ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΠΟΓΕΙΑΣ ΡΟΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ Υ ΡΟΦΟΡΕΑ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΠΟΓΕΙΑΣ ΡΟΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ Υ ΡΟΦΟΡΕΑ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΗΡΑΚΛΕΙΟΥ ΚΡΗΤΗΣ Μαρία Π. Παπαδοπούλου, Γεώργιος Π. Καρατζάς και Ιωάννης Τριχάκης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης Πολυτεχνειούπολη 73100, Χανιά KEYWORDS: Υπόγεια ύδατα, προσοµοίωση, υφαλµύρωση ΠΕΡΙΛΗΨΗ Tο φαινόµενο της υφαλµύρωσης αποτελεί ίσως τον µεγαλύτερο κίνδυνο ρύπανσης των υπόγειων υδροφόρων στρωµάτων στην Ελλάδα. Η συνήθης τακτική αντιµετώπισης της ανεπάρκειας αυτής είναι η ανεξέλεγκτη άντληση φρέσκου νερού από υπόγειες υδροφόρες ζώνες φρέσκου ύδατος. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στον παράκτιο υδροφορέα της βιοµηχανικής περιοχής (ΒΙΠΕ) Ηρακλείου Κρήτης. Σκοπός της είναι η ανάπτυξη ενός µοντέλου υπόγειας ροής που προσοµοιώνει το φυσικό σύστηµα του παράκτιου υδροφορέα και ο προσδιορισµός της ζώνης υφαλµύρωσης GROUNDWATER SIMULATION MODEL OF A COASTAL AQUIFER IN THE INDUSTRIAL ZONE OF HERAKLIO CRETE Maria P. Papadopoulou, George P. Karatzas and Ioannis Trichakis Department of Environmental Engineering, Technical University of Crete Polytechnoupolis 73100, Chania ABSTRACT Seawater intrusion phenomenon has great impact in the economy and the tourist development of coastal zone in Greece due to the contamination of groundwater as a result of continuing irrigation. In this paper, a numerical simulation model has been developed to describe the groundwater flow and the movement of seawater front in the coastal industrial-zone aquifer of Heraklio in Crete. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 1

1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ 1.1 Υδρογεωλογία Γεωµορφολογία υπό µελέτη περιοχής Η περιοχή µελέτης βρίσκεται στην ευρύτερη περιοχή ανατολικά της πόλης του Ηρακλείου. Περιλαµβάνει τη βιοµηχανική περιοχή (ΒΙΠΕ) και τις ανατολικές συνοικίες της πόλης ενώ εκτείνεται στα νότια µέχρι τις συνοικίες Άνω Φορτέτσα Νέα Αλάτσατα Καλλιθέα Πρασάς. Ανατολικά φτάνει µέχρι τον Καρτερό ποταµό και κοντά στην ακτή το όριο µεταφέρεται λίγο πιο ανατολικά περιλαµβάνοντας και τον οικισµό του Καρτερού (Σχήµα 1). Γ 453 Γ 454 Γ 431 Γ 434 Σχήµα 1: Τοπογραφικός χάρτης της περιοχής µε σηµειωµένη την περιοχή µελέτης Στη λεκάνη του Ηρακλείου επικρατούν νεογενείς αποθέσεις (κυρίως µάργες, άργιλοι και µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι). Νότια του ήµου Νέας Αλικαρνασσού στην περιοχή µελέτης εµφανίζονται επίσης και ανθρακικοί σχηµατισµοί του προνεογενούς. Οι γεωλογικοί σχηµατισµοί µε υδρογεωλογικό ενδιαφέρον είναι κυρίως οι µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι οι οποίοι λόγω του καρστικών χαρακτηριστικών τους θεωρούνται υδροπερατοί. Αυτοί µόνο θεωρείται ότι µπορούν να έχουν υδροφορία µιας και οι λοιποί γεωλογικοί σχηµατισµοί (µάργες και άργιλοι) είναι αδιαπέρατοι λόγω της σύστασης και της κοκκοµετρίας τους και δεν επιτρέπουν στο νερό της βροχής να κατεισδύει σε βάθος. Υδροφορείς βρίσκονται στις περιοχές που επικρατούν γύψοι και µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι ενώ σε περιοχές µε φυλλώδεις µάργες οι γεωτρήσεις έδειξαν µόνο πολύ µικρές παροχές. Τα εδάφη στην περιοχή µελέτης είναι στο µεγαλύτερο τµήµα τους αποτέλεσµα δράσης των διεργασιών διάβρωσης. Το µητρικό πέτρωµα των εδαφών είναι κυρίως ο ασβεστόλιθος που είναι και το κυρίαρχο πέτρωµα στην περιοχή. Στη περιοχή εκτός από τις µικρής έκτασης πεδινές περιοχές, υπάρχουν ακόµα ορεινές και λοφώδεις κυρίως δασικές περιοχές, παραθαλάσσιες αµµώδεις και βραχώδεις περιοχές. Η περιοχή έχει έντονο ανάγλυφο το οποίο είναι πλούσιο σε χώνους που οφείλονται στην ασβεστολιθική σύσταση των πετρωµάτων και την τεκτονική τους. Το πεδινό έδαφος χαρακτηρίζεται από καλλιέργεια ελιάς και από µικρές άγονες ή χέρσες εκτάσεις και µικρή περιοχή γης υψηλής παραγωγικότητας (π.χ. θερµοκήπια). Οι ορεινές και λοφώδεις περιοχές αποτελούµενες από ηµι-βραχώδη ή ασβεστολιθικά εδάφη χαρακτηρίζονται ως γυµνές εκτάσεις σε συνθήκες έντονης υποβάθµισης [1]. 2. ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η προσοµοίωση του φυσικού συστήµατος της περιοχής ενδιαφέροντος γίνεται µε τη δηµιουργία ενός µαθηµατικού µοντέλου προσοµοίωσης το οποίο βασίζεται στον αλγόριθµο PTC [2]. Η ανάπτυξη του µοντέλου προϋποθέτει την εισαγωγή στοιχείων που περιγράφουν την γεωλογία, την υδρογεωλογία, τις συνοριακές και αρχικές συνθήκες που ισχύουν στην περιοχή. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 2

Το µοντέλο υπολογίζει το υδραυλικό ύψος, την ταχύτητα του υπόγειου νερού στη x και την y κατεύθυνση καθώς και τη συγκέντρωση διαλυµένης ουσίας στο υπόγειο νερό. Θεωρήθηκε ότι το βάθος του υδροφορέα κατά µήκος της ακτογραµµής είναι 100m. Στον Πίνακα 1 αναφέρονται τα πετρώµατα της περιοχής µελέτης και οι τυπικές τιµές υδραυλικής αγωγιµότητας αυτών όπως βρέθηκαν στη βιβλιογραφία. Στο οµοίωµα της περιοχής που δηµιουργήθηκε, προστέθηκαν στοιχεία βροχόπτωσης, οι αρχικές και οι οριακές συνθήκες και το µοντέλο προσοµοίωσε την κίνηση του νερού µέσα στους υπόγειους υδροφορείς παρέχοντας στοιχεία για το υδραυλικό ύψος και την ταχύτητα του νερού. ΕΙ ΟΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ Υ ΡΑΥΛΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Άµµος 430m/d Χαλαρά Αργιλοαµµώδη 260m/d Ασβεστόλιθοι ολοµίτες 8,64m/d Βιοκλαστικοί Λατυποπαγείς Ασβεστόλιθοι 5,2m/d Μάργες Mαργαϊκοί Ασβεστόλιθοι 0,15m/d ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Τυπικές τιµές υδραυλικής αγωγιµότητας πετρωµάτων ([3], [4]) 2.1 Βαθµονόµηση του µοντέλου Η βαθµονόµηση του µοντέλου είναι γενικότερα µια πολύπλοκη διαδικασία η οποία στην προκειµένη περίπτωση γίνεται ακόµα πιο πολύπλοκη λόγω των περιορισµένων στοιχείων σχετικά µε τη γεωλογία και την έκταση της ζώνης υφαλµύρωσης. Τα περιορισµένα δεδοµένα αναφέρουν ότι τα πηγάδια Γ453 και Γ454 στη ΒΙΠΕ βρίσκονταν µέσα στη ζώνη υφαλµύρωσης η οποία εκτείνεται έως µέχρι το µέσο της απόστασης από τα πηγάδια Γ431 και Γ434 [5]. Με κατάλληλες οριακές συνθήκες έγινε προσπάθεια βαθµονόµησης του µοντέλου ώστε το όριο της ζώνης να βρίσκεται στην επιθυµητή θέση. Οι οριακές συνθήκες που επιλέχθηκαν είναι 1 ου και 2 ου είδους. Το επίπεδο αναφοράς ορίστηκε 100m κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Η οριακή συνθήκη που εφαρµόστηκε κατά µήκος της παραλιακής ζώνης ήταν 1 ο είδους µε υδραυλικό ύψος µε 100m. Οριακή συνθήκη δευτέρου είδους εφαρµόστηκε στα σηµεία που υπάρχουν διαπερατά πετρώµατα στα όρια της περιοχής µελέτης. Από τα σηµεία αυτά γίνεται η παραδοχή ότι εισρέει στην περιοχή σταθερός όγκος νερού ανά µονάδα χρόνου. Με βάση τα δεδοµένα πεδίου, το έτος χωρίστηκε σε δύο διαχειριστικές περιόδους και η άντληση την θερινή περίοδο θεωρήθηκε µειωµένη κατά 10~50 % σε σχέση µε εκείνη της χειµερινής. Τα πηγάδια στην περιοχή µελέτης αντλούν για βιοµηχανική χρήση των οποίων η άντληση δεν διακόπτονται κατά τη χειµερινή περίοδο απλά θεωρήθηκε ότι µια µείωση της τάξεως του 20% αντιπροσωπεύει την πραγµατική κατάσταση. Το µοντέλο λαµβάνει επίσης υπόψη τη διήθηση νερού προς τον υπόγειο υδροφορέα λόγω βροχόπτωσης. Σύµφωνα µε στοιχεία από την υδρογεωλογική µελέτη του βόρειου νοµού Ηρακλείου [5] το ποσοστό του όγκου της βροχόπτωσης που διηθείται είναι το 11% σε αδιαπέρατους σχηµατισµούς και το 23% σε υδροπερατούς. Στην περιοχή µελέτης έκτασης 22.306.600m 2 οι υδροπερατοί σχηµατισµοί αποτελούν το 49,9% (11.128.700m 2 ) και οι αδιαπέρατοι το 50,1% (11.177.900m 2 ). Αν από τους υδροπερατούς σχηµατισµούς αφαιρεθεί ανοικοδοµηµένο τµήµα όπου η διήθηση είναι πολύ µικρή η υπόλοιπη έκταση είναι 27,1% (654.100m 2 ). Ο µέσος όρος βροχόπτωση όπως καταγράφεται από 4 βροχόµετρα στην περιοχή µελέτης υπολογίστηκε σε 553,6mm/y [5]. Επίσης, η θερινή περίοδος θεωρείται κατά βάση Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 3

ξηρή, οπότε γίνεται η παραδοχή ότι η βροχόπτωση αυτή συµβαίνει κατά τη χειµερινή περίοδο. Η συνολική διήθηση υπολογίστηκε σε 59,8mm/y. Υδροπερατοί σχηµατισµοί: 27,1% 23% 553,6 mm/y = 29,3 mm/y Αδιαπέρατοι σχηµατισµοί: 47,9% 11% 553,6 mm/y = 30,5 mm/y 3. ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Σύµφωνα µε τον περιορισµένο αριθµό µετρήσεων στο πεδίο, η υπάρχουσα κατάσταση είναι αρκετά δυσµενής και κρίνεται απαραίτητη η λήψη µέτρων για τον περιορισµό της περαιτέρω υποβάθµισης του υδροφορέα. Η τεχνική που θεωρήθηκε ως πιο κατάλληλη είναι εκείνη της αναπλήρωσης του υδροφορέα µε φυσικά επιφανειακά νερά ή µε επεξεργασµένα απόβλητα. Για το σκοπό αυτό προτείνεται η διάνοιξη φρεάτων παράλληλα στην ακτή που θα αναπληρώνουν το υπόγειο νερό και θα δηµιουργούν ένα αυξηµένο υδραυλικό ύψος προς την ακτή το οποίο θα λειτουργεί ως φράγµα για το µέτωπο της υφαλµύρωσης. Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 2 το πηγάδι εµπλουτισµού αυξάνει το υδραυλικό ύψος και σπρώχνει το µέτωπο της υφαλµύρωσης προς τη θάλασσα αν και τα πηγάδια που βρίσκονται στην ενδοχώρα έχουν προκαλέσει πτώση στάθµης του υδροφόρου ορίζοντα κάτω από τη στάθµη ηρεµίας της θάλασσας (ΣΗΘ). Το νερό που µπορεί να χρησιµοποιηθεί είναι είτε όµβριο είτε επαναχρησιµοποιούµενο από µονάδες επεξεργασίας λυµάτων. Τα δύο πηγάδια που βρίσκονται βορειότερα (Γ453, Γ454) είναι τα πηγάδια της βιοµηχανικής περιοχής, τα οποία και αντιµετωπίζουν πρόβληµα της υφαλµύρωσης. Οι µεγάλες διαφορές στις τιµές της υδραυλικής αγωγιµότητας επηρεάζουν και το αποτέλεσµα της προσοµοίωσης δηµιουργώντας το µη γραµµικό προφίλ του µετώπου της υφαλµύρωσης. Σχήµα 2: Τεχνική καταπολέµησης της υφαλµύρωσης µε πηγάδι εµπλουτισµού (www.solinst.com/images) Τα πετρώµατα που εµφανίζονται στην περιοχή µελέτης (Σχήµα 3) είναι κυρίως µάργες και ασβεστόλιθοι ενώ υπάρχουν σε µικρότερο βαθµό αργιλοαµµώδη πετρώµατα. Μάργες και µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι κυριαρχούν στα νότια της περιοχής. Στα κεντρικά και βόρεια κυριαρχούν βιοκλαστικοί λατυποπαγείς ασβεστόλιθοι ενώ στα κεντρικά και σε κάποια σηµεία κοντά στην ακτή υπάρχουν ασβεστόλιθοι και δολοµίτες. Στις παράκτιες περιοχές εµφανίζονται περιοχές µε άµµο και χαλαρά αργιλοαµµώδη. Στο χάρτη αυτό επίσης διακρίνονται και οι οριακές συνθήκες του µοντέλου. Στη βόρεια πλευρά φαίνεται η οριακή συνθήκη πρώτου είδους (σταθερό υδραυλικό ύψος). Στη νότια και νοτιοανατολική πλευρά υπάρχουν τρεις περιοχές από τις οποίες αναµένεται να υπάρχει εισροή νερού οι συνθήκες αυτές θεωρήθηκαν δευτέρου είδους (σταθερή παροχή). Από τη βαθµονόµηση του µοντέλου προέκυψαν οι τιµές των παροχών για χειµώνα και καλοκαίρι. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 4

Σχήµα 3. Γεωλογικός χάρτης της περιοχής µε σηµειωµένη την περιοχή µελέτης 3.1 Αρχική Κατάσταση Προσοµοίωση της Υπόγειας Ροής Η βαθµονόµηση του µοντέλου έγινε µε τη χρήση του µοντέλου PTC το οποίο δεν λαµβάνει υπόψη τη διαφορετική πυκνότητα µεταξύ φρέσκου (1gr/lt) και αλµυρού (1,025gr/lt) νερού. Ο προσδιορισµός της υφάλµυρης ζώνης στην περιοχή µελέτης γίνεται υδραυλικά οπότε ως υφάλµυρες θεωρούνται οι περιοχές των οποίων το υδραυλικό ύψος είναι λιγότερο από 102,5m. Στο σχήµα 4 παρουσιάζεται η κατάσταση του συστήµατος στο τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου. Σχήµα 4. Υδραυλικό ύψος (m). Προσοµοίωση κατάστασης φυσικού συστήµατος µετά το τέλος της χειµερινής και θερινής περιόδου σήµερα Όπως φαίνεται στο σχήµα 4 το µέτωπο της υφαλµύρωσης βρίσκεται στην ενδοχώρα και τα πηγάδια της ΒΙΠΕ βρίσκονται ήδη µέσα στη ζώνη υφάλµυρου νερού. Το υδραυλικό ύψος του υδροφορέα είναι σχετικά χαµηλό όπως αναµένεται σε µια περιοχή µε µικρή βροχόπτωση. Η ίδια περίπου κατάσταση παρατηρείται και το χειµώνα µε ελαφρά υψηλότερα υδραυλικά ύψη λόγω της βροχόπτωσης και των υψηλότερων εισροών που αναµένονται. Η βαθµονόµηση έγινε µε βάση παρατηρήσεις που έδειξαν ότι καθ όλη τη διάρκεια του έτους τα πηγάδια της ΒΙΠΕ βρίσκονται εντός της ζώνης υφαλµύρωσης, ακόµα και στο τέλος της χειµερινής περιόδου το µέτωπο βρίσκεται προς την ενδοχώρα σε σχέση µε τα πηγάδια αυτά. Τα υδραυλικά ύψη που προέκυψαν από την προσοµοίωση χρησιµοποιήθηκαν ως αρχικές συνθήκες για τα σενάρια µελλοντικών προβλέψεων που παρουσιάζονται στη συνέχεια. Όλα τα προτεινόµενα σενάρια επιχειρούν να επιτύχουν υδραυλική αναχαίτιση της υφαλµύρωσης. 3.2 Σενάρια προβλέψεων Σενάριο 1: Στο σενάριο αυτό προτείνεται η εισαγωγή δύο φρεάτων στη βιοµηχανική περιοχή εκατέρωθεν των πηγαδιών άντλησης που ήδη υπάρχουν και προς την πλευρά της θάλασσας. Η προτεινόµενη παροχή των πηγαδιών είναι 40m 3 /h. Η προσοµοίωση γίνεται για τρία χρόνια και τα αποτελέσµατα του µοντέλου για το σενάριο αυτό στο τέλος της τρίτης χειµερινής και Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 5

θερινής περιόδου εµφανίζονται στο Σχήµα 5. Στο τέλος της χειµερινής περιόδου το µέτωπο της υφαλµύρωσης έχει µετατοπιστεί προς την ακτή και τα πηγάδια της βιοµηχανικής περιοχής βρίσκονται σε περιοχή εκτός της ζώνης υφαλµύρωσης. Αντίθετα, µετά το τέλος της θερινής περιόδου συνεχίζει να εµφανίζεται το πρόβληµα της υφαλµύρωσης και µέσα στη βιοµηχανική περιοχή. Το σενάριο αυτό κρίνεται ανεπαρκές αφού κατά τη διάρκεια του έτους δεν επιτυγχάνεται η πλήρης αποµάκρυνση της υφάλµυρης ζώνης από την ακτίνα επιρροής των πηγαδιών της βιοµηχανικής ζώνης. Σχήµα 5: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το πρώτο σενάριο Σενάριο 2: Για να βελτιωθεί περισσότερο η κατάσταση εξετάζεται διπλασιασµός της παροχής των πηγαδιών στα 80m 3 /h µε στόχο την περαιτέρω αποµάκρυνση του µετώπου της υφαλµύρωσης από τη βιοµηχανική περιοχή προς την ακτή. Τα αποτελέσµατα του σεναρίου αυτού είναι αρκετά βελτιωµένα σε σχέση µε εκείνα του σεναρίου 1 αλλά ακόµα παρουσιάζεται µεγάλη µεταβολή κατά τη διάρκεια του έτους. Μετά το τέλος της θερινής περιόδου, το υδραυλικό ύψος των πηγαδιών της ΒΙΠΕ είναι µικρότερο από 102,5m αλλά το φράγµα που σχηµατίζουν τα πηγάδια εµπλουτισµού βορειότερα, συγκρατεί το µέτωπο της υφαλµύρωσης µακριά από τη ζώνη επιρροής των πηγαδιών άντλησης. Με την υφαλµύρωση του υδροφορέα ως δεδοµένη είναι ένα σενάριο αρκετά ικανοποιητικό αφού αποµακρύνει το πρόβληµα από τα πηγάδια άντλησης χωρίς πολύ µεγάλη απαίτηση σε όγκο νερού όµως το µέτωπο της υφαλµύρωσης παρουσιάζεται αρκετά χιλιόµετρα (µέχρι και 2,5km) από την ακτή (Σχήµα 6). Σχήµα 6. Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το δεύτερο σενάριο Σενάριο 3: Με στόχο τη βελτίωση του υδροφορέα εξετάζεται το ενδεχόµενο τα δύο πηγάδια των προηγούµενων σεναρίων να εµπλουτίζουν τον υδροφορέα µε 200m 3 /h το καθένα. Φυσικά η απαίτηση σε νερό είναι υπερδιπλάσια από την προβλεπόµενη όµως όπως είναι αναµενόµενο µετά την τριετή προσοµοίωση η κατάσταση του υδροφορέα βελτιώνεται αισθητά. Καθ όλη τη Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 6

διάρκεια του έτους η ζώνη υφάλµυρου νερού έχει µετατοπισθεί προς την ακτή µε εξαίρεση τις περιοχές στα άκρα της περιοχής µελέτης οι οποίες είναι εξαιρετικά υδροπερατές. Ειδικότερα το δυτικό τµήµα της περιοχής µελέτης παρουσιάζει σηµαντική µεταβολή κατά τη διάρκεια του έτους µε το καλοκαίρι µε αποτέλεσµα η υφάλµυρη ζώνη να εισχωρεί περίπου 500m προς την ενδοχώρα (Σχήµα 7). Παρά τη µεγάλη βελτίωση της περιβαλλοντικής κατάστασης στο µεγαλύτερο µέρος της περιοχής µελέτης, οι τεράστιες απαιτήσεις σε όγκους νερού για τον εµπλουτισµό καθιστούν το σενάριο ασύµφορο. Σχήµα 7: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το τρίτο σενάριο Σενάριο 4: Για τη βελτίωση της κατάστασης του δυτικού τµήµατος της περιοχής µελέτης εξετάζεται η διάνοιξη άλλων δύο πηγαδιών στο τµήµα αυτό. Συνολικά λοιπόν θα υπάρχουν τέσσερα πηγάδια τα οποία αρχικά θεωρείται ότι εµπλουτίζουν τον υδροφορέα µε 40m 3 /h έκαστο. Τα αποτελέσµατα δείχνουν µια πλήρη αντιστοιχία µε το πρώτο σενάριο (Σχήµα 8). Το δυτικότερο πηγάδι βρίσκεται σε χαµηλής διαπερατότητας έδαφος και αυξάνει αρκετά το υδραυλικό ύψος στην περιοχή κοντά σε αυτό ενώ ανατολικότερα λόγω της ύπαρξης πέτρωµατος υψηλής διαπερατότητας το υδραυλικό ύψος πέφτει κατακόρυφα. Το δεύτερο από τα δυτικά πηγάδι το οποίο βρίσκεται σε πιο υδροδιαπερατό περιβάλλον δε φαίνεται να επηρεάζει το φαινόµενο. Με δεδοµένο ότι η κατάσταση του υδροφορέα σε αυτή την περίπτωση δεν είναι η επιθυµητή, το σενάριο αυτό µπορεί µε ασφάλεια να απορριφθεί. Σχήµα 8: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το τέταρτο σενάριο Σενάριο 5: Στο σενάριο 5 εξετάζεται η περίπτωση διπλασιασµού της παροχής των πηγαδιών εµπλουτισµού στα 80m 3 /h. Το µόνο πηγάδι του οποίου η παροχή παραµένει αµετάβλητη είναι το πρώτο από τα δυτικά πηγάδι το οποίο σε κάθε περίπτωση αυξάνει κατά πολύ το υδραυλικό ύψος τοπικά χωρίς να επιτυγχάνει τη βελτίωση της κατάστασης στην ευρύτερη περιοχή. Η κατάσταση εµφανίζεται σαφώς βελτιωµένη συγκριτικά µε το τέταρτο όσο και µε το δεύτερο σενάριο. Το µόνο προβληµατικό σηµείο στα αποτελέσµατα του σεναρίου αυτού είναι η ταπείνωση του υδροφόρου ορίζοντα κάτω από τα 102,5m στην περιοχή της ΒΙΠΕ όµως η Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 7

ύπαρξη του φράγµατος γλυκού νερού δεν επιτρέπει την εισχώρηση του υφάλµυρου µετώπου στην ενδοχώρα (Σχήµα 9). Το σενάριο µπορεί να χαρακτηριστεί ως µία εφικτή λύση. Σχήµα 9: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το πέµπτο σενάριο Σενάριο 6: Το σενάριο αυτό εξετάζει τη συµπεριφορά του συστήµατος σε περίπτωση εµπλουτισµού του υδροφορέα από τέσσερα πηγάδια µε παροχή 200m 3 /h το καθένα, εκτός από το πρώτο από τα δυτικά πηγάδι το οποίο εµπλουτίζει µε 40m 3 /h. Μετά το τέλος της χειµερινής περιόδου το µέτωπο της υφαλµύρωσης βρίσκεται σε κοντινή απόσταση από την ακτή συγκριτικά µε από οποιοδήποτε άλλο σενάριο. Μόνη εξαίρεση είναι οι περιοχές υψηλής διαπερατότητας τόσο στο ανατολικό όσο και στο δυτικό τµήµα της περιοχής στις οποίες δεν επιτυγχάνεται η αύξηση της τιµής του υδραυλικού ύψους παρά τον εµπλουτισµό. Με το τέλος της θερινής περιόδου, οπότε και το υδραυλικό ύψος βρίσκεται στο ελάχιστο ετήσιο, τα αποτελέσµατα δε διαφέρουν δραµατικά. Τα υδραυλικά ύψη προς την ενδοχώρα παρουσιάζονται µειωµένα ενώ υπάρχει µια εµφανής διαφορά στο δυτικό κοµµάτι της περιοχής όπου το µέτωπο εισχωρεί βαθύτερα από ότι µε το τέλος της χειµερινής περιόδου. (Σχήµα 10) Σχήµα 10: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το έκτο σενάριο Σενάρια 7-8-9: Τα σενάρια 7,8 και 9 εξετάζουν την περίπτωση διάνοιξης έξι πηγαδιών σε µια σειρά σχεδόν παράλληλα προς την ακτή. Με αυτό τον τρόπο επιδιώκεται οµαλοποίηση της κατάστασης σε όλη την περιοχή και όχι µόνο στο τµήµα κοντά στα πηγάδια άντλησης της ΒΙΠΕ. Στο έβδοµο σενάριο εξετάζεται η περίπτωση κάθε πηγάδι να εµπλουτίζει µε 40m 3 /h. Στο όγδοο σενάριο διπλασιάζεται η παροχή κάθε πηγαδιού σε 80m 3 /h, εκτός από το δεύτερο από τα δυτικά πηγάδι στο οποίο η παροχή παραµένει 40m 3 /h ενώ στο ένατο η παροχή για τα πέντε πηγάδια αυξάνεται σε 200m 3 /h. Στην περίπτωση του σεναρίου 7 τα αποτελέσµατα για τριετή προσοµοίωση ειδικά µετά το τέλος της θερινής περιόδου δεν είναι καθόλου ικανοποιητικά. Στο τέλος της χειµερινής Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 8

περιόδου το µέτωπο έχει απωθηθεί σχεδόν οµοιόµορφα προς την ακτή, ενώ στο τέλος της θερινής περιόδου τα πηγάδια άντλησης είναι µέσα στη ζώνη υφαλµύρωσης και το µέτωπο έχει προχωρήσει προς την ενδοχώρα. Αυξηµένες παρουσιάζονται σε αυτό το σενάριο, τέλος, και οι ταχύτητες του νερού ειδικά στις περιοχές υψηλής διαπερατότητας σε σχέση τόσο µε το πρώτο όσο και µε το τέταρτο σενάριο µε τα οποία παρουσιάζει µια αντιστοιχία. Ανεξάρτητα από το πόσο οικονοµικό είναι αυτό το σενάριο, δεν είναι αποδεκτό αφού δε λύνει το πρόβληµα της περιοχής το οποίο κατά τη θερινή περίοδο ειδικά είναι πολύ έντονο. Σύµφωνα µε το όγδοο σενάριο στο τέλος της χειµερινής περιόδου το µέτωπο εµφανίζεται µετατοπισµένο προς την ακτή εκτός από τα δύο τµήµατα ανατολικά και δυτικά της ΒΙΠΕ όπου υπάρχουν υψηλής διαπερατότητας πετρώµατα. Μετά το τέλος της θερινής περιόδου το µέτωπο δεν είναι τόσο µετατοπισµένο και τα πηγάδια άντλησης προκαλούν και πάλι ταπείνωση του υδροφόρου ορίζοντα κάτω από τα 102,5m. Χαρακτηρίζεται ως καλό σενάριο µε εξαίρεση την απαίτηση του σε ποσότητες γλυκού νερού. (Σχήµα 11) Σχήµα 11: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το όγδοο σενάριο Η ολική απαίτηση νερού προς εµπλουτισµό για το ένατο σενάριο φτάνει τα 1.040m 3 /h (~24.960m 3 /d) παροχή συγκρίσιµη µε εκείνη που επεξεργάζεται ο βιολογικός καθαρισµός της πόλης του Ηρακλείου (32.000m 3 /d περίπου). Το σενάριο αυτό επιτυγχάνει τα καλύτερα αποτελέσµατα τόσο µετά το τέλος της θερινής όσο και µετά τέλος της χειµερινής περιόδου. Στο τέλος της χειµερινής περιόδου το µέτωπο έχει υποχωρήσει προς την ακτή και βρίσκεται σε απόσταση περίπου ενός χιλιοµέτρου από αυτή µε εξαίρεση τις δύο περιοχές µε πετρώµατα υψηλής υδραυλικής αγωγιµότητας όπου το µέτωπο είναι µάλλον αδύνατο να απωθηθεί (Σχήµα 12). Σχήµα 12: Υδραυλικό ύψος (m). Πρόβλεψη µελλοντικής κατάστασης µετά το τέλος της χειµερινής και της θερινής περιόδου για το ένατο σενάριο Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 9

5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Το φαινόµενο της υφαλµύρωσης υπόγειων υδροφορέων έχει πολύ µεγάλη σηµασία και σοβαρές επιπτώσεις σε περιοχές µε µικρά επιφανειακά αποθέµατα γλυκού νερού. Η αναστροφή του φαινοµένου είναι επίπονη και χρονοβόρα ενώ ακόµα και εάν το µέτωπο απωθηθεί πρέπει να εκροφηθεί το προσροφηµένο στο έδαφος άλας για να επιτευχθεί η επιδιωκόµενη ποιότητα υπόγειου νερού. Στις περιοχές όπου το υπόγειο νερό είναι η µοναδική πηγή φρέσκου νερού η υποβάθµιση της ποιότητάς του έχει ως συνέπεια το µεγάλο οικονοµικό κόστος µεταφοράς γλυκού νερού από άλλη περιοχή. Η ρεαλιστική προσοµοίωση υδροφόρων στρωµάτων µε ιδιόµορφη υδρογεωλογία απαιτεί πληθώρα γεωλογικών δεδοµένων καθώς και συνεχή παρακολούθηση του υδροφόρου ορίζοντα ώστε να είναι δυνατή η επιτυχής βαθµονόµηση του µοντέλου προσοµοίωσης. Από τα σενάρια που εξετάστηκαν, καλύτερα αποτελέσµατα έδωσαν το 6ο και το 9ο τα οποία όµως έχουν και αυξηµένες απαιτήσεις νερού. Αρκετά καλές επιλογές αποτελούν το 5ο και το 8o σενάριο αφού είναι σε θέση να αναχαιτίσουν το µέτωπο της υφαλµύρωσης. Τέλος το 1ο, 4ο και 7ο σενάρια κρίνονται ανεπαρκή ενώ το δεύτερο και το τρίτο σενάριο λύνουν το πρόβληµα µόνο τοπικά και δεν είναι προτεινόµενα εκτός και αν συντρέχουν οικονοµικοί λόγοι. Πρακτικά αδύνατη φάνηκε να είναι η αναχαίτιση του µετώπου της υφαλµύρωσης σε πολύ υδροπερατά εδάφη όπως οι άµµοι και τα αργιλοαµµώδη. Σε κάθε περίπτωση, πριν την επιλογή κάποιου σεναρίου, κρίνεται απαραίτητη η εκπόνηση ενός γενικού σχεδίου το οποίο θα προβλέπει τις περιοχές που αντιµετωπίζουν πρόβληµα υφαλµύρωσης και θα προτείνει λύσεις για το σύνολο της παράκτιας ζώνης. Είναι σκόπιµη η µελέτη εναλλακτικών τρόπων κάλυψης των υδρευτικών και αρδευτικών αναγκών ώστε να αποφευχθεί ως έσχατη λύση η άντληση µε παράλληλο εµπλουτισµό του υπόγειου υδροφορέα. Ένα σενάριο που θα προέβλεπε τη χρήση του τελικού προϊόντος των µονάδων επεξεργασίας λυµάτων για τον εµπλουτισµό των υπόγειων υδροφορέων θα ήταν µια ενδιαφέρουσα πρόταση αφού θα έδινε λύση τόσο στο πρόβληµα της υφαλµύρωσης όσο και στο πρόβληµα διάθεσης των επεξεργασµένων λυµάτων. Η χρήση επεξεργασµένων απόβλητων από τη βιοµηχανία µπορεί να αποδειχθούν πιο οικονοµική λύση από την άντληση ειδικά όταν αυτή γίνεται από µεγάλο βάθος. Μια άλλη εναλλακτική είναι τα οριζόντια πηγάδια τα οποία αξιοποιούν τα λεπτά στρώµατα γλυκού νερού που βρίσκονται πάνω από υφάλµυρους υδροφορείς. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Σολιδάκης Ε. (1994) Ολοκλήρωση µελέτης του Οδικού Τµήµατος Γούρνες - Λ. Χερσονήσου - Όρια Ν. Λασιθίου, Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων: Τµήµα Χερσόνησος - Όρια Ν. Λασιθίου, Βόρειος Οδικός Άξονας Κρήτης (ΒΟΑΚ) 2. Babu D.K., G.F. Pinder, A. Niemi, D.P. Ahlfeld and S.A. Stohoff (1997) Chemical transport by three dimensional groundwater flows, Princeton University 84-WR-3 3. Lerman A. (1979) Geochemical processes in water and sediment environments, Wiley Interscience 4. Shaw E.M. (1988), "Hydrology in practice 2 nd edition, Chapman and Hall 5. Κυλίκη-Πολυχρονάκη Α. (ΙΓΜΕ ΠΑΡ/ΜΑ Κρήτης) (1996), Υδρογεωλογική µελέτη κεντρικής και ανατολικής Κρήτης, ΥΠΕΧΩ Ε /νση εγγειοβελτιωτικών έργων ( 7) τµήµα µελετών ( 7ε) Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου 2005 10