Μέθοδοι Προσδιορισµού της Εκροής Υπόγειου Νερού στη Θάλασσα

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 39 Μέθοδοι Προσδιορισµού της Εκροής Υπόγειου Νερού στη Θάλασσα Β. ΚΑΛΕΡΗΣ Καθηγητής Πανεπιστηµίου Πατρών Περίληψη Στην εργασία γίνεται συγκριτική αξιολόγηση µεθόδων, οι οποίες χρησιµοποιούνται για τον προσδιορισµό της ποσότητας του υπόγειου νερού που καταλήγει στη θάλασσα. Η διερεύνηση γίνεται βάσει των αποτελεσµάτων που προέκυψαν στα πλαίσια ενός ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράµµατος, αντικείµενο του οποίου ήταν η µελέτη του φαινοµένου της υποθαλάσσιας εκροής σε µια περιοχή της Βόρειας θάλασσας. Έγιναν προσοµοιώσεις µε αριθµητικά µοντέλα διαφορετικών κλιµάκων καθώς επίσης και µετρήσεις στον πυθµένα της θάλασσας. Η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων έδειξε ότι µετρήσεις στον πυθµένα της θάλασσας, πέραν των τεχνικών δυσκολιών που παρουσιάζει η διεξαγωγή τους, είναι δύσκολο να ερµηνευθούν. Για τη συγκεκριµένη περιοχή µελέτης, τα µοντέλα στα οποία λαµβάνονται υπόψη διαφορές πυκνότητας απαιτούν δεδοµένα, των οποίων ο αξιόπιστος προσδιορισµός είναι δύσκολος. Έτσι µοντέλα του τµήµατος του υδροφορέα ανάντη της αλµυρής σφήνας, στα οποία µπορούν να παραληφθούν οι διαφορές πυκνότητας, φαίνεται να αποτελούν την πλέον αξιόπιστη µέθοδο προσδιορισµού της υποθαλάσσιας εκροής. Abstract Methods used in estimating submarine groundwater discharge are compared, based on the results of a European research project, in which different methods have been used to study submarine groundwater discharge in an area of the Baltic Sea. The investigation has been performed using numerical models as well as direct measurements at the sea. The evaluation of the results shows that besides of the technical difficulties in performing measurements at the sea bottom, the interpretation of the results of such measurements is difficult. For the investigated area, the numerical models in which density effects are considered require input data which can difficultly be obtained. Thus, numerical models for the part of the aquifer upstream from the salt water intrusion area, where density effects can be neglected, seems to be the most appropriate method for the estimation of submarine groundwater discharge. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διείσδυση θαλασσινού νερού σε παράκτιους υδροφορείς και η εκροή του υπόγειου νερού στη θάλασσα είναι φαινόµενα, τα οποία λαµβάνουν χώρα στην παράκτια ζώνη παραλλήλως. Η διείσδυση αλµυρού νερού σε παράκτιους υδροφορείς έχει µελετηθεί ευρέως. Μια εκτεταµένη παρουσίαση της σχετικής βιβλιογραφίας δίδεται στην εργασία [1]. Εκροή υπόγειου νερού στη θάλασσα γίνεται στις περισσότερες περιπτώσεις καθ όλο το µήκος της ακτογραµµής. Υπάρχουν όµως περιπτώσεις, στις οποίες η εκροή γίνεται σε τµήµατα του πυθµένα της θάλασσας, τα οποία έχουν επιφάνεια µερικών δεκάδων ή εκατοντάδων τετραγωνικών µέτρων, όπως φαίνεται στο Σχήµα 1. Οι θέσεις αυτές εκροής στον πυθµένα της θάλασσας έχουν συνήθως τη µορφή κρατήρων και ονοµάζονται στη διεθνή βιβλιογραφία pockmarks [2]. Αποτελούν συνήθως την απόληξη περιορισµένων υδροφορέων, οι οποίοι βρίσκονται κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας, ή τις θέσεις, στις οποίες διακόπτονται τα στρώµατα χαµηλής υδραυλικής αγωγιµότητας, τα οποία καλύπτουν περιορισµένους υδροφορείς. Για τη διαχείριση των υδατικών πόρων παράκτιων υδροφορέων είναι σηµαντική η µελέτη τόσο της διείσδυσης του θαλασσινού νερού όσο και της εκροής υπόγειου νερού στη θάλασσα. Η έκταση της διείσδυσης είναι καθοριστική για την υποβάθµιση της ποιότητας του υπόγειου νερού στην παράκτια ζώνη. Η υποθαλάσσια εκροή του υπόγειου νερού αποτελεί απώλεια γλυκού νερού, το οποίο καταλήγει ανεκµετάλλευτο στη θάλασσα. Πέραν της σηµασίας της για τη διαχείριση των υδατικών πόρων παράκτιων υδροφορέων, η υποθαλάσσια εκροή γλυκού νερού έχει αναγνωρισθεί ως ένας παράγοντας µε σηµαντική περιβαλλοντική και οικολογική επιρροή στην παράκτια ζώνη. Το υπόγειο νερό που εκρέει στη θάλασσα είναι δυνατόν να µεταφέρει στην παράκτια ζώνη ρύπους, όπως για παράδειγµα νιτρικά άλατα, τα οποία προέρχονται από περιοχές µε εντατικές γεωργικές καλλιέργειες ή φωσφορικά άλατα, τα οποία προέρχονται από την διάθεση αποβλήτων στο έδαφος [3,4]. Οι µέθοδοι προσδιορισµού της υποθαλάσσιας εκροής γλυκού νερού κατατάσσονται σε δύο οµάδες. Η πρώτη περιλαµβάνει τις µεθόδους που µελετούν τους παράκτιους υδροφορείς και ιδιαίτερα τα τµήµατα αυτών που βρίσκονται κοντά στη θάλασσα. Τη σηµαντικότερη

40 ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών Σχήµα 1: Σχηµατική παράσταση της υποθαλάσσιας εκροής γλυκού νερού µέθοδο στην οµάδα αυτή αποτελούν τα αριθµητικά µοντέλα υπογείων ροών. Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν µέθοδοι µετρήσεων στον πυθµένα της θάλασσας. Ο πλέον άµεσος προσδιορισµός γίνεται µε σηµειακές µετρήσεις της εκρέουσας ποσότητας σε διάφορα σηµεία του πυθµένα. Στην παρούσα εργασία γίνεται συγκριτική αξιολόγηση των προαναφερθεισών µεθόδων προσδιορισµού της υποθαλάσσιας εκροής, βάσει των αποτελεσµάτων µιας εφαρµογής στη Βόρεια Θάλασσα, η οποία έγινε στα πλαίσια ενός ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράµµατος [5]. Επισηµαίνονται τα προβλήµατα που ανακύπτουν κατά την εφαρµογή των διαφόρων µεθόδων και συνάγονται συµπεράσµατα για τον προσφορότερο τρόπο προσδιορισµού της υποθαλάσσιας εκροής σε πρακτικές εφαρµογές. 2. ΟΡΙΣΜΟΙ Για την υποθαλάσσια εκροή χρησιµοποιούνται στη βιβλιογραφία [6] δύο ορισµοί, οι οποίοι εξηγούνται στο Σχήµα 2. Σύµφωνα µε τον πρώτο ορισµό, υποθαλάσσια εκροή είναι η παροχή υπόγειου νερού που καταλήγει στη θάλασσα µέσω του παράκτιου υδροφορέα. Το νερό αυτό προέρχεται από την κατείσδυση των βροχοπτώσεων. Στο Σχήµα 2 ο ορισµός αυτός αντιστοιχεί στη ροή που συµβολίζει το βέλος (a). Σύµφωνα µε το δεύτερο ορισµό, η υποθαλάσσια εκροή αντιστοιχεί στα βέλη (b) του Σχήµατος 2 και είναι η εκροή που λαµβάνει χώρα στη διεπιφάνεια ξηράς θαλάσσης. Στην περίπτωση αυτή το νερό που εκρέει στη θάλασσα δεν προέρχεται αποκλειστικά από τον υδροφορέα. Ένα µέρος του είναι θαλασσινό νερό, το οποίο, όπως δείχνει το Σχήµα 2 εισέρχεται στον υδροφορέα, αναµιγνύεται µε το γλυκό υπόγειο νερό που προέρχεται από την ξηρά και εκρέει µαζί µε αυτό πάλι στη θάλασσα. Είναι προφανές ότι η συγκριτική αξιολόγηση των αποτελεσµάτων των µεθόδων που εφαρµόζονται για τον προσδιορισµό της υποθαλάσσιας εκροής είναι δυνατή µόνο εφόσον το προσδιοριζόµενο µε τις συγκρινόµενες µεθόδους µέγεθος αντιστοιχεί στον ίδιο ορισµό της υποθαλάσσιας εκροής. Σχήµα 2: Ορισµοί υποθαλάσσιας εκροής. 3. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Η περιοχή µελέτης είναι ο κόλπος Eckernfoerde κοντά στο Κίελο της Βόρειας Γερµανίας. Είναι µια από τις περιοχές, στις οποίες έχουν παρατηρηθεί έντονες εκροές υπόγειου νερού σε περιορισµένα τµήµατα του πυθµένα της θάλασσας. Tο τµήµα του υδροφορέα που µελετήθηκε έχει έκταση περίπου 70 km 2 και φαίνεται σχηµατικά στο Σχήµα 3. Από τη συνολική έκταση, περίπου 50 km 2 βρίσκονται στην ξηρά και περίπου 20 km 2 βρίσκονται κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας. Στο τµήµα του υδροφορέα που βρίσκεται στην ξηρά υπάρχουν δέκα γεωτρήσεις παρατήρησης της υπόγειας στάθµης. Το

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 41 τµήµα του υδροφορέα που είναι κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας συµπεριλήφθηκε στην περιοχή µελέτης ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση των αποτελεσµάτων που θα προκύψουν από τη µελέτη του παράκτιου υδροφορέα µε τα αποτελέσµατα των µετρήσεων στον πυθµένα της θάλασσας. Στην περιοχή του πυθµένα της θάλασσας, κάτω από την οποία βρίσκεται το τµήµα του υδροφορέα που συµπεριλήφθηκε στο µοντέλο, έχουν εντοπισθεί κρατήρες εκροής (pockmarks) διαφόρων διαστάσεων, στους οποίους έγιναν µετρήσεις της υποθαλάσσιας εκροής [7]. 4. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ 4.1. Μοντέλα που χρησιµοποιήθηκαν Η µελέτη του υδροφορέα έγινε µε τρία µοντέλα, διαφορετικής κλίµακας το καθένα. Η οµάδα των µοντέλων φαίνεται στο Σχήµα 3. Τα µοντέλα µεγάλης και µεσαίας κλίµακας (a και b στο Σχήµα 3) βασίζονται στον κώδικα MODFLOW [8] ενώ το µοντέλο µικρής κλίµακας (c στο Σχήµα 3) βασίζεται στον κώδικα SWIFT [9] για ροές σε υδροφόρα στρώµατα υπό την επίδραση διαφορών πυκνότητας. Η διασπορά µπορεί να ληφθεί υπόψη στον κώδικα SWIFT βάσει δύο υποθέσεων: (α) ότι αυτή δεν εξαρτάται από την ταχύτητα και περιγράφεται µε τη βοήθεια ενός συντελεστή ενεργούς µοριακής διάχυσης, ο οποίος είναι σταθερός σε όλο το πεδίο και έχει µεγάλη τιµή (π.χ. της τάξεως του 10-6 m 2 /s), ώστε να συµπεριλαµβάνει και την επιρροή της υδροδυναµικής διασποράς και (β) ότι η διασπορά σε κάθε σηµείο του πεδίου ροής εξαρτάται από την ταχύτητα και περιγράφεται µε τη βοήθεια του τανυστή διασποράς, στον οποίο περιλαµβάνεται και η µοριακή διάχυση. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας οι προσοµοιώσεις έγιναν µε βάση την υπόθεση (α), δεδοµένου ότι ο σταθερός συντελεστής διευκολύνει τη σύγκλιση της αριθµητικής λύσης. Η τιµή που χρησιµοποιήθηκε για το συντελεστή επιλέχθηκε έτσι ώστε να δίνει παρόµοια αποτελέσµατα µε εκείνα που προκύπτουν αν χρησιµοποιηθεί η υπόθεση (β) µε τιµές της διασπαρσιµότητας τόσο στην οριζόντια όσο και στη κατακόρυφη διεύθυνση ίση προς πέντε µέτρα. Από τους κρατήρες εκροής που υπάρχουν στον πυθµένα της θάλασσας στην περιοχή µελέτης, στο µοντέλο µεγάλης κλίµακας προσοµοιώθηκαν οι δεκατέσσερις σηµαντικότεροι. Στο Σχήµα 3a φαίνονται δύο κρατήρες, οι οποίοι µελετήθηκαν µε µοντέλα µικρότερης κλίµακας. Η ανάγκη χρησιµοποίησης µοντέλων διαφορετικής κλίµακας προέκυψε από το γεγονός ότι αν ληφθούν υπόψη διαφορές πυκνότητας στο µοντέλο µεγάλης κλίµακας αυτού του έντονα ετερογενούς υδροφορέα, τότε αφενός αυξάνεται σηµαντικά ο χρόνος που απαιτείται για την προσοµοίωση, αφετέρου ανακύπτουν σηµαντικά προβλήµατα σύγκλισης και ακρίβειας της αριθµητικής λύσης. Για το λόγο αυτό στο µοντέλο µεγάλης κλίµακας παραλείφθηκαν οι διαφορές πυκνότητας. Το µοντέλο µεσαίας κλίµακας (Σχήµα 3b), στο οποίο οι διαφορές πυκνότητας επίσης παραλείπονται, χρησιµοποιήθηκε ως ενδιάµεσο βήµα για τον προσδιορισµό των οριακών συνθηκών που ελήφθησαν υπόψη στο µοντέλο µικρής κλίµακας. Με το µοντέλο µικρής κλίµακας (Σχήµα 3c), στο οποίο λαµβάνονται υπόψη οι διαφορές πυκνότητας, µελετήθηκε η ροή κοντά στη θέση εκροής. Η µεταφορά των οριακών συνθηκών από το µοντέλο µεγάλης κλίµακας στο µοντέλο µεσαίας κλίµακας γίνεται, θεωρώντας ότι σε όλα τα κελιά του µοντέλου µεσαίας κλίµακα, τα οποία αντιστοιχούν σε ένα κελί του µοντέλου Σχήµα 3: Μοντέλα που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό της υποθαλάσσιας εκροής

42 µεγάλης κλίµακας, η τιµή του υδραυλικού φορτίου είναι η ίδια και ίση µε την τιµή του υδραυλικού φορτίου στο κελί του µοντέλου µεγάλης κλίµακας. Η ίδια διαδικασία εφαρµόζεται και για τον προσδιορισµό των οριακών συνθηκών του µοντέλου µικρής κλίµακας. Επειδή όµως στο µοντέλο αυτό η ανεξάρτητη µεταβλητή είναι η πίεση και όχι το υδραυλικό φορτίο, οι τιµές του υδραυλικού φορτίου που µεταφέρονται από το µοντέλο µεσαίας κλίµακας στα όρια του µοντέλου µικρής κλίµακας µετατρέπονται σε πιέσεις. 4.2. Αξιολόγηση των αποτελεσµάτων Η διαδικασία ρύθµισης του µοντέλου µεγάλης κλίµακας περιγράφεται στην εργασία [10]. Όπως αναφέρεται εκεί, η ρύθµιση παρουσιάζει σηµαντικές αβεβαιότητες αφενός εξ αιτίας των σύνθετων υδρογεωλογικών συνθηκών της περιοχής και αφετέρου εξ αιτίας του γεγονότος ότι δεν υπάρχουν πρωτογενή δεδοµένα (µετρήσεις των υδραυλικών παραµέτρων του υδροφορέα και των πιεζοµετρικών υψών) στο τµήµα του υδροφορέα που βρίσκεται κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας. Η συλλογή τέτοιων δεδοµένων είναι µια δαπανηρή και δύσκολη διαδικασία. Στη συγκεκριµένη περίπτωση, δεδοµένα για τις υδραυλικές παραµέτρους του υδροφορέα υπάρχουν µόνο για την περιοχή της ξηράς γύρω από τον κόλπο. Έτσι για το τµήµα του υδροφορέα που βρίσκεται κάτω από τη θάλασσα, η κατανοµή της υδραυλικής αγωγιµότητας προσδιορίσθηκε µε τη µέθοδο kriging, η οποία όµως βασίστηκε σε δεδοµένα που προέκυψαν από µετρήσεις που έγιναν σε σηµαντικές αποστάσεις εκτός της περιοχής, την οποία αφορά η παρεµβολή [11]. Αυτές οι αβεβαιότητες που προκύπτουν από την µοντελοποίηση του τµήµατος του υδροφορέα κάτω από τη θάλασσα µπορούν να αποφευχθούν αν περιορίσει κανείς το µοντέλο στην περιοχή της ξηράς. Αν µάλιστα το όριο του µοντέλου προς την πλευρά της θάλασσας ορισθεί σε ικανή απόσταση από την ακτή ώστε να βρίσκεται εκτός της ζώνης διείσδυσης του θαλασσινού νερού, αποκλείονται και τα σφάλµατα, τα οποία προκύπτουν από το γεγονός ότι στο µοντέλο αγνοούνται οι διαφορές πυκνότητας. Η υποθαλάσσια εκροή γλυκού νερού προκύπτει στην περίπτωση αυτή ως η παροχή στο όριο του υδροφορέα προς την πλευρά της θάλασσας. Σε αντίθεση λοιπόν µε το φαινόµενο της διείσδυσης θαλασσινού νερού σε παράκτιους υδροφορείς, η εκροή γλυκού νερού στη θάλασσα µπορεί να µελετηθεί µε τα συνηθισµένα µοντέλα υπογείων υδάτων, αρκεί βεβαίως κατάντη του ορίου προς τη θάλασσα να µην µεταβάλλεται σηµαντικά η απορρέουσα στη θάλασσα ποσότητα του υπόγειου νερού. Τέτοιες αλλαγές µπορούν να προκληθούν, αν για παράδειγµα στην περιοχή µεταξύ του ορίου του µοντέλου και της ακτογραµµής υπάρχουν γεωτρήσεις άντλησης. Στην περίπτωση αυτή η επέκταση του µοντέλου µέχρι την ακτογραµµή ή ενδεχοµένως και ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών σε ένα τµήµα του υδροφορέα κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας δεν µπορεί να αποφευχθεί. Η ειδική παροχή της υποθαλάσσιας εκροής, η οποία υπολογίστηκε για τον κόλπο Eckernfoerde µε το µοντέλο µεγάλης κλίµακας σε µια διατοµή η οποία βρίσκεται στην περιοχή της ξηράς και είναι περίπου παράλληλη προς την ακτογραµµή, είναι περίπου 0.03 m/day και βρίσκεται µέσα στα όρια των τιµών που έχουν παρατηρηθεί σε άλλες περιοχές της υφηλίου [6]. Το µοντέλο µικρής κλίµακας που βασίζεται στον κώδικας SWIFT χρησιµοποιήθηκε για τον υπολογισµό της εκροή µέσα σε µεµονωµένους κρατήρες στον πυθµένα της θάλασσας λαµβάνοντας υπόψη τις διαφορές πυκνότητας µεταξύ γλυκού και αλµυρού νερού. Για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων του µοντέλου αυτού πρέπει να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά της ροής στην περιοχή των κρατήρων. Το Σχήµα 4α δείχνει τις γραµµές ροής και την κατανοµή της αλατότητας σε µια κατακόρυφη τοµή στην περιοχή ενός από τους κρατήρες που µελετήθηκαν. Όπως φαίνεται στο Σχήµα 4b, η κατανοµή της ειδικής παροχής παρουσιάζει ισχυρή ανοµοιοµορφία µέσα στην περιοχή του κρατήρα. Οι µεγαλύτερες τιµές της ειδικής παροχής παρουσιάζονται στο περίγραµµα του κρατήρα. Επίσης, υπάρχουν περιοχές του κρατήρα, στις οποίες λαµβάνει χώρα διείσδυση θαλασσινού νερού. Ένα µέρος του νερού που διεισδύει ανακυκλώνεται και εκβάλλει πάλι στη θάλασσα, όπως υποδηλώνουν οι γραµµές ροής στο Σχήµα 4a. Αυτά τα χαρακτηριστικά της ροής στην περιοχή του κρατήρα εξαρτώνται εντόνως από την κατανοµή της υδραυλικής αγωγιµότητας και τις τιµές των παραµέτρων, οι οποίες χαρακτηρίζουν την ανάµειξη [10]. Επειδή, όπως προαναφέρθηκε, ο προσδιορισµός αυτών των παραµέτρων µε µετρήσεις κάτω από τον πυθµένα της θάλασσας είναι δύσκολος, τα αποτελέσµατα του µοντέλου µικρής κλίµακας παρουσιάζουν µεγαλύτερες αβεβαιότητες απ ότι τα αποτελέσµατα του µοντέλου µεγάλης κλίµακας, εάν αυτό περιορισθεί στην περιοχή ανάντη της αλµυρής σφήνας. Επιπλέον, σε περιπτώσεις, όπως αυτή του κόλπου Eckernfoerde, στις οποίες η εκροή του υπόγειου νερού λαµβάνει χώρα σε περισσότερους του ενός κρατήρες στον πυθµένα της θάλασσας, ο προσδιορισµός της συνολικής ποσότητας εκροής προϋποθέτει την προσοµοίωση της ροής και κατά συνέπεια αξιόπιστα δεδοµένα για τις προαναφερθείσες παραµέτρους τουλάχιστον στους σηµαντικότερους κρατήρες. 5. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΠΥΘΜΕΝΑ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 5.1. Μέθοδοι που χρησιµοποιήθηκαν Οι µετρήσεις στον κόλπο Eckernfoerde, έγιναν µε ένα διαπερατόµετρο, το οποίο σχεδιάστηκε ειδικά ώστε να µπορεί να εγκατασταθεί στον πυθµένα της θάλασσας σε βάθος νερού περίπου 20 m και να κάνει συνεχή

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 43 Σχήµα 4: Χαρακτηριστικά της τρισδιάστατης ροής στην περιοχή ενός κρατήρα εκροής υπόγειου νερού στον πυθµένα της θάλασσας καταγραφή της ποσότητας υποθαλάσσιας εκροής σε µια επιφάνεια 1 m 2. Η συσκευή περιγράφεται στην εργασία [7]. Οι τιµές της ειδικής παροχής που µετρήθηκαν µε την συσκευή αυτή µέσα σε έναν κρατήρα κυµαίνονται από 0,05 m/day έως 0,85 m/day. 5.2. Αξιολόγηση των αποτελεσµάτων εδοµένης της κατανοµής, την οποία παρουσιάζει η εκροή µέσα σ έναν κρατήρα σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης που παρουσιάστηκαν στην προηγουµένη ενότητα, ο προσδιορισµός της παροχής εκροής στην περιοχή ενός κρατήρα απαιτεί ένα µεγάλο αριθµό µετρήσεων σε διάφορες θέσεις. Αυτό αποτελεί ένα σηµαντικό µειονέκτηµα, δεδοµένου ότι οι µετρήσεις αυτές είναι τεχνικά δύσκολες. Επιπλέον, δεν µπορεί να διαπιστωθεί τι ποσοστό της µετρούµενης παροχής εξόδου αντιστοιχεί σε ανακυκλούµενο νερό. Εκτίµηση του ποσοστού αυτού µπορεί να γίνει µε τα αριθµητικά µοντέλα µικρής κλίµακας, µε την προϋπόθεση ότι είναι διαθέσιµα αξιόπιστα δεδοµένα για την κατανοµή της υδραυλικής αγωγιµότητας και των παραµέτρων που χαρακτηρίζουν την ανάµειξη. Επειδή στην περίπτωση των κρατήρων του κόλπου Eckernfoerde η ροή είναι τρισδιάστατη, πράγµα που δυσχεραίνει την εκτίµηση του ποσοστού της συνολικής παροχής εξόδου, το οποίο προέρχεται από την ανακύκλωση θαλασσινού νερού, χρησιµοποιήθηκε µια περίπτωση δισδιάστατης ροής, για να διερευνηθεί η τάξη µεγέθους του ποσοστού αυτού. Για τους υπολογισµούς αυτούς χρησιµοποιήθηκε ο κώδικας FAST-C(2D) [11] και η προσοµοίωση έγινε για την περίπτωση της συµµετρικής ροής του Σχήµατος 5a (κατακόρυφη τοµή του υδροφορέα στην περιοχή ενός κρατήρα). Το Σχήµα 5b δείχνει την τυπική µορφή των γραµµών ροής και της κατανοµής της αλατότητας στο µισό του πεδίου ροής του Σχήµατος 5a, αριστερά από τον άξονα συµµετρίας. Οι γραµµές ροής στο Σχήµα 5b δείχνουν την ανακύκλωση του αλµυρού νερού, το οποίο διεισδύει στον υδροφορέα στην κεντρική περιοχή του κρατήρα και εκβάλλει πάλι στη θάλασσα στα όρια του κρατήρα, αναµεµειγµένο µε το υπόγειο νερό που προέρχεται από την ξηρά. Για τη συγκεκριµένη σχετικά απλή περίπτωση ροής, το ποσοστό του ανακυκλούµενου νερού είναι συνάρτηση του λόγου δύο χαρακτηριστικών αδιάστατων αριθµών, του αριθµού Rayleigh (Ra) και του αριθµού Péclet (Pe), που χαρακτηρίζουν το φαινόµενο [13]. Για τιµές του λόγου αυτού περίπου 20, που είναι συνήθεις στη φύση σε περιπτώσεις που η φυσική ροή του υπόγειου νερού δεν µειώνεται από αντλήσεις, το ποσοστό του ανακυκλούµενου θαλασσινού νερού είναι περίπου 50% της συνολικής ποσότητας εκροής. Όµως, η διατύπωση παρόµοιων κριτηρίων για περιπτώσεις µε σύνθετη γεωλογία και γεωµετρία είναι εξαιρετικά

44 ιαχείριση και Ποιότητα Υπογείων Νερών Σχήµα 5: ισδιάστατη ροή σε κατακόρυφη τοµή µέσω ενός κρατήρα εκροής γλυκού νερού στον πυθµένα της θάλασσας δύσκολη. Κατά συνέπεια, σε πρακτικές εφαρµογές είναι δύσκολο από τα αποτελέσµατα των µετρήσεων στον πυθµένα της θάλασσας να προσδιορισθεί η τιµή της ειδικής παροχής της υποθαλάσσιας εκροής, η οποία προέρχεται από το υπόγειο γλυκό νερό. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων των διαφόρων µεθόδου προσδιορισµού της υποθαλάσσιας εκροής προκύπτει ότι ο προσδιορισµός από µετρήσεις στον πυθµένα της θάλασσας προσκρούει σε τεχνικές δυσκολίες διεξαγωγής των µετρήσεων καθώς και σε δυσκολίες ερµηνείας των αποτελεσµάτων. Ο προσδιορισµός µε αριθµητικά µοντέλα στα οποία λαµβάνονται υπόψη διαφορές πυκνότητας, απαιτούν δεδοµένα τα οποία δύσκολα µπορούν να συλλεχθούν και επιπλέον προσκρούει πολλές φορές σε δυσεπίλυτα αριθµητικά προβλήµατα. Έτσι, αριθµητικά µοντέλα για το τµήµα του παράκτιου υδροφορέα το οποίο δεν περιλαµβάνει την περιοχή διείσδυσης του θαλασσινού νερού και στα οποία κατά συνέπεια δεν χρειάζεται να ληφθούν υπόψη διαφορές πυκνότητας, αποτελούν την πιο αποτελεσµατική µέθοδο υπολογισµού της υποθαλάσσιας εκροής. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Bear, J., A.H.-D. Cheng, S. Sorek, D. Ouazar and I. Herrera (Eds.) (1999). Seawater Intrusion in Coastal Aquifers - Concepts, Methods and Practices, Kluwer Academic Publishers. 2. Hovland, M., J.V. Gardner and A.G. Judd, (2002). The significance of pockmarks to understanding fluid flow processes and geohazards, Geofluids, 2, 127-136. 3. Church, T.M., (1996). An underground route for the water cycle. Nature, 380, 579-580. 4. Gallagher, D.L., Dietrich, A.M., Reay, W.G., Hayes, M.C., Simmons Jr., G.M., 1996. Ground water discharge of agricultural pesticides and nutrients to estuarine surface water. Ground Water Monitoring and Remediation 16(1), 118-129. 4. Sauter, E., (2001). Submarine Groundwater Fluxes and transport Processes from Methane-rich Sedimentary Environments, (Project Sub-G.A.T.E.), Executive Final Summary Report, Contract ENV4-CT97-0631, Environment and Climate Program, European Commission. 6. Taniguchi, M., W.C. Burnett, J.E. Cable and J.V. Turner, (2002). Investigation of submarine groundwater discharge, Hydrol. Process., 16, 2115-2129. 7. Linke, P., Suess, E., (2001). Continuous monitoring of fluid flow at vent sites. Sub-G.A.T.E. final report, ENV-CT97-0631, European Commission. 8. McDonald, M.C., Harbaugh, A.W., (1988). MODFLOW, a modular three-dimensional finite differences ground water flow model, US Geological Survey, Open-file Report 83-875. 9. Reeves, M., Ward, D.S., Johns, N.D., Cranwell, R.M., (1986). Theory and implementation of SWIFT II, the Sandia wasteisolation flow and transport model for fractured media. Rep. SAND83-1159, Sandia Natl. Lab., Albuquerque, N.M. 10. Kaleris V., G. Lagas, S. Marczinek, J.A. Piotrowski, (2002). Modelling submarine groundwater discharge: an example from the western Baltic Sea, J. Hydrology, 265, 76-99. 11. Marczinek, S., (2001). Zur Hydrogeologie and Palaeohydrogeologie zum Zeitpunkt des Weichselhochglazials im Einzugsgegiet der Eckernfoerde Bucht. PhD Thesis, Institut fuer Geowissenschaften, Universitaet Kiel, Germany. 12. Holzbecher, E. (1998). Modeling density-driven flow in porous media, Springer, Berlin, Heidelberg. 13. Kaleris, V. (2004). Submarine groundwater discharge: typical flow configurations and parameters of influence, (in preparation). Β. Καλέρης, Καθηγητής, Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, 26500 Ρίο, Τηλ. 2610 997679, E-mail: kaleris@upatras.gr