβατα, βοοειδή και χοίροι. Η εκτροφή γουνοφόρων ζώων και η αλιεία αυξάνουν το εισόδημα του νομού. 6.2 Οικονομικά στοιχειά Γουνοποιία Η Καστοριά είναι ένα από τα σημαντικότερα, σε παγκόσμιο επίπεδο, κέντρα παραγωγής, επεξεργασίας και διάθεσης γούνας. Η μακρόχρονη παράδοση, η άριστη ποιότητα και οι διεθνείς διασυνδέσεις που έχουν με τα χρόνια δημιουργηθεί, καθιστούν τη γουνοποιία έναν από τους σημαντικότερους εξαγωγικούς τομείς της χώρας, καθώς και ένα εξαιρετικά παραγωγικό κομμάτι της εθνικής οικονομίας. Η τέχνη της κατασκευής γουναρικών αναπτύχθηκε από τους βυζαντινούς χρόνους, πιθανόν όταν οι πρώτοι Καστοριανοί τεχνίτες μαθήτευσαν στην Κωνσταντινούπολη. Τον 16ο και 17ο αιώνα η συντεχνία των Καστοριανών γουναράδων της Κωνσταντινούπολης βρίσκεται στην ακμή της και πολλά από τα μέλη της κατέχουν θέσεις με μεγάλο κύρος και επιρροή. Η επεξεργασία της γούνας γίνεται με τον ίδιο παραδοσιακό τρόπο, εδώ και πεντακόσια χρόνια. Τα δέρματα προέρχονται από μικρά ζώα που εκτρέφονται εντός και εκτός Ελλάδος. 42

52 Το ταίριασμα των κομματιών και το ράψιμο απαιτούν εξειδίκευση, πολύ υπομονή και προσοχή. Οι γούνες, που βλέπει κανείς παντού περπατώντας μέσα στην πόλη, είναι έργα μιας υψηλής τέχνης και τεχνικής, που περνά από γενιά σε γενιά. Η επεξεργασία και το εμπόριο της γούνας αποτέλεσαν για χρόνια τη βασική οικονομική δραστηριότητα των κατοίκων της πόλης. Μετά τους κλυδωνισμούς που αντιμετώπισε ο κλάδος τα τελευταία χρόνια, προσπαθεί να εκμεταλλευτεί την ευνοϊκή διεθνή συγκυρία, να απευθυνθεί σε νέες αγορές και να αξιοποιήσει τις προκλήσεις της αγοράς Γεωργία H Περιφερειακή Ενότητα Καστοριάς έχει περιορισμένη γεωργική παραγωγή. Οι κυριότερες καλλιεργήσιμες εκτάσεις βρίσκονται στην περιοχή γύρω από τη λίμνη της Καστοριάς και στο οροπέδιο του Άνω Αλιάκμονα. Βασικά γεωργικά προϊόντα του Νομού είναι τα δημητριακά, τα όσπρια, τα μήλα, και τα κηπευτικά. Ιδιαίτερη βαρύτητα έχει δοθεί στην στήριξη των αγροτικών προϊόντων και στην υπογράμμιση της τοπικής προέλευσης και ποιότητας. Τα μήλα, όπως και τα φασόλια-γίγαντες της Καστοριάς έχουν αναγνωριστεί ως προϊόντα προστατευόμενης γεωγραφικής ένδειξης. Σημαντικά βήματα έχουν γίνει επίσης για την ανάπτυξη και την στήριξη των βιολογικών καλλιεργειών Κτηνοτροφία Η κτηνοτροφία παρά τη μείωση του αριθμού των αιγοπροβάτων σημείωσε σημαντική ανάπτυξη στους τομείς της παραγωγής, της επεξεργασίας και της εμπορίας των κτηνοτροφικών προϊόντων που αφορά το κρέας, το γάλα, το μαλλί, τα δέρματα, και τα γαλακτοκομικά προϊόντα. Η πολιτεία και η Τοπική Αυτοδιοίκηση αναπτύσσουν μελέτες για την εξέλιξη και ενίσχυση του κλάδου Δασική οικονομία Οι δασικοί πόροι κατέχουν σημαντική θέση στην οικονομία της περιοχής. Η ορθολογική εκμετάλλευση των δασών, η προστασία και η αειφόρος ανάπτυξή τους αποτελούν διαρκείς στοχεύσεις. Τα έργα διάνοιξης και οδοποιίας που έχουν πραγματοποιηθεί οδήγησαν σε σημαντική αύξηση της παραγωγής ξυλείας. Η ενίσχυση του εμπορίου και η αξιοποίηση του δασικού πλούτου μπορούν να τονώσουν την απασχόληση σε τοπικό επίπεδο, να συγκρατήσουν τον πληθυσμό των ορεινών περιοχών και να διαμορφώσουν τους κατάλληλους όρους για την ανάπτυξη του τουρισμού Αλιεία Η λίμνη της Καστοριάς αποτελεί ένα από τα σπουδαιότερα παραδοσιακά αλιευτικά κέντρα της ενδοχώρας, μετά τη λίμνη των Ιωαννίνων και την Κερκίνη. Η αλιεία στη λίμνη της Καστοριάς αποτελεί σημαντική δραστηριότητα, γιατί εκτός από την επαγγελματική αλιεία, σε 43

53 μεγάλο βαθμό ασκείται και ερασιτεχνική, αν και η εκμετάλλευσή της γίνεται κυρίως από επαγγελματίες αλιείς. Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι, η ετήσια αλιευτική απόδοση της λίμνης σε επαγγελματικό επίπεδο, τα τελευταία 30 έτη, φθάνει τα 78 περίπου Κg για κάθε εκτάριο λίμνης. Ειδικότερα, στη δεκαετία η απόδοση ήταν υψηλή, δηλαδή 150 Kg/ha, με το μεγαλύτερο δείκτη ιχθυοπαραγωγικής παραγωγικότητας μετά τη λίμνη Ζάζαρη. Την επόμενη δεκαετία ( ) η απόδοση έπεσε στα 65 Kg/ha περίπου και ο μέσος δείκτης παραγωγικότητας στο 0,5, για να έχουμε απόδοση γύρω στα 108 Kg/ha κατά την περίοδο και δείκτη παραγωγικότητας σχετικά υψηλό (0,8), σε σύγκριση με τις άλλες ιχθυότροφες ελληνικές λίμνες (Βιστωνίδα 0,6, Ιωαννίνων 0,7, Πετρών 0,9 και Ζάζαρη 1,1). Δηλαδή, η μεταβολή της αλιευτικής απόδοσης στη λίμνη της Καστοριάς ελαττώθηκε τα τελευταία 38 έτη κατά 43%. Η παρατηρούμενη μέση ετήσια αλιευτική αποδοτικότητα της λίμνης, είναι δυνατόν να βελτιωθεί, όχι μόνο ποσοτικά, αλλά και ποιοτικά, ως προς τη σύνθεση των εμπορικής σημασίας ιχθύων Στη λίμνη υπάρχουν μεγάλες ποσότητες πολλών ειδών ψαριών, και προσφέρεται για ψάρεμα τόσο με τις παραδοσιακές βάρκες στα βαθιά νερά όσο και με καλάμι στις ακρολίμνιες περιοχές. Τα είδη των ψαριών που υπάρχουν στη λίμνη είναι ο κυπρίνος, το περκί, το τσιρώνι, τα γριβάδια, οι πεταλούδες, το γλήνι, ο γουλιανός, η τούρνα και η πεταλούδα (εισήχθηκε στη λίμνη το 1985). Το ψάρεμα επιτρέπεται σχεδόν όλη τη διάρκεια του έτους, εκτός της περιόδου της αναπαραγωγής των ψαριών. Η παραγωγή της λίμνης έχει μειωθεί κατά πολύ τα τελευταία χρόνια και αφορά κυρίως ορισμένα είδη ψαριών όπως ο κυπρίνος, ενώ η πεταλούδα έχει αυξηθεί. Κατά μέσο όρο τα τελευταία 30 έτη, η ετήσια αλιευτική απόδοση της λίμνης φθάνει τα 78 kg ανά εκτάριο. 6.3 Κλίμα Στην περιοχή της Καστοριάς το κλίμα είναι υγρό, μεσόθερμο με τάση κατανομής της βροχής σε όλο το χρόνο, χαρακτηρίζεται δε ως ενδιάμεσο ή μεταβατικό μεταξύ μεσογειακού και ηπειρωτικού. Κατά τον Köppen, ο κλιματικός τύπος είναι Csa, δηλαδή Μεσογειακός τύπος κλίματος ή Μεσόθερμος τύπος κλίματος με ξηρό και θερμό θέρος και ήπιους χειμώνες. Κατά Thornthwaite (με βάση τα στοιχεία της εξατμισοδιαπνοής), το κλίμα της περιοχής είναι ημίυγρο, που αποκλίνει από το υγρό, με μέτρια έλλειψη ύδατος κατά τη θερινή περίοδο και με δυνητική εξατμισοδιαπνοή mm. Κατά τον Emberger η περιοχή ανήκει στον ύφυγρο βιοκλιματικό όροφο με δριμύ χειμώνα. Συνήθως, η ξηρά περίοδος εκτείνεται από τον Ιούνιο μέχρι τον Αύγουστο, ενώ η περίοδος των βροχών από τον Σεπτέμβριο μέχρι τον Μάιο. Οι μέσες θερμοκρασίες αέρα που διαμορφώνονται είναι σχετικά χαμηλές και εμφανίζουν σημαντική διακύμανση μεταξύ ψυχρών και θερμών μηνών. Ειδικότερα η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα είναι 12,9 0 C, 44

54 η μέση ετήσια βροχόπτωση πάνω στη λίμνη είναι 600 mm, η σχετική υγρασία είναι 65 %, η εξάτμιση είναι 738 mm και η κύρια διεύθυνση των ανέμων είναι Β, ΒΔ και ΒΑ Μέση μηνιαία θερμοκρασία Οι μέσες θερμοκρασίες αέρα που διαμορφώνονται είναι σχετικά χαμηλές και εμφανίζουν σημαντική διακύμανση μεταξύ των ψυχρών και των θερμών μηνών, γεγονός το οποίο ευνοεί την ανάπτυξη αποσαθρώσεων και κατακρημνίσεων. Πίνακας 6.1 Μέση μηνιαία θερμοκρασία (Μ.Σ. Καστοριάς) Διάγραμμα 6.1: Διακύμανση μέσης, μέσης μέγιστης και μέσης ελάχιστης θερμοκρασίας (Μ.Σ. Καστοριάς) Ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα Ως σχετική υγρασία ορίζεται η επί τοις εκατό αναλογία της υπάρχουσας σε ένα χώρο ποσότητας υδρατμών προς την ποσότητα που θα ήταν δυνατόν να συγκρατήσει ο χώρος αυτός κάτω από συνθήκες κορεσμού στην ίδια θερμοκρασία. 45

55 Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει πάντοτε μια ποσότητα υδρατμών, οι οποίοι αποτελούν την ατμοσφαιρική υγρασία. Η ατμοσφαιρική υγρασία αποτελεί πηγή όλων των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων και επιδρά σημαντικά στην εξάτμιση και την διαπνοή των φυτών. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ένα μέρος των κατακρημνισμάτων πέφτει με τη μορφή χιονιού κατά τη διάρκεια του χειμώνα και σχηματίζει χιονοστρώματα που παραμένουν στο έδαφος για σημαντικό χρονικό διάστημα. Πίνακας 6.2: Εποχιακή κατανομή κατακρημνισμάτων (mm) (Μ.Σ. Καστοριάς) Τα μέσα ετήσια ύψη βροχής υπερβαίνουν τα 700 mm, συνεπώς είναι σημαντικά. Αυτό, σε συνδυασμό και με τη σχετική ομοιόμορφη κατανομή της βροχής κατά τη διάρκεια του έτους ευνοούν την ανάπτυξη των επιφανειακών και των αξονικών διαβρώσεων, καθώς και των ολισθήσεων. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, οι βροχοπτώσεις στην επιφάνεια της υδρολογικής λεκάνης κατανέμονται σε τρεις ζώνες, ανάλογα με υψόμετρο. Η κατανομή αυτή χρησιμοποιείται από τον Βαφειάδη, αλλά επιβεβαιώνεται και από νεώτερα βροχομετρικά δεδομένα, καθώς και τα ύψη βροχής στους σταθμούς στα ρέματα που ανήκουν στην ίδια ζώνη είναι παρεμφερή. 46

56 Εικόνα 6.3: Κατανομή των βροχοπτώσεων σε ζώνες (Μ.Σ. Καστοριάς) Μέσα ύψη βροχής Ύψος βροχής 870 mm ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ Ύψος βροχής 720 mm ΜΠΛΕ Ύψος βροχής 620 mm ΜΟΒ Άνεμοι Ο άνεμος είναι κλιματικό στοιχείο που η δίαιτά του εξαρτάται από τα γεωμορφολογικά στοιχεία της περιοχής, όπως είναι οι ορεινοί όγκοι, το ύψος, τις μάζες της ξηράς και της θάλασσας κ.α. Πίνακας 6.3:Κατεύθυνση των ανέμων (Μ.Σ. Καστοριάς) 6.4 Φυσικό περιβάλλον περιοχής Βουνά του νομού Καστοριάς Γράμμος Ο Γράμμος (υψηλότερη κορυφή μ), είναι ένα από τα πιο εκτεταμένα ορεινά συγκροτήματα του ελλαδικού χώρου και αποτελεί την βορειότερη προέκταση της Πίνδου. Αποτελείται ουσιαστικά από δύο κορυφογραμμές, εκ των οποίων η μία που αποτελεί και την 47

57 γραμμή των συνόρων με την Αλβανία, ξεκινά από τον κάμπο της Κόνιτσας για να καταλήξει στην Καστοριά, και η δεύτερη χωρίζει την περιφέρεια της Ηπείρου από την Μακεδονία. Τα νερά του Γράμμου από τον ΒΔ υδροκρίτη συγκεντρώνονται στον ποταμό Σαραντάπορο, ενώ ο ΒΑ υδροκρίτης συγκεντρώνει τα νερά του στον ποταμό Αλιάκμονα, που πηγάζει από την κοιλάδα της Γράμμουστας. Ο ορεινός όγκος του Γράμμου με τις πηγές του ποταμού Αλιάκμονα, αποτελεί έναν από τους πλέον ενδιαφέροντες προορισμούς για τον επισκέπτη του Νομού Καστοριάς. Η περιοχή του Γράμμου αποτελεί ένα από τα παραγωγικότερα και παρθένα δασικά συμπλέγματα της Ελλάδας. Οι κύριες ασχολίες των κατοίκων της περιοχής είναι το κυνήγι, η κτηνοτροφία και η δασοπονία. Ο ποταμός Αλιάκμονας που πηγάζει από τον Γράμμο είναι ο μεγαλύτερος σε μήκος (297χλμ.) ποταμός της Ελλάδας. Βόϊο Το όρος Βόϊο έχει μήκος περίπου 25 χλμ και αποτελεί κατά κάποιο τρόπο, συνδετικό κρίκο ανάμεσα στην οροσειρά του Γράμμου και αυτή του Σμόλικα. Η ψηλότερη κορυφή του Βοϊου είναι ο Προφήτης Ηλίας Σουπανίου (1.805 μ) και προσεγγίζεται από την εθνική οδό Ιωαννίνων-Κοζάνης. Το Βόιο είναι πολύ πλούσιο σε χλωρίδα και πανίδα και αποτελεί σημαντικό βιότοπο της ελληνικής αρκούδας. Βίτσι Ο ορεινός όγκος του Βιτσίου (με υψηλότερη κορυφή μ), εκτείνεται μεταξύ των νομών Καστοριάς και Φλώρινας. Είναι βουνό πλούσιο σε δάση, κατά βάση οξιάς, όπου και έχουν καταφύγει οι τελευταίες αρκούδες της περιοχής. Το ορεινό σύμπλεγμα του Βιτσίου με τα πυκνά δάση οξιάς και τη σπάνια χλωρίδα και πανίδα, είναι ένας ακόμα ενδιαφέρων προορισμός. Η περιοχή έχει μείνει ανεπηρέαστη από την ανθρώπινη δραστηριότητα και διατηρεί τη μοναδική ομορφιά της άγριας φύσης που χαρακτηρίζεται από την εξαιρετική γεωμορφολογία και τους γραφικούς οικισμούς της. Στο όρος Βίτσι λειτουργεί και χιονοδρομικό κέντρο, σε απόσταση 22 χλμ από την Καστοριά, το οποίο βρίσκεται στο δρόμο Καστοριάς-Φλώρινας Το λιμναίο οικοσύστημα Κατά την εαρινή περίοδο του 1997 πραγματοποιήθηκε έρευνα πεδίου σχετικά με την καταγραφή της παραλίμνιας βλάστησης και χλωρίδας από τους Μ. Παπαθανασίου Βιολόγο, Θ. Κουσουρή Δρ.Υδροβιολόγο, Φ. Περγαντή Οικολόγο Μ. Sc., Ορνιθολόγο, Γ. Σφήκα φυσιοδίφη. Συγκεκριμένα, διατρέχθηκε ολόκληρη η παραλίμνια υγροτοπική ζώνη, κυρίως από την πλευρά της χέρσου και έγιναν διαδρομές διαμέσου κάθε βατού οικότοπου, ιδιαίτερα των υπολοίπων των παραλιμνίων δασών. Εδώ χρησιμοποιούνται τα πορίσματα της εν λόγω μελέτης διότι δεν υπάρχει στην βιβλιογραφία τίποτα άλλο πιο πρόσφατο και αναλυτικό απ αυτήν. 48

58 Στην παρούσα παράγραφο παρουσιάζονται τα βιολογικά χαρακτηριστικά του κυρίως υδάτινου περιβάλλοντος της λίμνης. 1. Υδρόβια βλάστηση Η σύσταση του πυθμένα της λίμνης Καστοριάς καθώς και το έδαφος των παρόχθιων είναι αμμώδους πηλοαμμώδους ή/και λασπώδους σύστασης. Η σύσταση αυτή του εδάφους, μαζί με το μικρό βάθος της λίμνης, ευνοούν την ύπαρξη άφθονης υδρόβιας βλάστησης. Αυτή έχει ζωνώδη μορφή περιβάλλουσα τη λίμνη, εκτός από μερικά σημεία στο ανατολικό κυρίως μέρος, όπου το έδαφος είναι βραχώδες με ακτές απόκρημνες και έτσι η παρουσία της είναι αραιή. Στα σημεία αυτά υπάρχουν στην παράκτια ζώνη δένδρα από τα οποία επικρατεί το Platanus orientalis L. Η ζώνωση στη λίμνη της Καστοριάς φθάνει σε πλάτος λίγων δεκάδων μέτρων. Το μεγαλύτερο πλάτος των υδρόβιων φυτών που καλύπτουν τη λίμνη παρατηρήθηκε στο βορειοανατολικό τμήμα αυτής. Το πλάτος αυτό φθάνει τα 70m το δε βάθος στο οποίο παρατηρείται υδρόβια βλάστηση είναι περίπου 2m. Οι κυριότερες φυτοκοινωνίες της υδρόβιας βλάστησης στη λίμνη της Καστοριάς είναι: I. Φυτοκοινωνία Trapetum natantis II. Φυτοκοινωνία Polygonetum amphibii III. Φυτοκοινωνία Potametum lucentis IV. Φυτοκοινωνία Potametum pectinati V. Φυτοκοινωνία Potametum perfoliati VI. Φυτοκοινωνία Najadetum marinae. VII. Φυτοκοινωνία Potametum crispi VIII. Φυτοκοινωνία Ceratophyllum demersi IX. Φυτοκοινωνία Lemnetum minoris 2. Φυτοπλαγκτόν Στη λίμνη της Καστοριάς, η συνήθης κατανομή και σύσταση του φυτοπλαγκτού έχει ως εξής: Την άνοιξη επικρατούν τα Χλωροφύκη και Διάτομα, με διακύμανση ποσοστών εμφάνισης 3,2-52,0% και 15,2-47,7% αντίστοιχα, ακολουθούν τα Κρυπτοφύκη (22,3-38,1%), τα Κυανοφύκη (μέχρι 35,2%) τα Δινοφύκη και τα Χρυσοφύκη. Την καλοκαιρινή περίοδο και όταν οι συνθήκες στο περιβάλλον το επιτρέπουν (υψηλή θερμοκρασία, ηλιοφάνεια, ήρεμες καιρικές συνθήκες κ.ά.), επικρατούν τα Κυανοφύκη με ποσοστά εμφάνισης που κυμαίνονται από 41,1-79,6% και ακολουθούν τα Διάτομα 12,0-32,3%, Χλωροφύκη (μέχρι 22,7%) Δινοφύκη (μέχρι 8,5%), Κρυπτοφύκη (μέχρι 2,2%), Ευγληνοειδή και Χρυσοφύκη. Όταν οι συνθήκες δεν είναι ιδανικές για τη μαζική ανάπτυξη των Κυανοφυκών επικρατούν, κυρίως το καλοκαίρι, τα Χλωροφύκη (28,6-36,1%) και ακολουθούν τα Διάτομα (23,5-29,8%), τα Κυανοφύκη (22,0-28,2%) κ.λπ., ενώ στα μέσα της περιόδου η αφθονία 49

59 εμφάνισης αφορά κυρίως τα Διάτομα (52,6-83,1%), τα Κυανοφύκη (9,9-41,9%), τα Χλωροφύκη (4,1-5,1%) και τα Δινοφύκη. Τη φθινοπωρινή περίοδο συνήθως επικρατούν τα Κυανοφύκη (92,3-98,0%) και ακολουθούν τα Κρυπτοφύκη, τα Δινοφύκη, τα Διάτομα και τα Χλωροφύκη. Κατά τη χειμερινή περίοδο επικρατούν τα Διάτομα (25,3-68,4%) και τα Χλωροφύκη ( %), ενώ σε δευτερεύουσα θέση ακολουθούν τα Κυανοφύκη (7,3-18,4%), τα Κρυπτοφύκη και τα Δινοφύκη (ΑΝ. ΚΑΣ 1997). 3.Ζωοπλαγκτόν Στη λίμνη της Καστοριάς, η εποχιακή εμφάνιση, επικράτηση και αφθονία του ζωοπλαγκτού έχει ως εξής (ΑΝ. ΚΑΣ 1997): Την άνοιξη, κυριαρχούν τα τροχοφόρα (61,5-81,1%) και σε δευτερεύουσα θέση ακολουθούν τα πρωτόζωα (5-30,7%), κωπήποδα (1,8-10,1%) και κλαδοκερωτά (1,9-9,4%). Νωρίς το καλοκαίρι, κυριαρχούν τα τροχοφόρα (31,0-72,6%). Στα μέσα της περιόδου του καλοκαιριού, κυριαρχούν τα πρωτόζωα (49,8-85,8%) Κατά τη φθινοπωρινή περίοδο, κυριαρχούν τα τροχοφόρα (56,5-81,8%) Κατά τη χειμερινή περίοδο, επικρατούν τα τροχοφόρα (26,4-57,9%) και ακολουθούν τα πρωτόζωα (40,3-72,2%) Τα ποτάμια οικοσυστήματα Εκατέρωθεν των οχθών των ρεμάτων της περιοχής παρουσιάζεται έντονη ανάπτυξη υδρόφιλης βλάστησης που απαρτίζεται κυρίως από διάφορα πλατύφυλλα-φυλλοβόλα είδη δέντρων, όπως ιτιές (Salix sp), πλατάνια (Platanus orientalis), σφεντάμια (Acer sp), φτελιές (Ulmus sp) και κλήθρα (Alnus glutinosa). Η βλάστηση αυτή είναι πυκνότερη στα πεδινά και από κάποιο σημείο σμίγει με την παραλίμνια αντίστοιχη υδρόφιλη δενδρώδη βλάστηση. (ΑΝ. ΚΑΣ 1997) Διαβαθμιζόμενα οικοσυστήματα (μεταξύ ύδατος και χέρσου) Οι βασικότεροι επιμέρους τύποι οικοτόπων που μπορούν να διακριθούν στις ζώνες διαβάθμισης των οχθών της λίμνης είναι : καλαμώνες παραλίμνια δάση υγρολίβαδα Αυτή η βλάστηση εναλλάσσεται τόσο καθέτως προς την ακτή όσο και κατά μήκος αυτής. Μπορεί δηλαδή να υπάρχει κάποιο τμήμα ακτής, όπου να υπάρχουν εκεί και να διαβαθμίζονται από τη λίμνη προς το χέρσο τμήμα και οι τρεις τύποι υδρόφιλης βλάστησης (συνήθως πρώτα ο καλαμώνας, κατόπιν το παραλίμνιο δάσος και κατόπιν το υγρολίβαδο), 50

60 αλλά μπορεί να υπάρχει ένα τμήμα ακτής όπου να υπάρχει μόνο υγρολίβαδο και να γειτνιάζει με ένα άλλο τμήμα όπου υπάρχει μόνο καλαμώνας που κι αυτό να γειτνιάζει με ένα άλλο τμήμα ακτής όπου υπάρχει μόνο παραλίμνιο δάσος. Χρειάζεται να σημειωθεί ότι η ακταία υγροτοπική ζώνη της λίμνης είναι ιδιαίτερα σημαντική για τους εξής λόγους : Συνιστά μία ζώνη με εντονότατη πρωτογενή και δευτερογενή παραγωγικότητα σε βιομάζα. Αποτελεί ζώνη φυσικού εμπλουτισμού της υπόλοιπης λίμνης με θρεπτικά συστατικά που προκύπτουν από την αποσύνθεση της μεγάλης βιομάζας που παράγεται σε αυτή (δηλ. στην ίδια την υγροτοπική ζώνη). Συνιστά, ως ένα βαθμό, ένα ευεργετικό φυσικό φίλτρο των απορροών προς τη λίμνη, επομένως και των ανεπιθύμητων υπολειμμάτων αγροτοχημικών που εισρέουν από τις γύρω καλλιέργειες και τα οποία θα μπορούσαν να προκαλέσουν πολύ έντονα φαινόμενα ευτροφισμού και έλλειψης οξυγόνου σε μεγάλα τμήματα της υπόλοιπης λίμνης. Αποτελεί ιδιαίτερα σημαντικό χώρο για την αναπαραγωγή πολλών υδρόβιων οργανισμών της λίμνης. Αποτελεί ζωτικότατο χώρο διατροφής και διαβίωσης πολλών υδροβίων οργανισμών της λίμνης και ιδιαίτερα πολλών ειδών ψαριών. Αποτελεί μία ζώνη ιδιαίτερα αυξημένης βιολογικής ποικιλότητας που παίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας ολόκληρου του λιμναίου οικοσυστήματος. Αποτελεί μεγίστης σημασίας ενδιαίτημα, χώρο ξεκούρασης και τόπο αναπαραγωγής της ορνιθοπανίδας της περιοχής, στην οποία περιλαμβάνονται πολλά απειλούμενα και αυστηρά προστατευόμενα είδη. Αποτελεί ένα τοπιακό πόρο ανυπέρβλητης αισθητικής αξίας και έτσι ένα εν δυνάμει σπουδαιότατο πόλο αναψυχής ειδικού τύπου (οικοτουρισμός, περιβαλλοντική εκπαίδευση, κλπ) (ΑΝ. ΚΑΣ 1997) Χερσαία Οικοσυστήματα 1. Πεδινή καλλιεργημένη ζώνη που περιβάλλει βασικά τη λίμνη αλλά επεκτείνεται και πέραν αυτής κυρίως όμως προς τα ΒΔ. Η ζώνη αυτή συνιστά ένα ανθρωπογενές οικοσύστημα. Από οικολογικής πλευράς σημειώνεται, ότι οι καλλιέργειες που υπάρχουν γύρω από τη λίμνη είναι εν μέρει εντατικές (κυρίως καλαμπόκι και ορισμένες δεντροκαλλιέργειες) αφού υπάρχουν αξιόλογες εκτάσεις με ήπιες καλλιέργειες δημητριακών ή δέντρων (π.χ. λευκοκαλλιέργεια). 51

61 Στον κυρίως πεδινό καλλιεργούμενο χώρο και ειδικότερα εκατέρωθεν των ρεμάτων εντοπίζονται κάποιοι παρεμβαλλόμενοι θώκοι φυσικής βλάστησης που περιλαμβάνουν υδρόφιλα δέντρα και θάμνους (κυρίως ιτιές, σφεντάμια και λυγαριές). 2. Λοφώδης και ορεινή ζώνη με θαμνώνες και δάση Η βλάστηση αυτών των εκτάσεων παρουσιάζει αξιόλογο μωσαϊκό το οποίο συνίσταται στους εξής επιμέρους τύπους που εναλλάσσονται διαρκώς : Πυκνοί και υψηλοί θαμνώνες που αποτελούνται κυρίως από πουρνάρια αλλά και από χαμηλές δρύες. Τέτοιοι θαμνώνες, δεν παρουσιάζονται συνήθως αυτούσιοι αλλά ως επί το πλείστον ανάμεικτοι ή διαβαθμιζόμενοι με υψηλότερη δενδρώδη βλάστηση. Κατ εκτίμηση, αυτός ο τύπος βλάστησης καλύπτει το μεγαλύτερο ποσοστό εδάφους του υπό συζήτηση οικοσυστήματος. Εκεί όπου έχει υπάρξει εντονότερη επίδραση από φωτιές και βόσκηση, τα εδάφη εμφανίζονται από μακριά απογυμνωμένα, αλλά μία εγγύτερη εξέταση εντοπίζει την κάλυψή τους από μονοετή αγρωστώδη, διάφορα γεώφυτα και διάσπαρτα βοσκοανθεκτικά είδη θάμνων ή δέντρων. Ενιαία και κάπως μεγάλης έκτασης δάση απαντώνται μάλλον σποραδικά, όχι συχνά και αρκετά μακριά από την εγγύς λεκάνη απορροής της (ΑΝ. ΚΑΣ 1997). 3. Ζώνες διαβάθμισης μεταξύ καλλιεργειών και φυσικής βλάστησης λοφωδών και ορεινών οικοτόπων. Η βλάστηση στη ζώνη αυτή δεν διαφοροποιείται από αυτή που αναφέρθηκε στις προηγούμενες παραγράφους για τα χερσαία οικοσυστήματα. Αυτή η ζώνη εντόνου μωσαϊκού ή διαβαθμίσεων μεταξύ καλλιεργειών και φυσικής βλάστησης προσελκύει αφθονία πανίδας τόσο από ποιοτική όσο και από ποσοτική άποψη (ΑΝ. ΚΑΣ 1997) Πανίδα της περιοχής Όπως και με την χλωρίδα, τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται είναι από την ειδική περιβαλλοντική μελέτη που εκπόνησε η Αναπτυξιακή Καστοριάς με παρατηρήσεις της ομάδας μελέτης που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια των επισκέψεων στην περιοχή. Βέβαια, η λεπτομερής καταγραφή με εργασία πεδίου, των διαφόρων ζωικών ομάδων σε ένα τόσο εκτενή χώρο όπως αυτός της περιοχής μελέτης, δεν ήταν δυνατό να πραγματοποιηθεί. Διερευνήθηκαν από την ομάδα εργασίας της ειδικής περιβαλλοντικής μελέτης το 1997 κυρίως ανώτερες ζωικές ομάδες όπως αυτές των θηλαστικών, πουλιών και ψαριών. Οι ταξινομικές ζωικές ομάδες που παρουσιάζονται, είναι οι εξής : Θηλαστικά Πουλιά Ψάρια 52

62 1.Θηλαστικά Στην περιοχή μελέτης παρατηρούνται τα εξής : Η κύρια κατανομή της αλεπούς (Vulpes vulpes), του κουναβιού (Martes foina), του λαγού (Lepus capensis), του ασβού (Meles meles) και της νυφίτσας (Mustela nivalis) εντοπίζεται βασικά στους γύρω λόφους της περιοχής. Καλύπτει όμως και τις καλλιέργειες γύρω από τη λίμνη, ιδιαίτερα στις περιοχές κοντά στους λόφους ή όπου υπάρχουν κάποιοι θώκοι φυσικής βλάστησης. Αλλά μεγαλύτερα θηλαστικά, και κάπως σπανιότερα, όπως ο αγριόχοιρος (Sus scrofa), το ζαρκάδι (Capreolus capreolus), η αρκούδα (Ursus arctos) ο λύκος (Canis lupus) και οι σκίουροι (Sciurus vulgaris), εμφανίζονται στα ορεινά, όπου υπάρχουν καλά ανεπτυγμένα δάση. Τα δεδομένα που αφορούν στη βίδρα (Lutra lutra) είναι μεν αποσπασματικά αλλά ενδεικτικά της παρουσίας του είδους στα ποτάμια της ευρύτερης περιοχής. Η βίδρα είναι ένα σπάνιο και προστατευόμενο είδος θηλαστικού που απαντάται και στην παραλίμνια ζώνη. 2. Πουλιά Τα ορνιθολογικά δεδομένα σχολιάζονται παρακάτω ως προς τη διαχείμαση, τις μεταναστευτικές περιόδους και το φώλιασμα. Διαχείμαση Οι διαχειμάζοντες στην περιοχή πληθυσμοί υδρόβιων και παρυδάτιων πουλιών, εμφανίζονται στο σύνολο τους αρκετά μεγάλοι σε σύγκριση με το μέγεθος και τη γεωγραφική θέση της λίμνης. Πάντως, ως προς τη διαχείμαση, θα πρέπει ιδιαίτερα να υπογραμμιστούν τα εξής : Διαχειμάζει μόνιμα ένας αξιόλογος πληθυσμός κύκνων που ξεπερνούν τους 100. Οι αγριόπαπιες που διαχειμάζουν ξεπερνούν συνήθως τις και ανήκουν σε περισσότερα από 10 είδη, με πολυαριθμότερο το γκισάρι. Σ αυτά τα υδρόβια περιλαμβάνεται και ο χηνοπρίστης, για τον οποίο η λίμνη της Καστοριάς αποτελεί ένα από τα νοτιότερα πεδία κατανομής του. Κατά τη χειμερινή περίοδο διατρέφεται ένας αξιόλογος αριθμός αργυροπελεκάνων, που ξεπερνά συνήθως τους 50. Είναι ένα από τα ελάχιστα μέρη της Ελλάδας όπου διαχειμάζουν νυχτοκόρακες. Εντυπωσιακό είναι το πλήθος των σκουφοβουτηχταριών και των κορμοράνων που ανέρχονται σε χιλιάδες, κάτι που υποδηλώνει μία αντίστοιχη αφθονία και παραγωγικότητα της λίμνης σε ψάρι. Μεταναστεύσεις Η λίμνη της Καστοριάς δεν μπορεί να λογιστεί ως εξαιρετικά σημαντικός χώρος υποστήριξης της μετανάστευσης υδροβίων και παρυδάτιων πουλιών, εξ αιτίας της 53

63 γεωγραφικής της θέσης. Πάντως, είναι αξιόλογοι οι μεταναστεύοντες πληθυσμοί διαφόρων ειδών ερωδιών. Φώλιασμα Από τα δεδομένα που υπάρχουν προκύπτει ότι η λίμνη της Καστοριάς εξακολουθεί να παραμένει αξιόλογος χώρος φωλιάσματος για πολλά υδρόβια και παρυδάτια πουλιά. Από αυτά τα δεδομένα θα πρέπει να υπογραμμισθούν τα εξής : Ο μόνος υγρότοπος στην Ελλάδα όπου φωλιάζουν κάθε χρόνο αρκετές δεκάδες ζευγάρια κύκνων Ένας από τους λίγους ελληνικούς υγρότοπους όπου φωλιάζουν ταυτόχρονα κορμοράνοι, λαγόνες, νυχτοκόρακες, σταχτοτσικνιάδες και νανοτσικνιάδες Φωλιάζει ένας αξιόλογος πληθυσμός από σκουφοβουτηχτάρια (αρκετές δεκάδες ζευγάρια) Μία από τις λίγες ελληνικές λίμνες όπου φωλιάζουν ποταμογλάρονα Τα τελευταία χρόνια υπάρχουν έντονες πιθανότητες απόπειρας φωλεοποίησης των αργυροπελεκάνων στο εγγύς μέλλον (έντονη συγκέντρωση των πουλιών επί έτη στο ίδιο σημείο, μάζεμα κλαδιών, συνουσία, κ.α.) 3.Ψάρια Τα κυριότερα είδη ιχθυοπανίδας που επικρατούν στη λίμνη της Καστοριάς είναι τα κυπρινοειδή. Ειδικότερα εμφανίζονται τα εξής: Κυπρίνος ή γριβάδι (Cyprinus carpio, L.) Περκί (Perca fluviatilis L.) Τσιρώνι ή Πλατίκα (Rutilus rutilus, L.) Γληνί (Tinca tinca, L.) Κέφαλος (Leusiscus cephalus, L.) Πεταλούδα (Carassius auratus gibelio, L.) Γουλιανός (Silurus glanis, L.) Τούρνα (Esox lucius, L.) 54

64 Κεφάλαιο 7 Στοιχεία φυσικού περιβάλλοντος της λίμνης Ορεστιάδας 7.1 Περιοχή έρευνας Ως περιοχή μελέτης ορίζεται η λεκάνη απορροής της λίμνης της Καστοριάς. Η περιοχή αυτή βρίσκεται στο βορειοανατολικό τμήμα του Νομού Καστοριάς και οριοθετείται ως εξής (Χάρτης 7.1): Βόρεια από το όρος Βέρνο με ψηλότερη κορυφή το Βίτσι, που είναι και το ψηλότερο σημείο της λεκάνης απορροής της λίμνης, και τα υψώματα Σπυριδάκη, Κορυφή Σικαβίτσας και Αγία Παρασκευή Ανατολικά από τα υψώματα Φαλακρό, Κρόνος, Δούκας, Μαυροβούνι, Στενά Κλεισούρας και Πύργος Νότια από τα υψώματα Πετρώδες, Μικρό Βουνό και Κορησός Δυτικά από τα υψώματα Κορυφή, Αγία Τριάς, Καζάνι και Περτσέλη. 55

65 Εικόνα 7.1: Τοπογραφικός χάρτης της λίμνης της Καστοριάς 56

66 7.1.1 Γεωγραφικά στοιχεία Η λίμνη της Καστοριάς βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος Β 40 31' και γεωγραφικό μήκος Α 21 18, έχει δε μέσο απόλυτο υψόμετρο στάθμης 629,80 m. Είναι ορθογωνικής περίπου μορφής με τον μεγάλο άξονα, μήκους 7 km, εκτεινόμενο από Β προς Ν και τον μικρότερο, μεγίστου μήκους 5,5 km, εκτεινόμενο από Α προς Δ. Με την χερσόνησο της Κορίτσας αφ ενός, εισχωρούσα από Δ μέχρι περίπου του μισού του πλάτους της λίμνης, και αφ ετέρου του διαρκώς εκτεινομένου εντός της λίμνης δέλτα του χειμάρρου Ξηροποτάμου από Α, η λίμνη τείνει να διαχωριστεί σε δύο τμήματα. Βόρειο και Νότιο. Η λίμνη είναι μια ρηχή καρστική λεκάνη με μέση επιφάνεια 27,9 km2, μέσο βάθος νερού 4,40 m και μέγιστο βάθος 9,10 m Υδρογεωμορφολογικά στοιχεία Η λεκάνη απορροής της λίμνης εκτείνεται από τις κορυφές του όρους Βέρνου (Βίτσι m) και υψώματος Σπυριδάκη (1.498 m) προς Β μέχρι τις κορυφές των υψωμάτων Πετρώδες (802 m). Μικρό Βουνό (804 m) και Κορησός (1.386 m) προς Ν. Προς Δ ορίζεται από τις κορυφές των υψωμάτων Κορυφή (1.100 m), Αγία Τριάδα (1.387 m), Καζάνι (1.380 m) και Περτσέλη (1.505 m). Προς Α δε από τις κορυφές των υψωμάτων Φαλακρό (1.862 m ), Κρόνος (1.680 m), Στενά Κλεισούρας (1.150 m) και Πύργος (1.413 m). Το μέσο υψόμετρο της Λεκάνης απορροής ανέρχεται σε 895 m, το δε απόλυτο υψόμετρο κυμαίνεται από ελάχιστη τιμή 629,80 m (μέση στάθμη της λίμνης) μέχρι μεγίστη τιμή m (κορυφή όρους Βέρνου). Θεωρητικά η λεκάνη απορροής της λίμνης της Καστοριάς είναι μια κλειστή λεκάνη με υδροκρίτη όπως ορίσθηκε παραπάνω και έχει συνολική επιφάνεια έκτασης 281 km 2. Λόγω όμως διανοίξεως με φυσικές διεργασίες του ρεύματος ή Διώρυγας Καστοριάς (Ρεύμα Γκιόλι) και της υπάρξεως της δημοσίας οδού Δισπηλιού - Κορησού, το προς Νότο τμήμα του υδροκρίτη μετατοπίσθηκε κατά μεγάλο μέρος στην ανώτερη οδό με συνέπεια η έκταση της πραγματικής επιφανειακής λεκάνης απορροής να περιοριστεί σε 263,6 km 2. Το 10 % περίπου της έκτασης αυτής καταλαμβάνεται από τη λίμνη, το 30 % περίπου αποτελεί την πεδινή έκταση και εμφανίζει ήπιες κλίσεις, ενώ το υπόλοιπο 60 % της έκτασης αποτελεί ουσιαστικά το ορεινό τμήμα όπου επικρατούν απότομες κλίσεις. Εξ αιτίας της ύπαρξης καρστικοποιημενών ανθρακικών πετρωμάτων στην Νοτιοανατολική και Δυτική περιοχή της λεκάνης απορροής, η υπόγεια λεκάνη απορροής της λίμνης είναι περισσότερο εκτεταμένη (Βαφειάδης, 1983) και καταλαμβάνει έκταση 301 km 2. Το κλίμα της λεκάνης απορροής της λίμνης χαρακτηρίζεται ως υγρό με μεσοθερμικές συνθήκες. Η ξηρή περίοδος αρχίζει τον Ιούνιο και τελειώνει τον Αύγουστο, ενώ η περίοδος των βροχοπτώσεων διαρκεί από τον Σεπτέμβριο έως τον Μάιο. 57

67 Η λίμνη τροφοδοτείται από επιφανειακές απορροές μέσω χειμάρρων και ρυακιών, ίσως και από υπόγειες πηγές, η ανάβλυση των οποίων ήταν άλλοτε εμφανής στον πυθμένα της λίμνης. Κυρίως, ο χείμαρρος του Ξηροποτάμου τροφοδοτεί την λίμνη με σημαντική ποσότητα νερού, αλλά και με άφθονα φερτά υλικά τα οποία ιζηματοποιούν τη λίμνη και συντελούν στην ελάττωση του βάθους της, ενώ είναι χαρακτηριστικός ο σχηματισμός δελταϊκών αποθέσεων στην περιοχή Πολύκαρπης-Μαυροχωρίου, οι οποίες τείνουν να διαχωρίσουν τη λίμνη σε δύο τμήματα. Η λεκάνη απορροής της λίμνης είναι δυνατό να υποδιαιρεθεί όπως φαίνεται στον πίνακα 7.1 σε 11 υπολεκάνες απορροής, από τις οποίες στις εννέα πρώτες υφίστανται διαμορφωμένα υδατορρεύματα. Η υπολεκάνη 10 περιλαμβάνει την πόλη της Καστοριάς και την περιοχή μέχρι και το χωριό Δισπηλιό. Οι απορροές της υπολεκάνης αυτής εισέρχονται στη λίμνη μέσω των αγωγών όμβριων υδάτων (όπου υπάρχουν) ή κατά τρόπο διάχυτο μέσω περιστασιακών μικρορευμάτων κατά μήκος της ακτής της λίμνης. Η υπολεκάνη 11 περιλαμβάνει την περιοχή Αμπελοκήπων και συμβάλλει στη λίμνη μόνο μέσω υπογείων απορροών. Οι επιφανειακές απορροές εμποδίζονται να εισέλθουν στην Λίμνη λόγω του υπερυψωμένου οδοστρώματος της δημοσίας οδού Δισπήλιου - Κορησού, οδηγούνται προς την Διώρυγα Καστοριάς (Ρ.Γκιόλι) και εκεί απορρέουν μέσω αυτής προς τον ποταμό Αλιάκμονα. Εικόνα 7.2: Ρέματα της λεκάνης απορροής της λίμνης της Καστοριάς (Βαφειάδης, 1983) 58

68 Πίνακας 7.1:Ρέματα και υπολεκάνες της λεκάνης απορροής της λίμνης της Καστοριάς (Βαφειάδης, 1983) 7.2 Φερτά υλικά και ρύποι στη λίμνη της Καστοριάς Τα νερά της Λίμνης είναι οι αποδέκτες ουσιών που οφείλονται σε ανθρώπινες δραστηριότητες ή σε φυσικές διεργασίες. Το κύριο συστατικό των ουσιών αυτών είναι φορτία φωσφόρου, αζώτου και διαφόρων άλλων τοξικών ουσιών και βαρέων μετάλλων. Η λεκάνη απορροής καλύπτεται περίπου κατά 24% από καλλιέργειες, 38% από λιβάδια, 25% από φυσική βλάστηση, 3% από οικισμούς και το υπόλοιπο 10% καταλαμβάνεται από τη λίμνη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να προστίθενται στο έδαφος κατ' έτος σημαντικές ποσότητες λιπασμάτων, εντομοκτόνων και φυτοφαρμάκων, και μάλιστα με συνεχώς αυξανόμενο ετήσιο ρυθμό. Επιπλέον η κτηνοτροφία της περιοχής συμβάλλει στην παραγωγή και εισροή ρύπων στη λίμνη. Οι ποσότητες των θρεπτικών συστατικών που απορρέουν από τις ουσίες αυτές καταλήγουν στα νερά της λίμνης. Βεβαίως, η γεωργική ανάπτυξη και η κτηνοτροφία δεν είναι δυνατόν να περιορισθούν, πρέπει όμως να εκσυγχρονισθούν ώστε να βοηθούν στην προστασία του υδάτινου και χερσαίου περιβάλλοντος. Επιπλέον, η λεκάνη απορροής χαρακτηρίζεται από μεγάλα υψόμετρα, απότομες κλίσεις και έντονες κλιματικές συνθήκες με ραγδαίες βροχοπτώσεις και ευπάθεια στα χειμαρρικά φαινόμενα λόγω του ελλιπούς φυτομανδύα της. Το αποτέλεσμα είναι η έντονη διάβρωση και 59

69 απόπλυση των εδαφών. Οι παρατηρούμενες γεωλισθήσεις, διαβρώσεις, γεωκατακρημνίσεις κ.α., σε συνδυασμό με τους κλιματικούς παράγοντες, συντελούν στην παραγωγή και διακίνηση φερτών υλών οι οποίες περαιτέρω, λόγω της απουσίας έργων ορεινής υδρονομίας και διευθέτησης των χειμάρρων, συντελούν στην επέκταση των δέλτα των χειμάρρων και επιτείνουν έτσι την χερσοποίηση της λίμνης. Διάφορες ουσίες αποτιθέμενες στους δρόμους της πόλεως, κυρίως λόγω της κυκλοφορίας των αυτοκινήτων και άλλων ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, παρασύρονται από τα νερά της βροχής και εισέρχονται στη λίμνη. Αποτέλεσμα της συγκεντρώσεως στο νερό της λίμνης των διαφόρων θρεπτικών και τοξικών ουσιών είναι η δημιουργία εκεί συνθηκών ευτροφισμού, μικρότερη διαφάνεια νερού, λιγότερο διαλυμένο οξυγόνο και εμφάνιση δυσμενών συνθηκών για τους υδρόβιους οργανισμούς, κυρίως τα ψάρια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι χείμαρροι και ιδιαίτερα ο Ξηροπόταμος μεταφέρουν πολλά φερτά λόγω των γεωλογικών και γεωμορφολογικών συνθηκών που επικρατούν στη λεκάνη απορροής (μεγάλες κλίσεις, παρουσία διαβρώσιμων πετρωμάτων, μεγάλο ύψος βροχοπτώσεων, ανεπαρκής φυτοκάλυψη). Τα χονδρότερα υλικά κινούνται στον πυθμένα των ρεμάτων και το μεγαλύτερο μέρος τους διαμορφώνει κώνους πρόσχωσης στην πεδινή περιοχή. Τα λεπτόκοκκα υλικά που μετακινούνται συνήθως με αιώρηση, υπερπηδούν τους κώνους πρόσχωσης και επικάθονται στις κατάντη πεδινές περιοχές ή στις εκβολές των ρεμάτων όπου και αλλάζουν το δέλτα των ποταμών ή εισέρχονται στο εσωτερικό της λίμνης προσχώνοντας τον πυθμένα της. Ο όγκος των μεταφερόμενων φερτών από τα ρέματα, εκτιμάται ότι είναι της τάξεως των 330 m 3 /έτος. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί σε ταχύτητα πρόσχωσης της λίμνης mm/έτος περίπου. Τα τελευταία 50 περίπου χρόνια η εισροή των φερτών στη λίμνη έχει αυξηθεί λόγω των αντιπλημμυρικών έργων και των έργων εγκιβώτισης των πεδινών ροών των ρεμάτων. Έτσι, φαίνεται ότι η επιφάνεια της λίμνης έχει μειωθεί τα τελευταία χρόνια κατά 8% περίπου και το μέσο βάθος της σημειώνει και αυτό μείωση κατά 10% περίπου. Εύλογη είναι η ταχύτερη μείωση της επιφάνειας της λίμνης από το 1953, οπότε τελείωσαν οι κατασκευές των αντιπλημμυρικών έργων. Συγκεκριμένα, υπάρχει μία ζώνη πρόσχωσης που ξεκινά από τη Βόρεια οριογραμμή της λίμνης, εκτείνεται προς τα Δυτικά και καταλήγει Νότια, όπου τα προσχωτικά φαινόμενα είναι αυξημένα. Στο Δυτικό τμήμα της λίμνης, όπου βρίσκεται και ο Δήμος της Καστοριάς, δεν υπάρχουν τέτοια φαινόμενα δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ρέματα. Στο δέλτα του Ξηροποτάμου τα φαινόμενα πρόσχωσης είναι εντονότατα. Σύμφωνα με μετρήσεις η μέση ταχύτητα προώθησης του δέλτα του Ξηροποτάμου είναι 16m/έτος. Η απόσταση του δέλτα του ρέματος και της όχθης του λόφου της Καστοριάς ήταν το 1982 περίπου m. Με τα δεδομένα αυτά προκύπτει ότι η απόσταση αυτή θα μηδενιστεί σε εξήντα περίπου χρόνια αν δεν γίνουν οι απαραίτητες 60

70 επεμβάσεις(βαφειάδης 1983). Η μέση ταχύτητα πρόσχωσης κάθε ρέματος παρουσιάζεται στον πίνακα 7.2: Πίνακας 7.2: Εκτιμώμενη μέση ταχύτητα πρόσχωσης των ρεμάτων σε m/έτος (Βαφειάδης, 1983) 7.3 Γεωλογικά στοιχειά Η περιοχή χαρακτηρίζεται κυρίως από ανθρακικά πετρώματα που εμφανίζονται στις ημιορεινές και ορεινές περιοχές και από αλλουβιακές αποθέσεις που χαρακτηρίζουν τις πεδινές περιοχές. Τα κυριότερα γεωλογικά χαρακτηριστικά της περιοχής είναι τα εξής: Ολόκαινο - Πλειστόκαινο - Νεογενές: Αλουβιακές αποθέσεις ασύνδετων υλικών και δελταϊκές προσχώσεις στα σημεία εκβολής των χειμάρρων που εμφανίζονται στα πεδινά γύρω από τη λίμνη και εκατέρωθεν των χειμάρρων στις περιοχές με ήπιες κλίσεις. Ελώδεις περιοχές εμφανίζονται στο βόρειο τμήμα της λίμνης. Μέσο - Μέσο Τριαδικό: Ασβεστόλιθοι και δολομιτικοί ασβεστόλιθοι μεσοστρωματώδεις και παχυστρωματώδεις ανοικτότεφρου και τεφρού χρώματος, που εμφανίζονται κυρίως στο δυτικό τμήμα της λεκάνης απορροής. Κατώτερο Τριαδικό: Ελαφρά μεταμορφωμένα πετρώματα με παρεμβολές απόφακούς ερυθρών κρυσταλλικών ή μη ασβεστόλιθων. Αρχίζουν με μετακροκαλοπαγείς μεταψαμμίτες και με ταρκόζες που μεταβαίνουν βαθμιαία προς τα πάνω σε φυλλίτες κατά θέσεις πρασινόλιθους και σχιστόλιθους διαφόρων τύπων. Τα πετρώματα αυτά εμφανίζονται κυρίως στο βορειοδυτικό τμήμα της λεκάνης απορροής. Παλαιοζωικό: Έντονα μεταμορφωμένο σύστημα γνεύσιων σχιστόλιθων και αμφιβολίτων που παρουσιάζουν μεγάλη ανάπτυξη, κυρίως στο ανατολικό και βόρειο τμήμα της λεκάνης απορροής. Διακρίνονται δύο ορίζοντες, από τους οποίους ο ανώτερος περιλαμβάνει κυρίως σχιστόλιθους και ο κατώτερος γνεύσιος με παρεμβολές σχιστόλιθων. Επίσης, στην περιοχή 61

71 εμφανίζονται και γρανιτογνεύσιοι της Δυτικής Μακεδονίας, οι οποίοι έχουν γνευσιακή έως σχιστοποιημένη υφή. Στην πεδινή περιοχή των χειμάρρων πραγματοποιούνται αμμοληψίες για την κάλυψη των αναγκών της περιοχής. Όσον αφορά τη σεισμικότητα της περιοχής, αναφέρεται ότι σύμφωνα με τον Αντισεισμικό Κανονισμό, η περιοχή της Καστοριάς ανήκει στην πρώτη ζώνη, δηλαδή στις περιοχές με τη μικρότερη επικινδυνότητα στη χώρα. Εικόνα 7.3: Γεωλογικός χάρτης της περιοχής Καστοριάς 1) Τεταρτογενείς αποθέσεις, 2) Νεογενή ιζήματα, 3) Τριαδικοιουρασικοί ασβεστόλιθοι, 4) Ημιμεταμορφωμένα και μεταμορφωμένα παλαιοζωικά πετρώματα και γνευσιωμένοι γρανίτες, 5)Οφειολιθικά πετρώματα (Ανωτ. ιουρασικό), 6) Ρήγμα (ορατό-πιθανό), 7) Επώθηση (ορατή-πιθανή), 8)Κλίση και παράταξη στρωμάτων, 9) Στρώματα οριζόντια, 10) Υδροκρίτης της λεκάνης, 11) Γεωλογική τομή 62

72 7.4 Υδρογεωλογικά στοιχεία Η υδρολιθολογική συμπεριφορά των ποικίλλων γεωλογικών σχηματισμών εξαρτάται από την πετρολογική σύσταση, την κοκκομετρική σύνθεση, τον βαθμό διαγενέσεως την τεκτονική καταπόνηση και το βαθμό διαρρήξεως και αποσαθρώσεως των πετρωμάτων. Για την περιγραφή της υδρογεωλογικής συμπεριφοράς των πετρωμάτων, οι γεωλογικοί σχηματισμοί της περιοχής χωρίζονται σε τρεις βασικές ομάδες, σε κάθε μία από τις οποίες η ικανότητα αποθηκεύσεως και διακινήσεως του υπόγειου νερού παρουσιάζει αξιοσημείωτες διαφορές. Στην πρώτη ομάδα περιλαμβάνονται τα μεταμορφωμένα, ημιμεταμορφωμένα και γρανιτογνευσιακά πετρώματα του υποβάθρου. Στη δεύτερη ομάδα περιλαμβάνονται τα ανθρακικά μεσοζωικά πετρώματα με την καρστική υδρογεωλογική συμπεριφορά τους Στην τρίτη ομάδα περιλαμβάνονται οι κοκκώδεις σχηματισμοί, δηλαδή τα μολασικά ιζήματα και οι χαλαρές τεταρτογενείς αποθέσεις. Κατά την διάνοιξη υδρογεωτρήσεων στην περιοχή μελέτης στην περιοχή Τοιχίου - Μεταμορφώσεως, ορισμένες συνάντησαν το γρανιτογνευσιακό υπόβαθρο. Κατά τη διάτρηση διαπιστώθηκε ότι αυτό παρουσίαζε ενδείξεις υδροφορίας, άλλοτε στην ανώτερη εξαλλοιωμένη του ζώνη όπως π.χ. στο βάθος m της γεωτρήσεως και άλλοτε εκλεκτικά σε ορισμένες περισσότερο διαρυγμένες ζώνες, όπως π.χ. στα βάθη και m της γεωτρήσεως, ενώ σε άλλες γεωτρήσεις δεν προέκυψαν ενδείξεις υδροφορίας. Από την μελέτη των πηγών που εμφανίζονται στα μεταμορφωμένα, ημιμεταμορφωμένα και γρανιτογνευσιακά πετρώματα της περιοχής διαπιστώνεται ότι οι σπουδαιότερες, από πλευρά παροχής, εκδηλώνονται κατά μήκος ρηγμάτων στις περιοχές Βασιλειάδας και Βίτσιου και γενικά σε ζώνες έντονα διερρηγμένες. Άλλη διαπίστωση, με βάση τις εκδηλώσεις πηγών στην περιοχή, είναι ότι τα γνευσιογρανιτικά και τα ισχυρά μεταμορφωμένα σκληρά σχιστολιθικά πετρώματα παρουσιάζονται πιο μακροδιαπερατά από τα ασθενώς μεταμορφωμένα ή ημιμεταμορφωμένα φυλλιτικά πετρώματα. Αυτό συμβαίνει διότι τα πρώτα συμπεριφέρονται με διαφορετικό τρόπο από τα δεύτερα στις διάφορες οριζόντιες ή κατακόρυφες τεκτονικές δυνάμεις που εξασκούνται απάνω τους, με αποτέλεσμα να παρουσιάζονται περισσότερο ρηγματωμένα και κατακλασμένα και από την άλλη μεριά στα δεύτερα οι συνέχειες του πετρώματος αποφράσσονται ευκολότερα από τααργιλικά υλικά αποσαθρώσεως τους. Πράγματι καμία πηγή αξιόλογης παροχής δε διαπιστώθηκε στα φυλλιτικά πετρώματα της περιοχής. Ανθρακικά πετρώματα Στην ομάδα αυτή περιλαμβάνονται οι τριαδικοϊουρασικοί ασβεστόλιθοι των υψωμάτων Κορησού, Δισπηλιού, Καστοριάς και Απόσκεπου Κεφαλαρίου. Οι ασβεστόλιθοι της 63

73 περιοχής που μελετήθηκε, στη μεγαλύτερη έκτασή τους, είναι παχυστρωματώδεις, ελεύθεροι από ενδιάμεσες σχιστοφυλλιτικές ενστρώσεις και έντονα διαρυγμένοι. Έτσι υπάρχουν οι προϋποθέσεις να είναι καρστικοποιημένοι και να παρουσιάζουν μεγάλη δευτερογενή περατότητα. Από πλευράς συστάσεως των ανθρακικών πετρωμάτων δεν κρίθηκε αναγκαία η εκτέλεση χημικών αναλύσεων δειγμάτων πετρωμάτων της περιοχή μελέτης για να αποδειχθεί κατά πόσο είναι δολομιτικοί. Από την υδροχημική εξέταση των νερών των καρστικών πηγών που εκδηλώνονται σε διάφορες ανεξάρτητες ασβεστολιθικές εμφανίσεις, διαπιστώνεται ότι υπάρχει αξιόλογη διαφοροποίηση των νερών ως προς την συγκέντρωσή τους σε ιόντα Ca ++ και Mg ++ Όπως είναι γνωστό στους δολομίτες η σχέση Mg ++ / Ca ++ σε mg/lt είναι 1/1. Οι ασβεστόλιθοι Κορησού και Απόσκεπου είναι πιο καθαροί (αμιγείς) από εκείνους του Δισπηλιού και Καστοριάς ως προς την περιεκτικότητά τους σε MgC0 3. Η ανισοτροπία της περατότητας είναι γνωστό φαινόμενο των ασβεστολιθικών πετρωμάτων. ανάλογα με τη θέση, το πάχος και την κοκκομετρική τους σύσταση. Το πάχος τους ποικίλει σε ευρεία όρια. Αυτό γενικά αυξάνεται από τις παρυφές της πεδινής εκτάσεως προς το κέντρο της. Περιμετρικά της πεδινής εκτάσεως και στο ανάντη πεδινό τμήμα του Ξηροποτάμου, το πάχος των προσχώσεων είναι μικρό και υπάρχει ανομοιογένεια στα λεπτόκοκκα και χονδρόκοκκο υλικά. Στην κυρίως πεδινή έκταση τα υλικά παρουσιάζονται διαφοροποιημένα σε ορίζοντες εναλλασσόμενων στρώσεων. Η διαφοροποίηση αυτή των λεπτόκοκκων και αδρομερών στρώσεων συνδέεται με την ανάπτυξη υδροφόρων στρωμάτων με αξιόλογο δυναμικό. 7.5 Στοιχεία υδρολογίας-επιφανειακού & υπόγειου υδατικού ισοζυγίου Διαπιστώθηκε η ύπαρξη αξιόλογης εμφανίσεως φυλλιτικού υδατοστεγούς υποβάθρου στην ασβεστολιθική περιοχή του ΒΔ Ασκίου. Αυτό βοήθησε στον καθορισμό της θέσεως του υπόγειου υδροκρίτη των καρστικών νερών της ασβεστολιθικής αυτής περιοχής. Αξιολογήθηκαν τα δεδομένα της δεκαετίας (Βαφειάδης, 1983), οκτώ βροχομετρικών σταθμών της περιοχής μελέτης και συντάχθηκε χάρτης ισουετών καμπύλών της λεκάνης. Ο μέσος ετήσιος όγκος των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων που δέχεται η λεκάνη υπολογίστηκε σε 204*10 6 m 3 με αντίστοιχο μέσο ύψος βροχής 671 mm/έτος. 64

74 Εικόνα 7.4: Μέσα ύψη βροχής (Μ.Σ. Καστοριάς) Ύψος βροχής 870 mm ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ Ύψος βροχής 720 mm ΜΠΛΕ Ύψος βροχής 620 mm ΜΟΒ Από τα στοιχεία των καταγραφών του Μ.Σ. Καστοριάς βρέθηκαν οι μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες και βροχοπτώσεις της λεκάνης απορροής της λίμνης της Καστοριάς για την χρονική περίοδο , από τις οποίες προκύπτει το παρακάτω ομβροθερμικό διάγραμμα. 65

75 Διάγραμμα 7.1: Ομβροθερμικό διάγραμμα του Μ.Σ. Καστοριάς Με παρατηρήσεις του Μ.Σ. Καστοριάς της περιόδου , βρέθηκε, με εξατμησίμετρο, το μέσο ετήσιο ύψος εξατμίσεως από την επιφάνεια της λίμνης σε 806 mm. Η δυναμική εξατμισοδιαπνοή, με τη μέθοδο Thomwaite, βρέθηκε 761 mm/έτος. Η πραγματική εξατμισοδιαπνοή για το πεδινό τμήμα της λεκάνης, υπολογίστηκε με τη μέθοδο Thomwaite-Mather και βρέθηκε ίση με 362 mm/έτος (60%). Εξάλλου, με εφαρμογή της εξισώσεως του υδρολογικού ισοζυγίου σε υπολεκάνη της ορεινής περιοχής (Κώτουρι) η πραγματική εξατμισοδιαπνοή βρέθηκε ίση με το 58% των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων. Η μέση τιμή πραγματικής εξατμισοδιαπνοής ολόκληρης της λεκάνης ανέρχεται σε 59%. Στα πλαίσια διερευνήσεως και των άλλων παραγόντων που συμμετέχουν στη διαμόρφωση του υδρολογικού ισοζυγίου της λεκάνης υπολογίστηκε ο μέσος ετήσιος όγκος νερού που φεύγει από τη λίμνη με το ρέμα Γκιόλι και είναι 61*10 6 m 3. Ακόμα βρέθηκε ότι ο ενιαίος συντελεστής κατεισδύσεως της λεκάνης ανέρχεται σε 15,8%.Αξίζει να μνημονευτεί ότι, με βάση μελέτη της δίαιτας των καρστικών πηγών, προσδιορίστηκε ο συντελεστής κατεισδύσεως τον τριαδικοιουρασικών ασβεστόλιθων σε δύο ξεχωριστές εμφανίσεις τους και βρέθηκε ότι αυτός ανέρχεται σε 54-57%.Όλα τα παραπάνω καταλήγουν στο εξής υδρολογικό ισοζύγιο: Κατακρημνίσματα: 204*Ι0 6 m 3 /έτος, Εξάτμιση λίμνης Καστοριάς 11,8 %, Εξατμισοδιαπνοή 59%, 66

76 Κατείσδυση 15,8% και Επιφανειακή απορροή 13,4 %. Από πλευράς υδροφορίας διαπιστώθηκε ότι το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα ανθρακικά πετρώματα και οι προσχωσιγενείς τεταρτογενείς αποθέσεις της λεκάνης σα σημαντικοί υδροφορείς. Με την εκτέλεση δώδεκα δοκιμαστικών αντλήσεων σε ισάριθμες γεωτρήσεις και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων τους, προσδιορίστηκαν οι υδραυλικές παράμετροι των προσχωσιγενών υδροφόρων στρωμάτων. Η υδραυλική αγωγιμότητά τους βρέθηκε ότι κυμαίνεται από 8,5*10-3 έως 3,1*10-2 m 2 /sec, ο συντελεστής περατότητας από 7,7*10-5 έως 2,8*10-3 m/sec και ο συντελεστής εναποθηκεύσεως από 8*10-4 έως3,4*10-2 (Βαφειάδης, 1983). Για τη μελέτη των ημιεγκλωβισμένων υδροφόρων στρωμάτων εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι του Walton, το σημείο κύρτωσης των Hantush - Jacob, ενώ για τα ημιελεύθερα η μέθοδος του Boulton. Έτσι αποκαλύφθηκε ότι είναι ιδιαίτερα σημαντικός ο ρόλος της διαστράγγισης και της υστέρησης ροής στην τροφοδοσία των γεωτρήσεων κατά τον χρόνο της λειτουργίας τους, αφού το 20% περίπου του αντλούμενου από τα προσχωσιγενή υδροφόρα στρώματα νερού οφείλεται σε τέτοια φαινόμενα. Με βάση τις μετρήσεις της πιεζομετρίας που έγιναν στην περιοχή των προσχωσιγενών υδροφορέων, κατασκευάστηκαν χάρτες ισοπιεζομετρικών καμπύλών και μελετήθηκαν η κίνηση, εκφόρτιση και οι συνθήκες τροφοδοσίας των υδροφόρων στρωμάτων σε συνδυασμό με τις διηθήσεις του νερού των βασικών ρευμάτων αποστραγγίσεως και της πλευρικής τροφοδοσίας τους με καρστικά νερά. Έτσι προέκυψε ότι τα προσχωσιγενή υδροφόρα στρώματα τροφοδοτούνται κυρίως με διηθήσεις του επιφανειακού νερού και πλευρικά με καρστικά νερά. Οι πηγές της περιοχής μελέτης κατατάχθηκαν σε πηγές επαφής, ρηξιγενείς και καρστικές. Οι τελευταίες μελετήθηκαν εκτενέστερα. Ερμηνεύτηκε ο μηχανισμός εκδηλώσεώς τους, χαράχτηκαν οι καμπύλες μειώσεως της παροχής τους και προσδιορίστηκαν για κάθε μία ο συντελεστής εξαντλήσεως, οι εκκενώσιμοι όγκοι τους και τα αποθέματα καρστικού νερού των λεκανών τροφοδοσίας τους που απομένουν στο τέλος της ξερής περιόδου. Αυτό επιτρέπει να καθοριστούν οι δυνατότητες εκμεταλλεύσεως των καρστικών νερών. Για τον προσδιορισμό των ρυθμιστικών και μονίμων αποθεμάτων των προσχωσιγενών υδροφόρων στρωμάτων, η περιοχή υδροφορίας χωρίστηκε σε πέντε ζώνες, επειδή αυτή παρουσιάζεται διαφοροποιημένη ως προς το πάχος των υδροφόρων στρωμάτων, τη λιθολογική τους σύσταση και το εύρος των εποχιακών διακυμάνσεων της στάθμης τους. Τα ρυθμιστικά αποθέματα υπολογίστηκαν σε 13*10 6 m 3, τα μόνιμα σε 147*10 6 m 3 και τα εκμεταλλεύσιμα για πρόσθετη πτώση της στάθμης της πιεζομετρίας κατά δύο μέτρα σε 28*10 6 m 3 /έτος. Ο όγκος νερού που αντλείται σήμερα από τα προσχωσιγενή υδροφόρα στρώματα της λεκάνης με γεωτρήσεις ανέρχεται σε 10,5*10 6 m 3 /έτος. Συνεπώς υπάρχει ετήσιο πλεόνασμα 67

77 υπόγειων νερών της τάξεως των 17*10 6 m 3 που μπορεί να αξιοποιηθεί με ανορύξεις νέων βαθιών γεωτρήσεων για την επέκταση των αρδευομένων εκτάσεων της περιοχής. Από υδροχημική πλευρά βρέθηκε ότι τα υπόγεια νερά της λεκάνης που μελετήθηκε είναι καλής ποσιμότητας και εξαιρετικά για αρδευτικούς σκοπούς. 7.6 Μορφομετρικά χαρακτηριστικά της λίμνης της Καστοριάς Η λίμνη της Καστοριάς έχει μορφή περίπου ορθογωνική με μεγάλο άξονα διεύθυνσης από Β προς Ν, μήκους 7 km και μικρό άξονα διεύθυνσης από Α προς Δ, μήκους 5,5 km. Η συνολική της έκταση είναι 27,9 km 2, με μέσο βάθος νερού 4,40 m και μέγιστο βάθος 9,10 m και συνολικό όγκο νερού της τάξεως των 110*10 6 m 3. Στο δυτικό της τμήμα στην περιοχή της πόλης της Καστοριάς υπάρχει η χερσόνησος της Κορίτσας με διεύθυνση από δυτικά προς ανατολικά. Η συνεχιζόμενη επέκταση του δέλτα του ρεύματος Ξηροποτάμου προς τη χερσόνησο της Κορίτσας, λόγω των φερτών υλικών, τείνει να διαχωρίσει τη λίμνη σε δύο τμήματα (Βόρειο και Νότιο). 7.7 Λιμνολογικά χαρακτηριστικά Κάθε λίμνη μοιάζει μ ένα ζωντανό οργανισμό. Γεννιέται, μεγαλώνει, ωριμάζει, γερνά και πεθαίνει μέσα στη λεκάνη απορροής της απ όπου και τροφοδοτήθηκε με νερό και διαλυμένο και σωματιδιακό υλικό. Κι όπως οι οργανισμοί, έτσι και οι λίμνες ζουν για ένα περιορισμένο χρονικό διάστημα, το οποίο μπορεί να συντομευτεί από τον άνθρωπο. Ο τρόπος ζωής της κάθε λίμνης εκφράζεται από τις μεταβολικές της διεργασίες συναρτήσει των εκάστοτε συνθηκών που επικρατούν σ αυτή. Η ζωή μίας λίμνης είναι κάτι διαφορετικό και πολύ περισσότερο από το άθροισμα όλων των μορφών ζωής μέσα σ αυτήν. Αυτή η αναλογία μεταξύ των λιμνών και των οργανισμών, όσον αφορά τον μεταβολισμό τους συμπεριλαμβάνει και τον άνθρωπο. Ως εκ τούτου η διαχείριση μίας λίμνης μπορεί να συγκριθεί με τη φροντίδα και την προληπτική ιατρική για ένα υγιές άτομο, ενώ η αποκατάσταση με τη θεραπευτική ιατρική για τον άνθρωπο. Το νερό εκτός από τα χαρακτηριστικά ρευστότητας (ιξώδους) του και της διαπερατότητας του από το φως, τα οποία είναι προφανούς σημασίας για τα φυσικά και βιολογικά φαινόμενα λόγω της υψηλής διαλυτικής ικανότητας, περιέχει διαλυμένα συστατικά τα οποία και στηρίζουν την ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών σ ένα υδάτινο οικοσύστημα. Η σύνθεση του νερού το οποίο συγκεντρώνεται στη λεκάνη μίας λίμνης είναι κυρίως το αποτέλεσμα τριών παραγόντων: α) των φορτίων κατακρήμνισης και του υδρολογικού κύκλου στη λεκάνη απορροής, β) της γεωλογικής σύνθεσης των πετρωμάτων και γ) του γεωμορφολογικού ανάγλυφου της λεκάνης απορροής. Το νερό μίας λίμνης περιέχει χιλιάδες διαλυμένες ενώσεις που υφίστανται συνεχείς μετατροπές, μια που η χημική ένωση του νερού ως άριστος διαλύτης μπορεί να διαλύσει 68

78 οποιοδήποτε στοιχείο του φλοιού της γης. Διαφορές στη χημική σύνθεση του νερού των λιμνών προσδιορίζουν σε μεγάλο βαθμό και τα διαφορετικά χαρακτηριστικά της κάθε λίμνης. Μερικές από τις χημικές ενώσεις του νερού είναι απαραίτητες για την αύξηση των υδρόβιων οργανισμών. Από αυτές, οι ενώσεις κλειδιά για την παραγωγικότητα μίας λίμνης είναι οι ενώσεις του αζώτου και του φωσφόρου. Οι ζωντανοί οργανισμοί για την αύξηση τους χρειάζονται περίπου 20 στοιχεία. Από αυτά το άζωτο (για τη σύνθεση των αμινοξέων και πρωτεϊνών), ο φώσφορος (για τη σύνθεση του DNA και ΑΤΡ) και το πυρίτιο (απαραίτητο για το κυτταρικό τοίχωμα των διατόμων) είναι ιδιαίτερης σημασίας. Διότι στο νερό βρίσκονται συνήθως σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις σε σύγκριση με αυτές που οι οργανισμοί χρειάζονται και γι αυτό μπορούν να περιορίζουν την αύξησή τους (περιοριστικά στοιχεία ή θρεπτικά). Αν και το άζωτο έχει μία τεράστια δεξαμενή (αποθήκη) στην ατμόσφαιρα και είναι πολύ άφθονο στοιχείο, αυτό το άζωτο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις λίμνες μόνο από τα αζωτοδεσμευτικά κυανοφύκη, ενώ όλοι οι άλλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν άζωτο με τη μορφή των διαλυμένων νιτρικών, αμμωνιακών και νιτρωδών ιόντων ή και οργανικών ενώσεων. Ο φώσφορος βρίσκεται σε μικρότερες συγκεντρώσεις στο νερό μια που προέρχεται από την πολύ μικρότερη δεξαμενή του στα πετρώματα. Ο ανόργανος διαλυμένος στο νερό φώσφορος βρίσκεται ως επί το πλείστον με τη μορφή ορθοφωσφορικών ιόντων. Βέβαια στο νερό υπάρχουν και διαλυμένες οργανικές ενώσεις του φωσφόρου καθώς και φώσφορος σε κολλοειδή και σωματιδιακή μορφή. Με τον όρο ολικός φώσφορος αναφερόμαστε σ όλες αυτές τις μορφές του ανόργανου και οργανικού, διαλυμένου και σωματιδιακού φωσφόρου. Χρησιμοποιείται συνήθως ως παράμετρος κλειδί στις υδροβιολογικές μελέτες που στοχεύουν στην αποκατάσταση της οικολογικής ισορροπίας μίας λίμνης, όπως και στην περίπτωση της Καστοριάς. Όπως σε μία λίμνη η βιολογική παραγωγή εξαρτάται από τις χαμηλές συγκεντρώσεις των θρεπτικών του αζώτου και του φωσφόρου, έτσι και στα χερσαία οικοσυστήματα της λεκάνης απορροής της λίμνης η βιολογική παραγωγή εξαρτάται από τα στοιχεία αυτά που βρίσκονται σε μικροποσότητες. Γι αυτό το λόγο τα οικοσυστήματα (χερσαία και υδάτινα) έχουν αναπτύξει μηχανισμούς συνεχούς ανακύκλωσης. Ως εκ τούτου ελάχιστες ποσότητες ξεφεύγουν από τη λεκάνη απορροής μέσα στη λίμνη. Και καθόσον οι ενώσεις του φωσφόρου είναι λιγότερο διαλυτές από του αζώτου ο φώσφορος είναι συνήθως ο περιοριστικός παράγοντας της πρωτογενούς παραγωγής κι ως εκ τούτου παράγοντας κλειδί για την αποκατάσταση της οικολογικής ισορροπίας μίας λίμνης. Τα ιζήματα στις λίμνες περιέχουν μεγάλες ποσότητες ορισμένων θρεπτικών που μπορεί να είναι διαθέσιμα στους οργανισμούς. Ανάλογα με τις συνθήκες, τα θρεπτικά μπορεί να δεσμεύονται και να απομακρύνονται ως μη διαθέσιμα, όπως τα ορυκτά του φωσφόρου, να 69

79 μετατρέπονται σε αέρια και να διαφεύγουν στην ατμόσφαιρα, όπως το άζωτο με την απονιτροποίηση των νιτρικών ή να ελευθερώνονται από το ίζημα στο νερό (φωσφορικά και αμμωνιακά ιόντα). Το πιο εμφανές πρόβλημα σε μία ρηχή λίμνη όπως η λίμνη της Καστοριάς είναι η μετάβαση σε μία κατάσταση που χαρακτηρίζεται από μεγάλη αύξηση κυανοφυκών και μαζική συσσώρευση τους στο επιφανειακό στρώμα νερού ή και ακόμη μεγάλη ανάπτυξη ορισμένων μακρόφυτων (π.χ. καλάμια) με κίνδυνο την επέκταση τους στην επιφάνεια της λίμνης και μείωση του όγκου του νερού (Μουστάκα κ.ά.,1999). 7.8 Νομοθετικές ρυθμίσεις και διεθνείς συμβάσεις για την προστασία του περιβάλλοντος στην περιοχή έρευνας Οι κυριότερες εθνικές νομοθετικές ρυθμίσεις που έχουν σκοπό την προστασία και την ανάδειξη του φυσικού περιβάλλοντος της λίμνης συνοψίζονται στα εξής: 1. Η περιοχή της λίμνης έχει κηρυχθεί από το 1974 ως μνημείο έξοχου φυσικού κάλλους. 2. Απαγορεύεται το κυνήγι σ όλη της την έκταση, συμπεριλαμβανομένων και των περιφερειακών καλαμώνων και της λοιπής υδρόφιλης βλάστησης. Το όριο της απαγορευμένης ζώνης είναι ο περιμετρικός ασφαλτόδρομος. 3. Η ζώνη γύρω από τη λίμνη χαρακτηρίζεται από το 1987, σύμφωνα με το Γενικό Πολεοδομικό Σχέδιο (Γ.Π.Σ.) της πόλης της Καστοριάς, σαν ειδική ζώνη προστασίας ακτών. Επίσης, στο Γ.Π.Σ., σαν περιοχές όπου πρέπει να ληφθούν μέτρα προστασίας του περιβάλλοντος καθορίζονται η λίμνη, τα δάση της περιοχής της Καστοριάς και η γεωργική περιοχή υψηλής παραγωγικότητας που βρίσκεται περιμετρικά της λίμνης. Όσον αφορά την κοινοτική νομοθεσία και τις διεθνείς συμβάσεις από τις οποίες απορρέει ότι επιβάλλεται η ανάγκη προστασίας της λίμνης είναι οι εξής: 1. Η σύμβαση της Βέρνης (1979) για την προστασία της Ευρωπαϊκής πανίδας και χλωρίδας και των φυσικών πόρων. Η εν λόγω σύμβαση περιλαμβάνει καταλόγους σπανίων και απειλούμενων φυτών και ζώων για την προστασία των οποίων θα πρέπει να λάβουν μέριμνα τα κράτη που την έχουν προσυπογράψει. Η περιοχή έρευνας περιέχει ορισμένα είδη που αναφέρονται στη σύμβαση της Βέρνης και ως εκ τούτου θα πρέπει να διέπεται από το καθεστώς προστασίας της. Η εφαρμογή της εν λόγω σύμβασης έχει προωθηθεί μέσω του νέου θεσμού προστασίας οικοτύπων και άγριας ζωής, δηλαδή μέσω του δικτύου προστατευομένων περιοχών NATURA. 2. Η σύμβαση της Βόννης (1979) που αφορά την προώθηση της προστασίας μεταναστευτικών ειδών που δεν προστατεύονται από άλλες συμβάσεις ή εθνικές νομοθεσίες. Η περιοχή που μελετάται φιλοξενεί αρκετά μεταναστευτικά είδη που 70

80 προδιαγράφονται στην εν λόγω σύμβαση αλλά και ως προς αυτή τη σύμβαση η χώρα μας δεν έχει λάβει έμπρακτα μέτρα εφαρμογής της. 3. Η σύμβαση Ramsar (1971) για την προστασία των υγροτόπων και της υδρόβιας και παρυδάτιας ορνιθοπανίδας. Ενώ η λίμνη της Καστοριάς πληροί ορισμένα κριτήρια ένταξής της στον εθνικό κατάλογο υγροτόπων που προστατεύονται από το καθεστώς της εν λόγω σύμβασης, εν τούτοις δεν την περιέλαβαν οι αρμόδιες Ελληνικές αρχές. Έτσι, τελικά, δεν έχει τυπική ισχύ η σύμβαση Ramsar στη συγκεκριμένη λίμνη. 4. Η κοινοτική οδηγία 409/79 που αφορά στην προστασία σπάνιων και απειλούμενων πουλιών του ευρύτερου χώρου της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Ε.Ε.). Πρόκειται για ένα θεσμικό καθεστώς που βρίσκεται σε ισχύ και το οποίο αποτελεί μία πολύ σταθερή βάση υποστήριξης της προστασίας της περιοχής της λίμνης, γιατί από το άρθρο 4 της παραπάνω οδηγίας προκύπτει ότι τα κράτη-μέλη της Ε.Ε. πρέπει να φροντίσουν επισταμένα, μέσα στην επικράτειά τους, για τον καθορισμό των σημαντικότερων περιοχών για τα πουλιά και ιδιαίτερα για τα σπάνια και απειλούμενα είδη πουλιών. Ως προς αυτά, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η λίμνη της Καστοριάς χρησιμοποιείται είτε ως ζωτικός χώρος διαχείμασης, είτε ως χώρος φωλιάσματος, είτε ως σταθμός κατά τις μεταναστεύσεις. Έτσι, η περιοχή της λίμνης έχει καταγραφεί και προταθεί ως μία τέτοια περιοχή και αμέσως απορρέουν κάποιες ευθύνες της πολιτείας για την προστασία της από διάφορες δυσμενείς επιδράσεις και δραστηριότητες που την υποβαθμίζουν και απειλούν την ορνιθοπανίδα. Η εν λόγω οδηγία εξεδόθη στις 2 Απριλίου του 1979 από το Συμβούλιο των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων. 5. Οι ειδικά προστατευόμενες περιοχές για τα πουλιά (SPA). Είναι οι περιοχές που καθορίζονται με βάση το άρθρο 4 της οδηγίας Ε.Ε. που αναφέρθηκε μόλις προηγουμένως. Έχει υπάρξει τεκμηρίωση (ΕΟΕ 1994) για την περιοχή ότι πληροί τα κριτήρια ένταξης της στον εθνικό μας κατάλογο των SPA και έχει προταθεί ως τέτοια, αλλά οι Ελληνικές αρχές τελικά δεν την συμπεριέλαβαν στον τελικό επίσημο κατάλογο που έχουν ήδη αποστείλει προς την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. 6. Το ευρωπαϊκό δίκτυο προστατευομένων περιοχών (NATURA). Ο εν λόγω θεσμός προκύπτει από την εφαρμογή της οδηγίας 92/43 του συμβουλίου των Ευρωπαϊκών κοινοτήτων για την προστασία των φυσικών οικοτόπων και την προστασία της άγριας πανίδας και χλωρίδας. Ο θεσμός αυτός έχει προωθηθεί τα τελευταία χρόνια και στη χώρα μας και έχει συμπληρωθεί ο πρώτος κατάλογος των εθνικών περιοχών που εντάσσονται στο εν λόγω δίκτυο. Η περιοχή που εξετάζεται έχει προταθεί στο δίκτυο και έχει αναγνωριστεί ως Τόπος Κοινοτικού Ενδιαφέροντος με ημερομηνία αναγνώρισής του το Δεκέμβριο του Έχει καταχωρηθεί με κωδικό GR ως τύπος Β. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η περιοχή υπόκειται σε κάποια εθνικά και διεθνή θεσμικά πλαίσια που αφορούν στην προστασία της, όμως σε αυτά τα νομικά πλαίσια δεν περιέχονται σαφείς και ολοκληρωμένες κανονιστικές διατάξεις που επιπροσθέτως να ενισχύονται αυτόματα με 71

81 οργανωτικές δομές αποτελεσματικής επιτήρησης και εφαρμογής τους. Πάντως το γεγονός ότι η λίμνη έχει μεγάλη ορνιθολογική σημασία και ειδικότερα το ότι έχει καταχωρηθεί στο Δίκτυο Φύση 2000, αποτελούν στοιχεία που θέτουν την περιοχή της λίμνης σε προτεραιότητα ως προς την προώθηση δημιουργίας τέτοιων δομών προστασίας και διαχείρισης. 72

82 Κεφάλαιο 8 Δειγματοληψία στη λίμνη Καστοριάς Εικόνα 8.1: Λίμνη της Καστοριάς Για τον έλεγχο και την εκτίμηση της ποιότητας μιας λίμνης κρίνεται απαραίτητη η δειγματοληψία των επιφανειακών νερών της λίμνης μέσα στον χρόνο. Πραγματοποιώντας μια εκτεταμένη και αξιόπιστη δειγματοληψία των επιφανειακών νερών μιας λίμνης ανά τακτά χρονικά διαστήματα μπορούμε να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα ως προς τον βαθμό της ρύπανσης μιας λίμνης και τον ρυθμό εξυγίανσης της μέσα στην πορεία του χρόνου. Η διαδικασία της δειγματοληψίας στα νερά μιας λίμνης, φυσικής ή τεχνητής, προκαθορίζεται από τα μεγέθη της και από τους στόχους που έχουν τεθεί. Κατά κανόνα καταστρώνεται ένα πρόγραμμα δειγματοληψίας στο οποίο αναφέρονται: οι παράμετροι που θα προσδιοριστούν αριθμός και η θέση των σημείων δειγματοληψίας, τα βάθη απ όπου θα ληφθούν δείγματα, ο αριθμός και ο τύπος των δειγμάτων, ο χρόνος και η συχνότητα της δειγματοληψίας και ο δειγματοληπτικός εξοπλισμός. 73

83 8.1 Παράμετροι έλεγχου ποιότητας των υδάτων Οι διάφοροι τύποι ελέγχου της ποιότητας των νερών και του βαθμού της αποκατάστασης ρύπανσης των νερών και των ιζημάτων περιλαμβάνουν ορισμένες παραμέτρους, οι κυριότερες από τις οποίες αναφέρονται παρακάτω (Κουιμτζής κ.α. 1994). Α. Παράμετροι οργανοληπτικού ελέγχου: o Οσμή o Γεύση o Χρώμα o Θολερότητα o Αιωρούμενα στερεά o Αφροί, κηλίδες Β. Παράμετροι Γενικού Φυσικοχημικού Ελέγχου: o Αγωγιμότητα o Σκληρότητα o Ολικά διαλυμένα στερεά o Αλκαλικότητα o Χλωριότητα o Δυναμικό οξειδοαναγωγής o Νάτριο, κάλιο κ.α. o Διαλυμένο οξυγόνο Γ. Παράμετροι Ελέγχου της Ρύπανσης των Νερών: o Οξειδωσιμότητα (ΚΜnΟ 4 ) o Βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD) o Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) o Ολικός οργανικός άνθρακας (ΤΟC) o Ενώσεις του αζώτου (αμμωνία, νιτρικά, νιτρώδη) o Ενώσεις φωσφόρου (φωσφορικά, πολυφωσφορικά) o Θειϊκά, θειούχα κ.α. o Απορρυπαντικά o Βαρέα μέταλλα, τοξικά στοιχεία o Λιπαρές ουσίες, πετρελαιοειδή o Άλλες τοξικές ουσίες (φυτοφάρμακα, οργανοχλωριωμένες ενώσεις, κυανούχα) Δ. Βιολογικές Παράμετροι: o Χλωροφύλλη o Φυτοπλαγκτό o Βιοποικιλότητα 74

84 Ε. Μικροβιολογικές Παράμετροι: o Κολοβακηρίδια Κολοβακτηριοειδή o Παθογόνα μικρόβια ΣΤ. Ραδιολογικές Παράμετροι: o Ακτινοβολία α και β o Ραδιοϊσότοπα Ζ. Ειδικοί Έλεγχοι: o Βιολογικοί o Τοξικολογικοί o Έλεγχοι ιζημάτων (κοκομετρικοί, μαγνητικοί, ορυκτολογικοί) 8.2 Η επιλογή των παραμέτρων για τη λίμνη της Καστοριάς Η επιλογή των παραμέτρων έγιναν με βάση τη χρησιμότητά τους στον ποιοτικό προσδιορισμό του ευτροφισμού που αποτελεί και το κύριο αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας. Οι μεταβλητές οι οποίες ελέγχθηκαν ήταν η θερμοκρασία, το ph, το διαλυμένο οξυγόνο, η αγωγιμότητα, το σύνολο των ολικών διαλυμένων στερεών TDS (Total Dissolved Solids). Επιπλέον ελέγχτηκε η περιεκτικότητα του νερού σε νιτρικά και φωσφορικά, που αποτελούν παράγοντες εμφάνισης του προβλήματος του ευτροφισμού. Επιλογή σημείων δειγματοληψίας Η επιλογή των σημείων δειγματοληψίας πρέπει να γίνεται κυρίως με βάση τους αντικειμενικούς στόχους του προγράμματος δειγματοληψίας και θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα: Προσβασιμότητα Συλλογή αντιπροσωπευτικού δείγματος: Η συλλογή αντιπροσωπευτικού δείγματος πιθανόν να είναι δύσκολη σε περιοχές όπου τα νερά που πρόκειται να συλλεχθούν είναι ετερογενή (για παράδειγμα η δειγματοληψία από απορροή σε κατάντη ποταμό ή παραπόταμο θα πρέπει να λαμβάνει χώρα σε ικανοποιητική απόσταση από τον ποταμό ή παραπόταμο, ώστε να διασφαλίζεται πλήρης ανάμιξη των νερών). Οι θέσεις δειγματοληψίας κοντά σε όρια συστημάτων (π.χ. όχθες ή πυθμένες ποταμών ή λιμνών και τοιχώματα καναλιών) θα πρέπει να αποφεύγονται εκτός εάν αυτές οι περιοχές είναι εξαιρετικού ενδιαφέροντος. Ρυθμός ροής : Σε περίπτωση που είναι απαραίτητο να καθορίζεται ο ρυθμός ροής την ώρα της δειγματοληψίας, οι θέσεις δειγματοληψίας θα πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε να μπορούν να εκτιμηθούν οι σχετικές απορροές (π.χ. η επιλογή των σημείων δειγματοληψίας να γίνεται σε παρακείμενο χώρο με φράγμα νερού). Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των σημείων δειγματοληψίας τόσο περισσότερες είναι οι πληροφορίες που συλλέγονται. Ωστόσο, στην πράξη ο αριθμός των σημείων 75

85 δειγματοληψίας συνήθως καθορίζεται από τον σχετικό προϋπολογισμό κόστους (MadridandZayas, 2007). Το σύστημα της λίμνης της Καστοριάς. Σχεδιάστηκε δίκτυο 15 σταθμών δειγματοληψίας μέσα στη λίμνη με τα εξής κριτήρια: α) Το δίκτυο των σταθμών να είναι πυκνότερο από την αναμενόμενη διαφοροποίηση των φαινομένων στον χώρο. β) Να υπάρχουν σταθμοί πλησίον ενδεχομένων πηγών ρύπανσης από αστικά λύματα. γ) Να υπάρχουν σταθμοί πλησίον ενδεχομένων πηγών ρύπανσης από λιπάσματα. δ) Να υπάρχουν σταθμοί που αναμένεται να είναι σχετικά «καθαροί» ε) Ορισμένοι σταθμοί να συμπίπτουν όσο το δυνατόν με σταθμούς που είχαν επιλεγεί παλαιότερα από άλλους ερευνητές ώστε να υπάρχει σύγκριση των αποτελεσμάτων. Σε κάθε σταθμό λαμβάνονταν δείγματα από δυο βάθη (επιφανειακά και 2 μέτρα από την επιφάνεια). Έτσι σε κάθε δειγματοληψία προκύπτουν συνολικά 30 δείγματα. 8.3 Συχνότητα και χρόνος δειγματοληψίας Συχνότητα Η συχνότητα της δειγματοληψίας είναι σημαντικός παράγοντας όσον αφορά στην αντιπροσωπευτικότητα των δειγμάτων. Χαμηλή συχνότητα μπορεί να οδηγήσει σε υποεκτίμηση της σποραδικής παρουσίας δειγμάτων με υψηλή συγκέντρωση στοιχείων. Η συχνότητα της δειγματοληψίας επηρεάζεται από παραμέτρους όπως μεταφορά, προσβασιμότητα στην περιοχή δειγματοληψίας, και οικονομικές παραμέτρους (MadridandZayas, 2007). Σε περιπτώσεις όπου δεν επικρατούν σταθερές περιβαλλοντικές συνθήκες, απαιτούνται περισσότερες από μια δειγματοληπτικές προσπάθειες και η συχνότητα επαναληπτικής δειγματοληψίας καθορίζεται με βάση τους ακόλουθους παράγοντες: Περιβαλλοντικές συνθήκες Στόχοι του προγράμματος δειγματοληψίας Κόστος δειγματοληψίας και ανάλυσης Τα δείγματα συλλέγονται περιοδικά Χρόνος δειγματοληψίας Σε περιπτώσεις κατά τις οποίες οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι κυκλικές, θα πρέπει να προ-καθορίζεται ο χρόνος συλλογής των δειγμάτων ώστε τα δείγματα να είναι αντιπροσωπευτικά. Όταν συλλέγονται επαναλαμβανόμενα δείγματα, ο χρόνος συλλογής θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να αντιπροσωπεύει κάθε διακύμανση. Ο χρόνος δειγματοληψίας είναι επίσης σημαντικός σε περιπτώσεις συλλογής δειγμάτων πριν και μετά από φαινόμενα ρύπανσης. 76

86 Συχνότητα δειγματοληψιών στη λίμνη της Καστοριάς Όσον αφορά τη συχνότητα των δειγματοληψιών στη λίμνη της Καστοριάς,τη χειμερινή περίοδο πρέπει να είναι μηνιαία. Τη θερινή περίοδο οι δειγματοληψίες πρέπει να πραγματοποιούνται κάθε δυο έως τρεις εβδομάδες. Για την παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκαν 3 δειγματοληψίες στις , στις και στις Δειγματοληπτικός εξοπλισμός Η συλλογή δειγμάτων από επιφανειακά νερά θα πρέπει να λαμβάνει χώρα χρησιμοποιώντας: Πλαστικό δειγματολήπτη (π.χ. πολυαιθυλενίου, PTFE, PVC ή PEΤ) για τη συλλογή του δείγματος από το υδατικό ρεύμα. Ο δειγματολήπτης θα πρέπει να είναι κατάλληλης χωρητικότητας ώστε να πληρωθούν όλα τα δοχεία. Κατάλληλα δοχεία δειγματοληψίας, τα οποία θα πρέπει να καθαρίζονται σχολαστικά πριν τη χρήση. Για γενική ανάλυση ιχνοστοιχείων τα δοχεία θα πρέπει να πληρωθούν με 1 mol/l διαλύματος νιτρικού ή υδροχλωρικού οξέος και να εμποτιστούν για τουλάχιστον μία ημέρα και στη συνέχεια να ξεπλυθούν με απιονισμένο νερό. Εναλλακτικές μέθοδοι καθαρισμού μπορούν να εφαρμοστούν σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ανάλυση διαφόρων παραμέτρων. Πλαστικό χωνί phμετρο, οξυγονόμετρο, αγωγιμόμετρο και/ή θερμόμετρο. Τα δείγματα που συλλέγονται με απευθείας δειγματοληψία δεν απαιτούν τη χρήση κάποιου συγκεκριμένου δειγματοληπτικού εξοπλισμού. Θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν κατάλληλα και καθαρά δοχεία. 8.5 Συλλογή δειγμάτων Απευθείας δειγματοληψία σε δοχεία Η απ ευθείας δειγματοληψία σε δοχεία λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις κατά τις οποίες τα δείγματα συλλέγονται από ρηχά νερά, από πολύ καθαρά νερά τα οποία πιθανόν να μολυνθούν με τη χρήση δειγματολήπτη μεγάλης χωρητικότητας ή όπου ένα μόνο δοχείο απαιτείται να πληρωθεί. Δεν εφαρμόζεται όμως σε περιπτώσεις κατά τις οποίες χρησιμοποιούνται δοχεία που περιέχουν συντηρητικά ή όταν απαιτείται διήθηση του δείγματος. Ο δειγματολήπτης θα πρέπει να εισχωρήσει στο υδατικό ρεύμα ελαφρώς κατάντη από το σημείο δειγματοληψίας και να πλησιάσει προς αυτό χωρίς να επηρεάζει την γύρω βλάστηση ή την παρουσία διαφόρων ιζημάτων. Εφόσον εντοπιστεί το σημείο δειγματοληψίας, ο δειγματολήπτης πρέπει να στραφεί ανάντη προς την ροή του νερού και να τοποθετηθεί κάτω από την επιφάνειά του σε βάθος περίπου 30 cm ώστε το στόμιο του δειγματολήπτη να είναι βυθισμένο. Ο δειγματολήπτης θα 77

87 πρέπει να βρίσκεται σε τέτοια κλίση ώστε να είναι τοποθετημένος ελαφρώς προς την επιφάνεια και να επιτρέπεται η εισροή νερού. Μόλις ο δειγματολήπτης γεμίσει θα πρέπει να απομακρυνθεί από το νερό. Κατά την συλλογή στατικού νερού, μετά τη βύθιση του δειγματολήπτη μέχρι το στόμιό του, όπως περιγράφηκε προηγουμένως, η πλήρωσή του με νερό πραγματοποιείται με ανοδική κίνηση χωρίς να συλλέγεται κάποιο γειτονικό υλικό. Εάν το δείγμα μολυνθεί με κάποιο γειτονικό υλικό, π.χ. ίζημα ή βλάστηση, θα πρέπει να απορριφθεί και άλλο δείγμα να συλλεχθεί εκ νέου Συλλογή συνολικού δείγματος και επιμέρους δειγμάτων i) Έκπλυση δοχείου και χωνιού Όταν χρησιμοποιείται δειγματολήπτης μεγάλης χωρητικότητας, τόσο το δοχείο όσο και το χωνί θα πρέπει να ξεπλένονται με άφθονο νερό δειγματοληψίας. Το νερό έκπλυσης στη συνέχεια πρέπει να απορρίπτεται κατάντη με τέτοιο τρόπο ώστε να μην μολύνει την περιοχή δειγματοληψίας. Επίσης, το απορριφθέν νερό δεν πρέπει να αποτελεί πηγή μόλυνσης. ii) Συλλογή συνολικού δείγματος Μετά τη διαδικασία έκπλυσης, συλλέγεται δείγμα νερού στον δειγματολήπτη χωρίς να προκαλεί διαταραχές στο γειτονικό περιβάλλον και πιθανόν αλλαγές στη φύση του δείγματος. Οι χειρολαβές θα πρέπει να καθαρίζονται μετά από τη συλλογή κάθε δείγματος χρησιμοποιώντας απορροφητικό χαρτί. Στη συνέχεια, το δείγμα θα πρέπει να μεταφέρεται στο σημείο όπου θα διαχωριστεί σε επιμέρους δοχεία. iii) Δειγματοληψία σε στάδια Σε συνθήκες χαμηλής ροής του νερού ή δύσκολης πρόσβασης στην πηγή του νερού, ο δειγματολήπτης θα πρέπει να συμπληρώνεται σε στάδια (συλλέγοντας μικρούς όγκους νερού με χρήση μικρού δειγματολήπτη). Η τεχνική αυτή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε περιπτώσεις όπου απαιτείται συλλογή μεγάλου όγκου δείγματος. iv) Διαχωρισμός συνολικού δείγματος σε επιμέρους δείγματα Τα δοχεία συλλογής των επιμέρους δειγμάτων πρέπει να ξεπλένονται χρησιμοποιώντας το δείγμα (εκτός εάν περιέχουν συντηρητικά). Το δείγμα θα πρέπει να διαχωρίζεται σε αντίστοιχα δοχεία χρησιμοποιώντας χωνιά. Προσοχή απαιτείται ώστε να αποφεύγεται αερισμός του δείγματος. Εάν τα πώματα των δοχείων απομακρύνονται πριν την διαίρεση του δείγματος θα πρέπει να αποθηκεύονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην μολύνονται. Προσοχή απαιτείται ώστε να μην μεταβάλλεται η φύση του δείγματος κατά την διαίρεσή του, ενώ συνιστάται να αναδεύεται για να αποφευχθεί το ενδεχόμενο καθίζησης των αιωρούμενων στερεών. Μετά από την τοποθέτηση του δείγματος σε κάθε δοχείο, τα πώματα πρέπει να επανατοποθετηθούν ασφαλώς αποτρέποντας τυχόν διαρροές ή μολύνσεις. 78

88 Εφόσον η συλλογή των δειγμάτων γίνεται σε δοχεία που περιέχουν συντηρητικά, τα χωνιά θα πρέπει να ξεπλένονται εσωτερικά και εξωτερικά για την αποφυγή μόλυνσης των δειγμάτων. Συλλογή δειγμάτων στη λίμνη της Καστοριάς Η δειγματοληψία έγινε με την βοήθεια πλωτού μέσου και τα δείγματα λήφθηκαν από την επιφάνεια και από βάθος 2 μέτρων. Η λήψη των επιφανειακών δειγμάτων στη λίμνη της Καστοριάς, έγινε απευθείας με την εισαγωγή του νερού στον καθαρό δοχείο. Η λήψη δειγμάτων υπο-επιφανειακών νερών από βάθος δύο μέτρων έγινε με ειδικό δειγματολήπτη όπως του σχήματος.οι συσκευές αυτές βυθίζονται στο επιθυμητό βάθος με ανοικτά τα δύο άκρα. Στη συνέχεια, με ειδικό σχοινί κλείνονται τα άκρα εγκλωβίζοντας το δείγμα του νερού. Εικόνα 8.2 : δειγματολήπτης Εικόνα 8.3: δειγματοληψία με δειγματολήπτη Εικόνα 8.4: μέτρηση παραμέτρων Εικόνα 8.5: καθαρισμός οργάνου μετρήσεων 8.6 Αρίθμηση δειγμάτων και αρχείο καταγραφής Προσδιορισμός δειγμάτων Σε κάθε δείγμα δίνεται ένας μοναδικός αριθμός καταχώρησης και αναγράφεται σε αντίστοιχη ετικέτα κατά τη δειγματοληψία. Η διαδικασία καταχώρησης ετικετών για τα δοχεία δειγματοληψίας πρέπει να ολοκληρωθεί πριν τη δειγματοληψία στο πεδίο. 79

89 8.6.2 Καταχώρηση δειγμάτων Κατά τη δειγματοληψία θα πρέπει να συμπληρωθεί ένα φύλλο καταγραφής των δειγμάτων. Στην αναφορά της δειγματοληψίας θα πρέπει να συμπεριλαμβάνεται η check-list πληροφοριών. Προσδιορισμός δειγμάτων της λίμνης της Καστοριάς Στα δείγματα δόθηκαν μοναδικοί αριθμοί καταχώρισης, και έγινε η συμπλήρωση του φύλλου εργασίας αμέσως μετά την καταγραφή των ενδείξεων από τα όργανα μέτρησης. 8.7 Δοκιμές πεδίου Εικόνα8.6: Αρίθμηση δειγμάτων Στη συνέχεια περιγράφονται οι διαδικασίες μέτρησης των παραμέτρων της θερμοκρασίας και του διαλυμένου οξυγόνου. Οι διαδικασίες αυτές είναι κατάλληλες για μετρήσεις που πραγματοποιούνται insitu και για επιμέρους δείγματα. Οι μετρήσεις σε επιφανειακά νερά θα πρέπει να γίνονται insitu, όπου αυτό είναι δυνατό. Σε αντίθετη περίπτωση ή σε μετρήσεις που αφορούν υποεπιφανειακά νερά, θα πρέπει να πραγματοποιούνται σε ένα μέρος του συνολικού δείγματος. Όταν οι μετρήσεις πραγματοποιούνται σε επιμέρους δείγματα, τα ηλεκτρόδια πρέπει να ξεπλένονται με απιονισμένο νερό και να καθαρίζονται με στεγνό και καθαρό απορροφητικό χαρτί πριν τοποθετηθούν στο δοχείο με το δείγμα, αποφεύγοντας την επαφή με τα δάχτυλα του χειριστή Θερμοκρασία Το θερμόμετρο πρέπει να τοποθετηθεί απ ευθείας στο νερό. Μετά την πάροδο 1-2 λεπτών και τη σταθεροποίηση της μετρούμενης τιμής, καταγράφεται με κατάλληλη ακρίβεια η τελική θερμοκρασία Διαλυμένο οξυγόνο Το όργανο μέτρησης διαλυμένου οξυγόνου πρέπει να βαθμονομηθεί σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Η διαδικασία αυτή συνήθως περιλαμβάνει βαθμονόμηση δύο σημείων την βαθμονόμηση στο μηδέν με διάλυμα 12σουλφιδίου του νατρίου για 2-3 λεπτά και την 100% βαθμονόμηση είτε σε κορεσμένο με αέρα νερό είτε σε κορεσμένο με νερό 80

90 αέρα. Η βαθμονόμηση σε κορεσμένο με νερό αέρα περιλαμβάνει τοποθέτηση του ηλεκτροδίου σε δοχείο που περιέχει μικρή ποσότητα φρέσκου νερού. Η μεμβράνη του ηλεκτροδίου πρέπει να καθαρίζεται σε στεγνό χαρτί και να μην έρχεται σε επαφή με το νερό στο δοχείο. Η καταγραφή της μέτρησης συνήθως ολοκληρώνεται σε περίπου 5 λεπτά. Για τη μέτρηση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό, το ηλεκτρόδιο πρέπει χειροκίνητα να αναδεύει ομαλά το νερό (σε επιμέρους δείγματα απαιτείται προσοχή ώστε να αποφεύγεται η εισροή αέρα). Το ηλεκτρόδιο πρέπει να αφήνεται ώστε να αποκτά την θερμοκρασία του νερού και η ένδειξη καταγράφεται αφού σταθεροποιηθεί (συνήθως σε χρονικό διάστημα 2 λεπτών). Με το ίδιο όργανο καταγράφηκε και η θερμοκρασία του νερού σε κάθε θέση στις τρεις δειγματοληψίες που πραγματοποιήθηκαν. 8.8 Συντήρηση δειγμάτων Η συντήρηση των δειγμάτων είναι απαραίτητη ώστε να μην μεταβληθεί σημαντικά η συγκέντρωση των παραμέτρων στα προς μέτρηση δείγματα, κατά την χρονική περίοδο που μεσολαβεί από τη δειγματοληψία μέχρι την ανάλυση. Η αρχική σύσταση των δειγμάτων πρέπει να διατηρηθεί από τη δειγματοληψία μέχρι την ανάλυση. Η διαχείριση και φύλαξη των δειγμάτων είναι σημαντικές παράμετροι μετά τη δειγματοληψία. Τα διάφορα προβλήματα που προκύπτουν κατά τη δειγματοληψία και φύλαξη περιλαμβάνουν: απώλειες λόγω πτητικότητας, διάσπαση λόγω επίδρασης της θερμοκρασίας, ακτινοβολία UV, μικροβιακή δράση ή χημικές αντιδράσεις (π.χ. με O2, CO2, κλπ). Προκειμένου να αποφευχθούν μεταβολές στη σύσταση των δειγμάτων, προτείνονται τα ακόλουθα: Φύλαξη των δειγμάτων σε σκοτεινό μέρος Φύλαξη των δειγμάτων σε δροσερό μέρος (με ελάχιστη θερμοκρασία όχι πιο υψηλή εκείνης που επικρατεί κατά τη δειγματοληψία) Αποφυγή ανάδευσης Χρήση κατάλληλων δοχείων συλλογής δειγμάτων Πλήρωση και προστατευτικό κλείσιμο των δοχείων Προσθήκη συντηρητικών τα οποία δεν αλληλεπιδρούν κατά την ανάλυση των δειγμάτων Γενικότερα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται τεχνικές κατάλληλες οι οποίες δεν επηρεάζουν τις παραμέτρους που θα μετρηθούν. Οι τεχνικές συντήρησης πρέπει να καθορίζονται πριν τη δειγματοληψία σε συνεννόηση με το εργαστήριο όπου θα πραγματοποιηθούν οι αναλύσεις, διότι οι τεχνικές αυτές διαφέρουν ανάλογα με την μέθοδο ανάλυσης που θα χρησιμοποιηθεί. Όπου απαιτείται η προσθήκη χημικών ενώσεων, θα πρέπει να έχουν κατάλληλη συγκέντρωση ώστε ο προτιθέμενος όγκος να μην επηρεάζει τη συγκέντρωση των παραμέτρων ενδιαφέροντος στο δείγμα, λόγω αραίωσης. Σε περιπτώσεις 81

91 κατά τις οποίες δεν είναι δυνατή η συντήρηση στο πεδίο, θα πρέπει να λαμβάνει χώρα το συντομότερο δυνατόν μετά τη δειγματοληψία. 8.9 Διαχείριση και μεταφορά δειγμάτων Σχετικά με την μεταφορά των δειγμάτων θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα: Τα δοχεία συλλογής δειγμάτων θα πρέπει να προστατεύονται και να σφραγίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην καταστρέφεται ή χάνεται κάποιο από τα περιεχόμενα συστατικά του δείγματος κατά τη μεταφορά. Η συσκευασία πρέπει να προστατεύει τα δοχεία από πιθανές εξωτερικές μολύνσεις ή από καταστροφή του ίδιου του δοχείου (π.χ. θραύση) Κατά την μεταφορά, τα δείγματα πρέπει να διατηρούνται σε δροσερό μέρος (π.χ. χρησιμοποιώντας μονωτικά δοχεία και πάγο κατά περίπτωση) και να προστατεύονται από το φως. Το κάθε δείγμα θα πρέπει να τοποθετηθεί εντός αδιάβροχης σακούλας ή δοχείου. Τα δείγματα πρέπει να μεταφερθούν στο εργαστήριο σε κατάλληλη χρονική στιγμή ώστε να λάβει χώρα η ανάλυση εντός σύντομου χρονικού διαστήματος για όλες τις παραμέτρους ενδιαφέροντος Διήθηση δειγμάτων Η διήθηση είναι μια σημαντική παράμετρος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη τόσο κατά τη δειγματοληψία όσο και κατά τα στάδια προετοιμασίας της δειγματοληψίας. Η διήθηση εξαρτάται από το πρόγραμμα παρακολούθησης του νερού, π.χ. συνολικό νερό (διαλυμένο + προσκολλημένο σε ιζήματα κλάσμα) ή διαλυμένο κλάσμα (Coqueryetal., 2005). Αναμένεται ότι, για τα κύρια μέταλλα, η καταγραφή θα γίνει κυρίως στο διαλυμένο κλάσμα, ενώ για τους οργανικούς ρυπαντές για το συνολικό δείγμα νερού. Σε περιπτώσεις όπου απαιτείται ο προσδιορισμός των «διαλυμένων» ειδών, τα δείγματα πρέπει να διηθηθούν με φίλτρο 0.45 µm. Η διήθηση πρέπει να λάβει χώρα σε όσο το δυνατόν συντομότερο χρονικό διάστημα μετά τη δειγματοληψία. Η διαδικασία διήθησης που παρατίθεται στη συνέχεια χρησιμοποιείται για διήθηση με σύριγγα και φίλτρο μιας χρήσης. Η διήθηση μπορεί να λάβει χώρα και με εναλλακτικές μεθόδους που έχουν καθοριστεί εξ αρχής Προετοιμασία Ο εξοπλισμός διήθησης πρέπει να είναι διαθέσιμος για χρήση πριν τη δειγματοληψία και τοποθετημένος σε καθαρή και στεγνή περιοχή προς αποφυγή μολύνσεων. Αρχικά συλλέγεται το συνολικό δείγμα και στη συνέχεια τα επιμέρους δείγματα τα οποία δεν απαιτούν διήθηση συλλέγονται απευθείας σε δοχεία. Εάν το συνολικό δείγμα περιέχει μεγάλο αριθμό αιωρούμενων στερεών, θα πρέπει να αφεθεί σε ηρεμία πριν τη διήθηση. 82

92 Το εσωτερικό της σύριγγας πρέπει να πληρώνεται από το συνολικό δείγμα και στη συνέχεια να απορρίπτεται. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται εις διπλούν ώστε να καθαριστεί πλήρως το εσωτερικό της σύριγγας Διήθηση Η σύριγγα πρέπει να πληρώνεται από το συνολικό δείγμα σε όγκο μεγαλύτερο από εκείνον που απαιτείται για το επιμέρους δείγμα (περίπου 10 ml). Το φίλτρο θα πρέπει να εφάπτεται στη σύριγγα και στη συνέχεια επαρκής όγκος δείγματος πρέπει να διαπεράσει το φίλτρο διαβρέχοντάς το (περίπου 10 ml). Το εκχύλισμα αυτό απορρίπτεται. Το πώμα του δοχείου συλλογής πρέπει να απομακρυνθεί από το δοχείο και να τοποθετηθεί σε ασφαλές σημείο. Ο απαιτούμενος όγκος δείγματος πρέπει να διηθηθεί μέσα στο δοχείο. Εάν η διήθηση του δείγματος καθίσταται δύσκολη, το φίλτρο πρέπει να απομακρυνθεί από τη σύριγγα και να αντικατασταθεί. Το νέο φίλτρο πρέπει να διαβραχεί απορρίπτοντα το διερχόμενο δείγμα. Η διήθηση συνεχίζεται μέχρι τη συλλογή του απαιτούμενου όγκου του επιμέρους δείγματος. Μετά τη διήθηση, το φίλτρο πρέπει να απομακρυνθεί από τη σύριγγα και να απορριφθεί. Εάν η σύριγγα χρησιμοποιηθεί μόνο μια φορά, θα πρέπει επίσης να απορριφθεί. Εάν επαναχρησιμοποιηθεί, πρέπει να ξεπλυθεί και ανακινηθεί καλά πριν φυλαχθεί σε καθαρό, ξηρό μέρος. Διήθηση δειγμάτων της λίμνης της Καστοριάς Στην περίπτωση της δειγματοληψίας στην Καστοριά, δεν κατέστη δυνατή η πραγματοποίηση της διήθησης επί τόπου, γι αυτό και πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του τμήματος μετά τη μεταφορά των δοχείων στο χώρο του εργαστηρίου και πριν την έναρξη της εργαστηριακής ανάλυσης των δειγμάτων. Εικόνα 8.8/Εικόνα8.9:Διήθηση δειγμάτων στο εργαστήριο 83

93 Κεφάλαιο 9 Εργαστηριακή ανάλυση Μετά το πέρας των δοκιμών στο πεδίο και τη συλλογή των απαραίτητων δειγμάτων οι δοκιμές συνεχίστηκαν στο εργαστήριο του τμήματός μας, με σκοπό τη διερεύνηση παραγόντων που δεν ήταν δυνατόν ή ήταν δυσκολότερη η επιτόπου μέτρησή τους. Οι παράγοντες του νερού που μετρήθηκαν ήταν τοph, τα ολικά διαλυμένα στερεά, η αγωγιμότητα, η θολότητα, τα νιτρικά και τα φωσφορικά ενώ κάποια δείγματα ελέγχθηκαν ως προς την παρουσία νιτρωδών και αμμωνιακών. 9.1 Διαδικασία εργαστηρίου Αγωγιμότητα Εικόνα9.1: Όργανο μέτρησης αγωγιμότητας Η μέτρηση καταγράφεται μετά την εμβάπτιση του ηλεκτροδίου στο δείγμα. Το ηλεκτρόδιο αφήνεται μέχρις ότου επέλθει θερμική ισορροπία πριν την καταγραφή της μέτρησης. Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται όργανο πολλαπλών χρήσεων, θα πρέπει να επιλέγεται το πιο κατάλληλο εύρος μετρήσεων. Με το ίδιο όργανο μετρήθηκε και η ποσότητα των ολικών διαλυμένων στερεών 84

94 9.1.2 ph Το phμετρο αρχικά βαθμονομείται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Η βαθμονόμηση πρέπει να γίνεται με χρήση δύο προτύπων ph, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους κατά 3 μονάδες ph και περιλαμβάνουν εντός του εύρους αυτού τις αναμενόμενες τιμές ph του δείγματος Η μέτρηση καταγράφεται μετά την ομαλή ανάδευση του δείγματος με το ηλεκτρόδιο του phμέτρου, μέχρις ότου το ηλεκτρόδιο αποκτήσει τη θερμοκρασία του δείγματος και η μέτρηση σταθεροποιηθεί. Στη συνέχεια καταγράφεται η μέτρηση με την απαιτούμενη ακρίβεια Νιτρικά-Φωσφορικά Τα 30 δείγματα χωρίστηκαν σε 2 ομάδες των 15. Η διαδικασία που περιγράφεται παρακάτω, επαναλαμβανόταν κάθε φορά για τη λήψη μιας ένδειξης, ακολουθώντας κάθε φορά την αντίστοιχη μεθοδολογία. Εικόνα 9.2/Εικόνα9.3:Τοποθέτηση του νερού των δειγμάτων σε δοκιμαστικά δοχεία. Εικόνα 9.4/Εικόνα9.5:Διηθηση του νερού των δοκιμαστικών δοχείων. 85

95 Εικόνα 9.6/Εικόνα 9.7:Μεταφορά ποσότητας του διηθημένου νερού σε δοκιμαστικούς σωλήνες. Εικόνα 9.3:Εισαγωγη των αντιδραστηρίων με μορφή σταγόνων, υγρού η σκόνης. Εικόνα 9.9/Εικόνα 9.10:Ανάδευση των δοκιμαστικών σωλήνων, αναμονή και λήψη των αποτελεσμάτων από το φωτόμετρο. Ο τρόπος λειτουργίας του φωτόμετρου είναι ο εξής: Η πηγή φωτός του είναι μια λάμπα αλογόνου με λειτουργία flash. Ο λαμπτήρας είναι αναμμένος μόνο στιγμιαία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μέτρησης και συνεπώς δεν υπάρχει ανάγκη για μια περίοδο προθέρμανσης. Το φως περνά μέσα από μια σχισμή εισόδου επί της μονο-chromator, όπου χωρίζεται σε φασματικές περιοχές. Ένας καθρέφτης εξασφαλίζει ότι το φως του επιθυμητού μήκους κύματος αυτόματα εστιάζεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να περνά μέσα από τη σχισμή εξόδου στο θάλαμο δείγματος. Το φως που δεν απορροφάται από το δείγμα ταξιδεύει προς 86

96 τον ανιχνευτή από μία φωτοδίοδο πυριτίου, αξιολογείται από ένα μικροεπεξεργαστή και εμφανίζεται ως αποτέλεσμα στην οθόνη. Εικόνα9.11: Όργανο μέτρησης δειγμάτων Θολόμετρο Το όργανο μέτρησης της θολότητας είναι το θολερόμετρο ή νεφελόμετρο, ένα όργανο με μια πηγή φωτός και ένα σύστημα ένδειξης της έντασης του διαχεομένου φωτός σε γωνία 90o ως προς την προσπίπτουσα δέσμη όταν αυτή διέρχεται από το προς εξέταση δείγμα. Σημειώνεται ότι εάν ένα δείγμα περιέχει διαλυμένα υλικά που προσδίδουν χρώμα είναι ενδεχόμενο να προκαλείται απορρόφηση και μείωση της έντασης του σκεδαζόμενου φωτός με επίπτωση στην τιμή της μετρούμενης θολότητας. Εικόνα9.12: Οργανο μέτρησης θολότητας 87

97 Κεφάλαιο 10 Αποτελέσματα μετρήσεωνδιαγράμματα 10.1 Αποτελέσματα μετρήσεων Μαίου-Αυγούστου-Σεπτεμβρίου 2016 Πίνακας 10.1:Αρίθμηση θέσεων δειγματοληψίας Σημεία Γ.Πλάτος Γ.Μήκος Περιοχή ,332' 21 19,102' Μαυροχώρι ,141' 21 19,261' Μεταμόρφωση ,942' 21 18,098' Μεταμόρφωση ,485' 21 16,577' Κεφαλάρι ,467' 21 15,879' Ψαράδικα Βόρεια παραλία ,872' 21 17,547' Κέντρο λίμνης βόρειας πλευράς ,562' 21 17,495' Μαυριώτισσα ,147' 21 18,232' Κεντρικό σημείο ,828' 21 15,943' Σταυρός ,021' 21 15,483' Εμπορικό κέντρο ,037' 21 16,066' Ανοιχτά Δισπηλιού ,100' 21 16,862' Νοσοκομείο ,547' 21 16,656' Πέτρα ,882' 21 17,637' Κέντρο λίμνης νότιας πλευράς ,694' 21 18,780' Περιοχή Γκιόλι 88

98 Εικόνα 10.1: Θέσεις δειγματοληψίας στη λίμνη της Καστοριάς 89

99 Διαλυμένο οξυγόνο Πίνακας 10.2: Διαλυμένο οξυγόνο στην επιφάνεια της λίμνης Σημεία Διαλυμένο οξυγόνο (mg/l) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 9,2 8,35 9,05 2 8,75 8,15 8,2 3 8,9 8,8 8,43 4 8,67 8,73 8,59 5 8,5 8,44 8,75 6 8,3 8,83 8,61 7 8,25 7,8 8,56 8 8,68 8,26 8,33 9 9,01 8,62 8,9 10 9,1 8,77 8, ,7 8,58 9,1 12 8,85 8,38 8, ,65 8,46 8, ,82 8,21 8, ,05 8,44 8,28 Μέση τιμή 8,762 8,45 8,68 Μέγιστη τιμή 9,2 8,83 9,1 Ελάχιστη τιμή 8,25 7,8 8,2 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8, ,8 7,6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.1: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου στην επιφάνεια της λίμνης στη βόρεια πλευρά της 90

100 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8, ,8 7,6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.2: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου στην επιφάνεια της λίμνης στο κέντρο της 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8, ,8 7,6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.3: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου στην επιφάνεια της λίμνης στη νότια πλευρά της 91

101 9,2 9 8,8 8,6 8,4 8,2 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή 8 7,8 7,6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.4: Διακύμανση μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής διαλυμένου οξυγόνου Πίνακας 10.2: Διαλυμένο οξυγόνο σε βάθος 2m Σημεία Διαλυμένο οξυγόνο (mg/l) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 8,92 7,21 8,42 2 8,23 3,8 3,72 3 7,92 5,38 7,03 4 7,84 8,1 7,2 5 7,55 6,13 8,61 6 7,72 6,16 4,14 7 7,68 3,59 7,04 8 7,79 5,24 5,59 9 7,95 8,02 7, ,1 7,8 8,7 11 7,61 7,9 8,5 12 7,87 6,62 8, ,9 4,46 8, ,91 7,12 7, ,02 7,06 7,56 Μέση τιμή 7,94 6,31 7,21 Μέγιστη τιμή 9,1 8,1 8,7 Ελάχιστη τιμή 7,55 3,59 3,72 92

102 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.5: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου σε βάθος 2m στη βόρεια πλευρά της λίμνης Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.6: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου σε βάθος 2m στο κέντρο της λίμνης 93

103 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.7: Διακύμανση διαλυμένου οξυγόνου στη νότια πλευρά της λίμνης σε βάθος 2m Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή 4 3 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.8: Διακύμανση μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής διαλυμένου οξυγόνου σε βάθος 2m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Τα φυσιολογικά επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου στα ρέοντα νερά είναι πάνω από 9mg/l στους 20 ο C. Κατά τις Κατευθυντήριες Οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης πρέπει να εξασφαλίζεται απολύτως ελάχιστη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου (100% του χρόνου) 94

104 5 mg/l. Ο Miller (1988) ταξινόμησε τα νερά ανάλογα με το περιεχόμενό τους σε διαλυμένο οξυγόνο στις εξής κατηγορίες: Νερά καλής ποιότητας : 8-9 mg/l Νερά ελαφρά ρυπασμένα : mg/l Νερά με ενδιάμεση ρύπανση : mg/l Νερά πολύ ρυπασμένα : mg/l Νερά πάρα πολύ ρυπασμένα: κάτω από 3.5mg/l (από Spellman 1996) Με βάση τις τιμές των πινάκων που παρατέθηκαν παραπάνω, παρατηρούμε γενικά υψηλές τιμές διαλυμένου οξυγόνου και μάλιστα σε κάποια σημεία στις τιμές κορεσμού. Υπάρχει διακύμανση ανάλογα με τη θέση των σημείων, με τάση μείωσης των τιμών σε σημεία πλησιέστερα στις όχθες της λίμνης. Επιπλέον παρατηρούνται μικρότερες τιμές διαλυμένου οξυγόνου και για τους τρεις μήνες, στο βάθος των 2 μέτρων σε σχέση με την επιφάνεια, γεγονός που οφείλεται στο γρηγορότερο και ευκολότερο επαναερισμό του επιφανειακού νερού από την ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα, με βάση την ταξινόμηση του Miller για το μήνα Μάιο στην επιφάνεια τα νερά χαρακτηρίζονται «καλής ποιότητας» και στο βάθος των 2 μέτρων «ελαφρά ρυπασμένα». Για το μήνα Αύγουστο στην επιφάνεια χαρακτηρίζονται ως «καλής ποιότητας» αλλά στο βάθος των 2 μέτρων υπάρχει μεγάλη διαφορά ανάμεσα στα σημεία, με αποτέλεσμα σε κεντρικά σημεία της λίμνης να είναι «ελαφρά ρυπασμένα» σε άλλα σημεία νερά με ενδιάμεση ρύπανση και υπάρχουν και τρία σημεία {το 13 Πέτρα (4,46 mg/l), το 7- Μαυριώτισσα (3.59 mg/l και το 2 Μεταμόρφωση (3,8 mg/l)}, όπου τα νερά χαρακτηρίζονται ως «πολύ ρυπασμένα». Kαι τα τρία σημεία βρίσκονται κοντά στην όχθη σε κατοικημένες περιοχές. Για το μήνα Σεπτέμβρη στην επιφάνεια τα νερά είναι «καλής ποιότητας» και στο βάθος των 2 μέτρων παρατηρείται και πάλι διακύμανση μεγάλη από σημεία «πολύ ρυπασμένα» {σημείο 2-Μεταμόρφωση (3,72 mg/l)} μέχρι «καλής ποιότητας» στα κεντρικά σημεία της λίμνης. Από τη μελέτη των συγκριτικών πινάκων και των αντιστοίχων διαγραμμάτων προκύπτει ότι όσον αφορά το διαλυμένο οξυγόνο στην επιφάνεια της λίμνης υπάρχει μείωση τον Αύγουστο σε σχέση με το Μάιο, σχεδόν σε όλα τα σημεία, με μεγαλύτερη μείωση 0,8 mg/l στο σημείο 1(Μαυροχώρι) και αντίστοιχα αύξηση το μήνα Σεπτέμβρη σε σχέση με τον Αύγουστο. Όσον αφορά το βάθος των 2 μέτρων η μείωση των τιμών του διαλυμένου οξυγόνου από τον Μάιο στον Αύγουστο είναι πολύ πιο έντονη σε σχέση με την επιφάνεια με μεγαλύτερες τιμές τα 4,43 mg/l στη θέση 2 (Μεταμόρφωση) και 4,09 mg/l στη θέση 7 (Μαυριώτισσα). Συγκρίνοντας τον Αύγουστο με το Σεπτέμβρη εμφανίζεται αύξηση στα περισσότερα σημεία. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε σχέση με τον Μάιο ήταν ένας σημαντικός παράγοντας της μείωσης του διαλυμένου οξυγόνου. 95

105 Θεωρώντας ότι η λίμνη μπορεί να μελετηθεί και ως τρεις επί μέρους περιοχές, το βόρειο το κεντρικό και το νότιο τμήμα της με τα αντίστοιχα σε κάθε περιοχή σημεία, θα παρατηρήσουμε ότι στο κεντρικό και νότιο τμήμα της για όλα τα αντίστοιχα σημεία, εμφανίζεται σημαντική μείωση του διαλυμένου οξυγόνου τον Αύγουστο και αύξηση τον Σεπτέμβριο, ενώ στο βόρειο τμήμα παρουσιάζονται αυξομειώσεις. Η παραπάνω παρατήρηση θα μπορούσε να δικαιολογηθεί γιατί στο βόρειο τμήμα καταλήγουν τα περισσότερα και μεγαλύτερα επιφανειακά υδατορέματα, με κυριότερο του Ξηροποτάμου, εμπλουτίζοντας τα νερά με διαλυμένο οξυγόνο. Με βάση την κατηγοριοποίηση του Spellman που έχει χρησιμοποιηθεί σε αρκετές προηγούμενες μελέτες για τον έλεγχο της ποιότητας των υδάτων της λίμνης της Καστοριάς τα νερά της λίμνης ήταν κοντά στο όριο των 4 mg/l και χαρακτηρίστηκαν ως «πολύ ρυπασμένα». Τα νερά στο κέντρο της λίμνης ανήκαν στη κατηγορία «με ενδιάμεση ρύπανση», ενώ τα επιβαρυμένα σημεία που βρίσκονται κοντά στην πόλη της Καστοριάς χαρακτηρίστηκαν «πάρα πολύ ρυπασμένα». Με βάσεις τις μετρήσεις της εργασίας αυτής, παρατηρείται βελτίωση της κατάστασης των νερών της λίμνης της Καστοριάς κυρίως εξαιτίας της λειτουργία του βιολογικού σταθμού αποβλήτων Θερμοκρασία Πίνακας 10.3: Θερμοκρασία νερού στην επιφάνεια της λίμνης Σημεία Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 18,4 28,1 20,9 2 18,8 26,8 21, ,5 21,2 4 18,9 26,3 21,2 5 19,3 26, ,8 26,6 21,5 7 18,9 27,5 22,4 8 18,6 27,2 20,9 9 19, , ,7 27,7 22, ,3 27,8 22, ,7 27,1 21, ,4 27,7 20, ,6 27,3 20, ,7 27,2 21,3 Μέση τιμή 18,98 27,21 21,53 Μέγιστη τιμή 19,7 28,1 23,2 Ελάχιστη τιμή 18,4 26,3 20,4 96

106 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.9: Θερμοκρασία νερού στην επιφάνεια της λίμνης Πίνακας 10.4: Θερμοκρασία νερού σε βάθος 2m Σημεία Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 17,4 23,9 19,5 2 17,6 23,5 20, , ,9 24, , ,5 6 17,2 23,8 20,1 7 17,8 23,9 20,4 8 17,6 23,8 19, , ,5 20, ,5 24,7 20, ,6 24,1 20, ,5 24,2 20, , , ,4 23,7 19,2 Μέση τιμή 17,71 24,1 20,09 Μέγιστη τιμή 18,50 25,5 20,7 Ελάχιστη τιμή 17,00 23,5 19,2 97

107 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.10: Θερμοκρασία νερού σε βάθος 2m Ανάλυση αποτελεσμάτων To μεγάλο εύρος των τιμών της θερμοκρασίας κατά τη δειγματοληψία, που οφείλεται στη διαφορά της ώρας με την οποία έγινε η λήψη των δειγμάτων καθιστά δύσκολη τη σύγκριση των τιμών. Πιο ασφαλή συμπεράσματα μπορούν να βγουν από τη σύγκριση της μέση τιμής της θερμοκρασίας σε κάθε δειγματοληψία. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ επιφάνειας και βάθους 2 μέτρων, είναι 2,27 o C για τον Μάιο, 3,11 o C για τον Αύγουστο και 1,44 o C για το Σεπτέμβριο. Τον Αύγουστο παρατηρείται στρωμάτωση της θερμοκρασίας (διαφορά 3,11 0 C ανάμεσα στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων) με αποτέλεσμα να μην δημιουργείται κατακόρυφη ανάμειξη του νερού (το επιφανειακό στρώμα ως θερμότερο είναι ελαφρύτερο του υποκείμενου) κι έτσι τα αποτελέσματα του ευτροφισμού δεν είναι ορατά στην επιφάνεια. Το Σεπτέμβριο δεν υπάρχει η στρωμάτωση αυτή (διαφορά μόνο 1,44 0 C και η ανάμειξη των νερών έφερε στην επιφάνεια το φυτοπλαγκτόν. (Εικόνα 10.2) Παρατηρούμε μια αύξηση της θερμοκρασίας τον Αύγουστο σε σχέση με το Μάιο της τάξης των 7 o C τόσο στην επιφάνεια όσο και σε βάθος 2 μέτρων και μείωση το Σεπτέμβριο σε σχέση με τον Αύγουστο της τάξης των 6 o C στην επιφάνεια και των 4 o C σε βάθος 2 μέτρων. Οι αυξομειώσεις αυτές είναι λογικές λόγω αλλαγής εποχής. 98

108 Αγωγιμότητα Πίνακας 10.5: Η αγωγιμότητα στα νερά της επιφάνειας της λίμνης Σημεία Αγωγιμότητα (μs/cm) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.11: Η αγωγιμότητα στα νερά της επιφάνειας της λίμνης στη βόρεια πλευρά της 99

109 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.12: Η αγωγιμότητα στα νερά της επιφάνειας της λίμνης στο κέντρο της Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.13: Η αγωγιμότητα στα νερά της επιφάνειας της λίμνης στη νότια πλευρά της 100

110 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.11: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της αγωγιμότητας στα νερά της επιφάνειας της λίμνης Πίνακας 10.6: Η αγωγιμότητα των νερών της λίμνης σε βάθος 2m Σημεία Αγωγιμότητα (μs/cm) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή

111 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.14: Η αγωγιμότητα των νερών της λίμνης σε βάθος 2m στη βόρεια πλευρά της Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.15: Η αγωγιμότητα των νερών σε βάθος 2m στο κέντρο της λίμνης 102

112 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.16: Η αγωγιμότητα των νερών της λίμνης σε βάθος 2m στη νότια πλευρά της Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.17: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της αγωγιμότητας των νερών της λίμνης σε βάθος 2m Ανάλυση αποτελεσμάτων Στις μετρήσεις του Μαΐου παρατηρείται γενικά ομοιομορφία στις τιμές αγωγιμότητας των διαφόρων σημείων και στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων με μικρό εύρος διακύμανσης της τάξης των 40μS/cm. Η ίδια εικόνα εμφανίζεται και για τις μετρήσεις του 103

113 Αυγούστου με ακόμη μικρότερο εύρος διακύμανσης της τάξης των 20μS/cm. Για τις μετρήσεις της αγωγιμότητας τον Σεπτέμβρη παρουσιάζεται ακόμη μεγαλύτερη ομοιομορφία με εύρος διακύμανσης για το βάθος των 2 μέτρων 10μS/cm. Με βάση τους συγκριτικούς πίνακες και τα αντίστοιχα διαγράμματα για την αγωγιμότητα στις διαφορετικές χρονικές περιόδους, εμφανίζεται πτώση από τον Μάιο στον Αύγουστο, μεγαλύτερη στην επιφάνεια, αλλά και στο βάθος των 2 μέτρων. Μικρή τάση αύξησης στην επιφάνεια παρατηρείται από τον Αύγουστο στο Σεπτέμβρη και πτώση στο βάθος των 2 μέτρων στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα. Οι τιμές της αγωγιμότητας είναι ενδεικτικές για την ποιότητα των φυσικών νερών. Απότομη αύξηση της αγωγιμότητας του νερού ενός φυσικού αποδέκτη αποτελεί ένδειξη ρύπανσης. Η αύξηση της αγωγιμότητας συνδέεται με την αύξηση των θρεπτικών συστατικών της (ευτροφισμός). Όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα στα γλυκά νερά τόσο μεγαλύτερη είναι η βιολογική παραγωγικότητα. Στα πόσιμα νερά, η αγωγιμότητα συνήθως κυμαίνεται μs/cm Ολικά διαλυμένα στερεάtds Πίνακας 10.7: Η συγκέντρωση TDS στην επιφάνεια της λίμνης Σημεία Ολικά διαλυμένα στερεά TDS (mg/l) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή

114 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.18: Ολικά διαλυμένα στερεά στην επιφάνεια της λίμνης στη βόρεια πλευρά της Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.19: Ολικά διαλυμένα στερεά στην επιφάνεια της λίμνης στο κέντρο της 105

115 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.20: Ολικά διαλυμένα στερεά στην επιφάνεια της λίμνης στη νότια πλευρά της Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.21: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της συγκέντρωσης ολικών διαλυμένων στερεών στην επιφάνεια της λίμνης 106

116 Πίνακας 10.8: Η συγκέντρωση ολικών διαλυμένων στερεών σε βάθος 2m Σημεία Ολικά διαλυμένα στερεά TDS (mg/l) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.22: Ολικά διαλυμένα στερεά σε βάθος 2m στη βόρεια πλευρά της λίμνης 107

117 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.23: Ολικά διαλυμένα στερεά σε βάθος 2m στο κέντρο της λίμνης Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.24: Ολικά διαλυμένα στερεά σε βάθος 2m στη νότια πλευρά της λίμνης 108

118 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.25: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της συγκέντρωσης ολικών διαλυμένων στερεών σε βάθος 2m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Με βάση τις μετρήσεις των ολικά διαλυμένων στερεών για το μήνα Μάιο εμφανίζεται ομοιομορφία στις τιμές για τα διάφορα σημεία και στην επιφάνεια της λίμνης και για το βάθος των 2 μέτρων. Δεν παρατηρείται και καμία σχεδόν διαφορά για το κάθε σημείο στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων. Η ίδια κατάσταση παρουσιάζεται και στις άλλες δύο περιόδους Αυγούστου και Σεπτεμβρίου. Από τους συγκριτικούς πίνακες και τα αντίστοιχα διαγράμματα παρατηρείται μείωση των ολικά διαλυμένων στερεών του Αυγούστου σε σχέση με τον Μάιο και στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων. Μικρές αυξομειώσεις εμφανίζονται στις τιμές το Σεπτέμβριο σε σχέση με τον Αύγουστο στην επιφάνεια της λίμνης και μειώσεις στις τιμές για το βάθος των 2 μέτρων. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των αλάτων σε ένα υδατικό διάλυμα τόσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα. Σε νερά με χαμηλή περιεκτικότητα αλάτων έχει βρεθεί ότι το σύνολο των ολικών διαλυμένων στερεών (Total Dissolved Solids, TDS) ισούται με το ήμισυ της αγωγιμότητας. Καθώς η συγκέντρωση των αλάτων αυξάνεται (TDS > 1000 mg/l και αγωγιμότητα μεγαλύτερη από 2000 μs/cm) ελαττώνεται η ενεργότητα των ιόντων και κατά συνέπεια ελαττώνεται η ικανότητά τους να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα, οπότε το σύνολο των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS) ισούται κατά προσέγγιση με την αγωγιμότητα. Σύμφωνα με την Οδηγία 2008/105/ΕΚ σχετικά με πρότυπα ποιότητας περιβάλλοντος στον τομέα της πολιτικής των υδάτων, η συγκέντρωση των Ολικών Διαλυμένων Στερεών πρέπει να είναι μικρότερη από 1500mg/l. Συνεπώς διαπιστώνεται ότι όλα τα δείγματα έχουν τιμές που είναι εντός των ορίων και μάλιστα πολύ μικρότερες. 109

119 (ph) Πίνακας 10.9: To ph των νερών της επιφάνειας της λίμνης Σημεία PH Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 8,17 7,09 8,21 2 8,05 7,42 8,47 3 8,09 7,69 8,66 4 8,08 8,12 8,58 5 6,94 7,85 8,61 6 7,74 7,92 8,57 7 7,77 7,83 7,51 8 7,97 8,14 8,52 9 7,83 8,16 7, ,93 8,35 8, ,99 8,3 8, ,4 8, ,02 8,28 8, ,29 8, ,05 8,42 8,24 Μέση τιμή 7,91 8,02 8,35 Μέγιστη τιμή 8,17 8,42 8,72 Ελάχιστη τιμή 6,94 7,09 7,19 9 8,5 8 7,5 7 6, Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.26: To ph των νερών της επιφάνειας της λίμνης στη βόρεια πλευρά της 110

120 9 8,5 8 7, ,5 6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.27: To ph των νερών της επιφάνειας της λίμνης στο κέντρο της 9 8,5 8 7,5 7 6, Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.28: To ph των νερών της επιφάνειας της λίμνης στη νότια πλευρά της 111

121 9 8,5 8 7,5 7 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή 6,5 6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.29: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή του ph στην επιφάνεια της λίμνης Πίνακας 10.10:To ph των νερών σε βάθος 2m Σημεία PH Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 8,23 6,88 8,27 2 8,16 7,04 7,92 3 8,08 7,63 8,37 4 7,76 7,87 8,28 5 7,68 7,44 8,64 6 7,77 7,43 8,05 7 7,66 7,25 8,39 8 7,8 7,62 8,01 9 7,8 8,11 8, ,05 7,57 8, ,01 8,16 8, ,08 7,71 8, ,05 7,65 8, ,02 8,01 8,4 15 8,06 7,76 7,86 Μέση τιμή 7,95 7,61 8,29 Μέγιστη τιμή 8,23 8,16 8,64 Ελάχιστη τιμή 7,66 6,88 7,86 112

122 9 8,5 8 7, ,5 6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.30: To ph των νερών της λίμνης στη βόρεια πλευρά της σε βάθος 2m 9 8,5 8 7, ,5 6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.31: To ph των νερών σε βάθος 2m στο κέντρο της λίμνης 113

123 9 8,5 8 7,5 7 6, Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.32: To ph των νερών σε βάθος 2m στη νότια πλευρά της λίμνης 9 8,5 8 7,5 7 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή 6,5 6 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.33: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή του ph σε βάθος 2m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Για τον Μάιο παρουσιάζεται μια διακύμανση των τιμών του ph από σημείο σε σημείο με εύρος της τάξης του 1,2 στην επιφάνεια και ομοιομορφία των τιμών στο βάθος των 2 μέτρων. Για τον Αύγουστο η διακύμανση των τιμών παρουσιάζεται και στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων με εύρος διακύμανσης της τάξης του 1,3. Τον Σεπτέμβριο υπάρχει 114

124 ομοιομορφία στην επιφάνεια και διακύμανση στο βάθος των 2 μέτρων, εύρους 1,3. Όλες οι τιμές δείχνουν αλκαλικότητα. Αλκαλικές τιμές ph συναντώνται σε περιπτώσεις έντονης φωτοσυνθετικής δραστηριότητας - ευτροφισμός (κατά τη φωτοσύνθεση το φυτοπλαγκτόν μειώνει τη συγκέντρωση του CO 2 του νερού), σε περιπτώσεις ρύπανσης των υδάτινων αποδεκτών με αλκαλικές ουσίες (απορρυπαντικά κ.ά. από αστικά και βιομηχανικά απόβλητα) και σε αυξημένες συγκεντρώσεις ασβεστίου, νατρίου και μαγνησίου. Συγκριτικά για τους μήνες Μάιο με Αύγουστο, παρατηρείται μικρή αυξομείωση ανάλογα με το σημείο στην επιφάνεια και μείωση στο βάθος των 2 μέτρων. Από τον Αύγουστο στο Σεπτέμβριο εμφανίζεται αύξηση και στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων. Στα νερά φυσικής προέλευσης το ph κυμαίνεται συνήθως από 4-9.Για την εξασφάλιση της υδρόβιας ζωής είναι απαραίτητο τα απόβλητα που φτάνουν στα επιφανειακά νερά να μην προκαλούν μείωση του pη κάτω από το 6 αλλά ούτε και να το αυξάνουν πάνω από το 8.5. Στη λίμνη της Καστοριάς το pη στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων είναι λίγο πιο πάνω από το όριο 8.5 μόνο για το μήνα Σεπτέμβριο Θολότητα Πίνακας 10.11:Η θολότητα των νερών στην επιφάνεια της λίμνης Σημεία Θολότητα Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 1,3 12,02 21,5 2 1,4 3,64 14,7 3 1,7 16,31 32,1 4 1,5 12,11 54,5 5 5,6 5,89 38,5 6 1,5 6,74 53,1 7 1,7 12, ,5 9,23 30,2 9 1,9 8, ,11 63,9 11 1,4 9,24 46,5 12 1,5 8,36 28,9 13 1,7 9,42 74,9 14 1,7 10, ,6 14,32 38,2 Μέση τιμή 1,9 9,9 79,3 Μέγιστη τιμή 5,6 16,3 402,0 Ελάχιστη τιμή 1,3 3,6 14,7 115

125 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.34: Η διακύμανση της θολότητας στην επιφάνεια στη βόρεια πλευρά της λίμνης Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.35: Η διακύμανση της θολότητας στην επιφάνεια στο κέντρο της λίμνης 116

126 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.36: Η διακύμανση της θολότητας στην επιφάνεια στη νότια πλευρά της λίμνης Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.37: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της θολότητας στην επιφάνεια της λίμνης 117

127 Πίνακας 10.12: Η θολότητα των νερών της λίμνης σε βάθος 2m Σημεία Θολότητα Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 1,7 8,96 11,4 2 1,5 7,14 6,83 3 2,3 19,16 22,6 4 1,6 13,11 16,1 5 1,1 10,11 15,4 6 1,8 9,62 13,8 7 1,8 10,34 12,8 8 1,7 11,26 24,8 9 1,8 10,31 36,5 10 2,1 12,21 28,6 11 1,8 13,11 24,3 12 1,6 9,72 20,4 13 1,6 10,24 17,4 14 1,8 11,36 25, ,29 23,6 Μέση τιμή 1,75 11,46 19,98 Μέγιστη τιμή 2,30 19,16 36,50 Ελάχιστη τιμή 1,10 7,14 6, Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.38: Η διακύμανση της θολότητας στη βόρεια πλευρά της λίμνης σε βάθος 2m 118

128 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.39: Η διακύμανση της θολότητας στο κέντρο της λίμνης σε βάθος 2m Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.40: Η διακύμανση της θολότητας στη νότια πλευρά της λίμνης σε βάθος 2m 119

129 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.37: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή της θολότητας των νερών της λίμνης σε βάθος 2m Ανάλυση των αποτελεσμάτων Με βάση τα αποτελέσματα των μετρήσεων θολότητας για τον Μάιο και στην επιφάνεια και στο βάθος των 2 μέτρων, παρατηρούνται μικρές τιμές, οι οποίες τον Αύγουστο παρουσιάζουν αύξηση σε όλα τα σημεία όχι ιδιαίτερα σημαντική. Την περίοδο όμως του Σεπτεμβρίου, για μεν το βάθος των 2 μέτρων εμφανίζεται αύξηση των τιμών θολότητας σε σχέση με τον Αύγουστο κατά μικρές πάλι σχετικά τιμές, για δε την επιφάνεια παρουσιάζονται αυξήσεις ιδιαίτερα σημαντικές σχεδόν σε όλα τα σημεία και σε κάποια οι τιμές θολότητας φτάνουν σε ιδιαίτερα υψηλές τιμές, όπως τα σημεία 7 (Μαυριώτισσα) και 9 (Σταυρός) περιοχές κοντά στις όχθες κατοικημένων περιοχών. Η θολότητα του νερού των δειγμάτων ήταν εμφανής και δια γυμνού οφθαλμού. 120

130 Φωσφορικά PO 4 3- Πίνακας 10.13:Η συγκέντρωση των φωσφορικών στην επιφάνεια της λίμνης Σημεία Φωσφορικά (mg/l) Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος 1 0,01 0,23 0, ,01 2,365 0, ,01 0,203 0,01 4 0,01 0,289 0, ,23 0,216 0, ,01 0,16 7 0,01 0,548 0, ,01 0, ,01 0, ,01 0, ,01 0, ,01 0,187 0, ,01 0, ,01 0, ,01 0,063 Μέση τιμή 0,025 0,324 0,055 Μέγιστη τιμή 0,230 2,365 0,095 Ελάχιστη τιμή 0,010 0,063 0,010 2,5 2 1,5 1 0, Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.38: Η διακύμανση της συγκέντρωσης φωσφορικών στην επιφάνεια της λίμνης στη βόρεια πλευρά της 121

131 0,25 0,2 0,15 0, ,05 0 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.39: Η διακύμανση της συγκέντρωσης φωσφορικών στην επιφάνεια της λίμνης στο κέντρο της 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0, ,02 0 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.40: Η διακύμανση της συγκέντρωσης φωσφορικών στην επιφάνεια της λίμνης στη νότια πλευρά της 122

132 2,5 2 1,5 1 Μέση τιμή Μέγιστη τιμή Ελάχιστη τιμή 0,5 0 Μάιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Διάγραμμα 10.41: Η μέση, μέγιστη και ελάχιστη συγκέντρωση φωσφορικών στην επιφάνεια της λίμνης Επειδή για τις μετρήσεις του Αυγούστου η μέση τιμή δεν είναι αντιπροσωπευτική για το δείγμα, καθώς επηρεάζεται έντονα από την πολύ μεγάλη συγκέντρωση φωσφορικών στο σημείο 2 η οποία μπορεί να οφείλεται σε τυχαίο γεγονός ή το πιθανότερο σε σημειακή πηγή φόρτισης με φώσφορο, πιο αντιπροσωπευτική για την μέτρηση του Αυγούστου είναι η διάμεσος. Η τιμή της είναι 0,187 mg/l που δείχνει και σε αυτήν την περίπτωση το γενικότερο πρόβλημα του ευτροφισμού αφού βρίσκεται στην περιοχή των τιμών που χαρακτηρίζουν μια λίμνη ως ευτροφική. Πίνακας 10.14: Η συγκέντρωση των φωσφορικών σε βάθος 2m Σημεία Αύγουστος 1 0,12 2 0, , , , , , , , , , , , , ,

133 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Διάγραμμα 10.42: Η διακύμανση της συγκέντρωσης των φωσφορικών σε βάθος 2m κατά τον μήνα Αύγουστο Ανάλυση των αποτελεσμάτων Οι μετρήσεις των φωσφορικών στα δείγματα νερού της λίμνης, δείχνουν ότι για το μήνα Μάιο εκτός από την περιοχή Ψαράδικα που είναι κοντά στην όχθη της λίμνης σε κατοικημένη περιοχή και μόνο για την επιφάνεια για την οποία έγιναν οι μετρήσεις, είναι αμελητέες. Παρατηρήθηκε δε κατά τις μετρήσεις ότι στο σημείο αυτό υπήρχε αγωγός με συνεχή ροή υδάτων προς τη λίμνη. Το πιθανότερο είναι να αποτελεί σημειακή πηγή ρύπανσης της λίμνης. Κατά την περίοδο του Αυγούστου παρουσιάζεται αύξηση των φωσφορικών σε όλα τα σημεία της επιφάνειας με σημαντικές τιμές άνω των 100 μg/l που αντιστοιχούν σε εύτροφες συνθήκες, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις ξεπερνούν και τα 300 μg/l που αντιστοιχούν σε πολυτροφικές (έντονα εύτροφες) συνθήκες, για αυτό το λόγο μελετήθηκαν και οι συγκεντρώσεις σε βάθος 2m στις οποίες δεν παρουσιάστηκαν ιδιαίτερες διαφορές σε σχέση με την επιφάνεια. Η αύξηση της θερμοκρασίας τον μήνα αυτό βοήθησε στη μείωση του διαλυμένου οξυγόνου και αυτό με τη σειρά του στην μεγάλη αύξηση των φωσφορικών. Οι συνθήκες του καλοκαιριού ευνοούν και την επαναδιάλυση φωσφορικών από την ιλύ του πυθμένα της λίμνης, στο νερό. Για τον Σεπτέμβριο στην επιφάνεια της λίμνης, οι τιμές μειώνονται παραμένοντας όμως σχετικά υψηλές, δείχνοντας συνθήκες ευτροφισμού. Στα περισσότερα φυσικά νερά οι συγκεντρώσεις του ολικού φωσφόρου, δηλαδή το σύνολο του ανόργανου και του οργανικού, του διαλυμένου και του σωματιδιακού φωσφόρου, κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 10 και 50 μg/l. Ωστόσο σε μη παραγωγικά, ολιγότροφα νερά η συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου μπορεί να είναι μικρότερη από 5 μg/l, ενώ σε πολύ 124

134 εύτροφες συνθήκες μπορεί να υπερβαίνει τα 100 μg/l. Ο ολικός φωσφόρος (TP) σε σύγκριση με τα φωσφορικά είναι 1mg/l P αντιστοιχεί σε 3,066 mg/l φωσφορικών. Τα αποτελέσματα του ευτροφισμού στην επιφάνεια της λίμνης είναι εμφανή στις εικόνες 10.2 και Εικόνα 10.2: Επιφάνεια λίμνης στη θέση 5 (Ψαράδικα) Εικόνα 10.3: Όχθη της λίμνης στη θέση 1 (Μαυροχώρι) 125