Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν ο ορθολογικός σχεδιασµός δικτύων ποιοτικής παρακολούθησης σε επιφανειακούς υδροφορείς, εξετάζοντας ποιες είναι οι καταλληλότερες θέσεις για την τοποθέτηση των σταθµών, ποια πρέπει να είναι η πυκνότητα του δικτύου, ποιες παράµετροι πρέπει να µετρώνται, µε ποια συχνότητα και ποια όργανα είναι προτιµότερο να χρησιµοποιούνται. Η επιλογή των θέσεων των σταθµών ποιοτικής παρακολούθησης έγινε σε συσχετισµό µε τις θέσεις των µετρητικών σταθµών της ποσότητας (υδροµετρικών σταθµών). Ως βάση για τη µελέτη µας επελέγη το εθνικό δίκτυο παρακολούθησης της ποιότητας των επιφανειακών νερών που έχει δηµιουργηθεί σύµφωνα µε τις απαιτήσεις του EUROWATERNET. Το τελευταίο αποτελεί µια βάση δεδοµένων που έχει οριστεί από την Ε.Ε.Α. (European Environmental Agency), έπειτα από την απαίτηση των κρατών µελών της E.E. για επιλογή εγκατάστασης δειγµατοληπτικών σταθµών σε ορισµένα ποτάµια των χωρών τους, µε στόχο να δηµιουργηθεί βασικό δίκτυο που θα παρέχει µια συνολική εικόνα της ποιότητας των ποταµών σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Μετά το 1980 η Ε.Ε. όρισε πιο αντικειµενικά και κυρίως πιο αντιπροσωπευτικά κριτήρια εγκατάστασης των δειγµατοληπτικών σταθµών (π.χ. υποχρεωτικά σηµεία αναφοράς, ορισµός της λεκάνης απορροής, µέτρηση ρύπανσης), µε στόχο να είναι συγκρίσιµα για όλες τις χώρες της Ε.Ε.. Η συλλογή στοιχείων αναφορικά µε το δίκτυο EUROWATERNET βοήθησε στην κατανόηση του τρόπου επιλογής των θέσεων και του αριθµού των δειγµατοληπτικών σταθµών, της πυκνότητας του δικτύου, της χρονικής συχνότητας λήψεως των δειγµάτων, της επιλογής των µεταβλητών που µετρώνται και των µεθόδων δειγµατοληψίας που χρησιµοποιούνται. Με την ουσιαστική βοήθεια των εργαζοµένων του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. έγινε εφικτή η συγκέντρωση σηµαντικής πληροφορίας σχετικά µε τα ανωτέρω ζητήµατα. υστυχώς, η απόκτηση όλων των απαιτούµενων στοιχείων για µία ολοκληρωµένη προσέγγιση της έννοιας της παρακολούθησης δεν κατέστη δυνατή. Περιοριστικοί παράγοντες ήταν το γεγονός ότι η επιχείρηση δεν κατέγραφε όλα τα δεδοµένα ή η καταγραφή τους ήταν πρόσφατη και όχι πλήρης. Το γεγονός αυτό εµπόδιζε τη χρήση τους ως στοιχεία αναφοράς. Επιπρόσθετα, η ύπαρξη νέου προσωπικού που δεν είχε γνώση των διαδικασιών που είχαν ακολουθηθεί από τους προηγούµενους εργαζόµενους για τον τρόπο επιλογής των σταθµών παρακολούθησης δυσχέραιναν περισσότερο την αδυναµία καταγραφής των απαιτούµενων πληροφοριών. Παρόλα αυτά, επιτεύχθηκε η i
απόκτηση µιας γενικής εικόνας για τα χαρακτηριστικά του υπάρχοντος εθνικού δικτύου. Καθώς η παρακολούθηση της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων της χώρας δεν πραγµατοποιείται µόνο από το Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., έπρεπε να γίνει συλλογή στοιχείων και από το Υπουργείο Γεωργίας. Η συλλογή των ανάλογων στοιχείων από το Υπουργείο Γεωργίας κατέστη αδύνατη. Το προσωπικό φάνηκε να µην είχε πλήρη εικόνα του ζητήµατος και ανέφερε ότι η τοποθέτηση των σταθµών είχε γίνει από το προσωπικό του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Τα στοιχεία που συγκεντρώνονταν στο Υπουργείο Γεωργίας αφορούσαν κυρίως την ποιότητα του νερού που προοριζόταν για άρδευση. Έτσι, τελικά δεν κατέστη εφικτή η απόκτηση των απαιτούµενων πληροφοριών (επιλογή θέσεων παρακολούθησης και δειγµατοληψίας, πυκνότητα δικτύου, παράµετροι που αναλύονται, κ.α.) για την επιδιωκόµενη ανάλυση. Μετά τη συλλογή των στοιχείων αναφορικά µε τα κριτήρια εγκατάστασης των σταθµών ποιοτικής παρακολούθησης, έπρεπε να βρεθεί µία µεθοδολογία µε τη βοήθεια της οποίας να προκύψουν οι κανόνες για τις καταλληλότερες θέσεις εγκατάστασης των συγκεκριµένων σταθµών. Σηµειώνεται ότι οι ήδη υπάρχουσες θέσεις των σταθµών του υδροµετρικού δικτύου βοήθησαν στο σχεδιασµό του δικτύου ποιοτικής παρακολούθησης. Προσεκτική και εκτενής βιβλιογραφική έρευνα περί θεµάτων παρακολούθησης (monitoring) και διάθεσης εκροών βοήθησε στην απόκτηση των κατάλληλων κριτηρίων για την τοποθέτηση των σταθµών ποιοτικής παρακολούθησης και το συνδυασµό τους µε τους υδροµετρικούς σταθµούς. Οι ερευνητικές εργασίες που βοήθησαν σε µεγάλο ποσοστό έτσι ώστε να δηµιουργηθεί το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο για τη συγκεκριµένη εργασία ήταν οι εξής: «Περιβαλλοντική Υδραυλική 1», του Ι. ηµητρίου (1990), «Υγρά Απόβλητα. Φυσικά Συστήµατα Επεξεργασίας και Ανάκτησης, Επαναχρησιµοποίηση και ιάθεση Εκροών» των Α. Αγγελάκη και Γ. Τσοµπάνογλου (1995), «Υδατικοί Πόροι: Ι. Τεχνική Υδρολογία», Γ. Τσακίρης (1995), «Οδηγία Πλαίσιο 2000/60 Εναρµόνιση µε την ελληνική πραγµατικότητα» των Α. Οικονόµου και Ν. Σκουλικίδης (2002) και «Τεχνική Υδρολογία» των Μ. Μιµίκου και Ε. Μπαλτάς (2001), «Water sampling», J.M. Krajca (1989), «Analysis of Surface Waters» H. Hellmann (1987) and «Water Quality Monitoring Network Design» των N. Harmancioglu, O. Fistohoglu, S. Ozkul, V. Singh and M. Alpaslan (1999). ii
Αναφορικά µε την έρευνα που επετεύχθη στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται παρακάτω τα σηµαντικότερα σηµεία. Η διαδικασία της ροής αποβλήτων (γενικότερα ενός δείκτη) που εξέρχονται µέσα σε έναν ποταµό µπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια, τα οποία σε ορισµένες περιπτώσεις δεν είναι πλήρως διακεκριµένα: α) Στο πρώτο στάδιο (κοντινές αποστάσεις) η αρχική ποσότητα κίνησης και οι ανωστικές δυνάµεις (αν υπάρχουν) προσδιορίζουν την ταχύτητα µε την οποία επέρχεται η διάλυση κοντά στο στόµιο εξόδου. Η ποσότητα κίνησης και η δύναµη της άνωσης µειώνονται κατάντη της εξόδου λόγω της διάχυσης. Η όλη διαδικασία της ανάµιξης στηρίζεται κυρίως στο µηχανισµό της συµπαράσυρσης. β) Το δεύτερο στάδιο (ενδιάµεσες αποστάσεις) αρχίζει όταν το απόβλητο καταλάβει πλήρως το βάθος ροής του αγωγού µε ακολουθούσα καλή ανάµιξη και οριζόντια εξάπλωση από την τύρβη αυτού, ενώ πλέον δεν πραγµατοποιείται συµπαράσυρση. Υπάρχει κάποια απόσταση x κατάντι του διαχυτήρα των υγρών αποβλήτων, όπου επέρχεται εγκάρσια ανάµιξη των υδάτων του ποταµού. γ) Στο τρίτο στάδιο (µακρινές αποστάσεις), και αφού πλέον τα απόβλητα έχουν πλήρως αναµιχθεί εγκαρσίως στον ποταµό, υπάρχει κάποια άλλη απόσταση (µήκος) x κατάντι του διαχυτήρα των υγρών αποβλήτων, στην οποία η κατά µήκος διασπορά λόγω τυρβώδους ροής τείνει να απαλείψει κάθε κατά µήκος µεταβολή της συγκέντρωσης (πλήρης ανάµιξη). Η εργασία περιλαµβάνει οχτώ κεφάλαια: Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται η έννοια της ποιότητας των επιφανειακών υδατικών πόρων. Αρχικά, παρατίθεται µια περιγραφή των δραστηριοτήτων του ανθρώπου που µπορεί να προκαλέσουν άµεσες ή έµµεσες µεταβολές της φυσικής ποιότητας του νερού και στη συνέχεια γίνεται ένας διαχωρισµός των πηγών ρύπανσης και του τύπου των αποβλήτων που υπάρχουν. Έπειτα, γίνεται αναφορά στα κριτήρια ποιότητας νερού και στις φυσικοχηµικές και βιολογικές παραµέτρους που καθορίζουν την ποιότητά του. Τέλος, περιγράφεται ο φυσικός αυτοκαθαρισµός των υδατορευµάτων, ο ευτροφισµός των λιµνών και η θερµική στρωµάτωσή τους. Το κεφάλαιο δύο αναφέρεται στις απορροές. Η περιγραφή των υδροµετρικών σταθµών και δικτύων, του τρόπου απόκτησης και επεξεργασίας των υδροµετρικών παρατηρήσεων και των λόγων για τους οποίους παρατηρούνται διακυµάνσεις στην απορροή συµβάλλει στην απόκτηση γνώσης του τρόπου επιλογής των θέσεων εγκατάστασης των υδροµετρικών σταθµών και στην κατανόηση των υδρολογικών φαινοµένων και του τρόπου επιλογής της συχνότητας καταγραφής τους. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται παραδείγµατα του τρόπου που επιδρά η κλιµατική αλλαγή στην επιφανειακή απορροή στην Ελλάδα. iii
Στα δυο πρώτα κεφάλαια έγινε λεπτοµερής παρουσίαση δυο βασικών εννοιών, της ποιότητας και της απορροής, αλλά και διαφόρων άλλων, απαραίτητων για την κατανόηση της ανάλυσης που θα ακολουθήσει στα επόµενα κεφάλαια. Το επόµενο κεφάλαιο τρία περιγράφει την εφαρµογή της Οδηγίας 2000/60 σε επίπεδο λεκανών απορροής, τις δυσκολίες που έχουν παρουσιαστεί κατά την εφαρµογή της και το τι προβλέπει η Οδηγία όσον αφορά στην ποιότητα των επιφανειακών νερών. Τέλος, γίνεται αναφορά στην εγκατάσταση προγραµµάτων ποιοτικής παρακολούθησης, στις συνθήκες εφαρµογής της στην Ελλάδα και στα υφιστάµενα προγράµµατα παρακολούθησης της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων. Το επόµενο κεφάλαιο, το κεφάλαιο τέσσερα, αναφέρεται στην ποιότητα που πρέπει να έχει το νερό ανάλογα µε τη χρήση για την οποία προορίζεται. Γίνεται περιγραφή της κατεργασίας που υφίσταται ο κάθε τύπος νερού για να µπορέσει να αξιοποιηθεί στη χρήση για την οποία προσανατολίζεται και έπειτα ακολουθεί η ισχύουσα νοµοθεσία αναφορικά µε τον κάθε τύπο νερού. Το εθνικό και κοινοτικό νοµικό πλαίσιο περιγράφεται στο κεφάλαιο πέντε και συγκεκριµένα η εθνική και κοινοτική πολιτική διαχείρισης και προστασίας των υδάτων. Στο κεφάλαιο αυτό παρατίθενται οι Οδηγίες που καθορίζουν τους ποιοτικούς στόχους, στους οποίους θα πρέπει να ανταποκρίνεται το υδάτινο περιβάλλον ανάλογα µε τη χρήση του (πόση, κολύµβηση, αλιεία). Τέλος, πραγµατοποιείται κριτική για την αξιολόγηση των Κοινοτικών Οδηγιών που αφορούν σε όλα τα επιφανειακά ύδατα και εκτιµάται η εναρµόνιση τους στην Ελλάδα. Το κεφάλαιο έξι ασχολείται µε τα δίκτυα παρακολούθησης της ποιότητας των επιφανειακών νερών. Αναλυτικότερα, πραγµατοποιείται περιγραφή τους (σύγχρονο προφίλ, σχεδιασµός στις αναπτυγµένες και αναπτυσσόµενες χώρες, αδυναµίες) και έπειτα, λόγω των αδυναµιών που παρουσιάζουν, γίνεται µια πιο συστηµατική προσέγγιση της παρακολούθησης των υδάτων µέσω του επανασχεδιασµού τους. Στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά η έννοια της δειγµατοληψίας (τρόπος, επιλογή θέσεων και δειγµατοληπτικού εξοπλισµού, κλπ) και των διαδικασιών της ανάλυσης του νερού (σκοπός, µέθοδοι, κλπ). Ακολουθεί η ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης στο κεφάλαιο επτά, αναφορικά µε την παρακολούθηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των επιφανειακών νερών στην Ελλάδα, σύµφωνα µε ότι έχει ορίσει το δίκτυο EUROWATERNET. Συγκεκριµένα, iv
γίνεται αναφορά για το ποιοι παρακολουθούν στην Ελλάδα τα επιφανειακά νερά, ποιες παραµέτρους και µε ποια συχνότητα. Έγινε προσπάθεια ώστε τα στοιχεία που παρατέθηκαν για τα δίκτυα παρακολούθησης του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. και του Υπουργείου Γεωργίας να είναι αξιόπιστα, συγκρίσιµα και επαρκή, ούτως ώστε να υπάρχει η δυνατότητα κατανόησης των κριτηρίων µε βάση τα οποία έγινε η τοποθέτηση των σταθµών παρακολούθησης. Αυτό δεν ήταν εύκολο να επιτευχθεί απόλυτα, όµως πιστεύεται ότι τα δεδοµένα που εν τέλει συλλέχθηκαν, κυρίως µε τη βοήθεια του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., είναι ικανά για την συνέχιση της ανάλυσης. Έτσι, στο Παράρτηµα II παρατίθενται οι πίνακες που περιλαµβάνουν τους υδατικούς πόρους και τις συγκεκριµένες θέσεις ανά Υδατικό ιαµέρισµα της χώρας, στις οποίες υπάρχουν σηµεία δειγµατοληψίας µε στόχο την παρακολούθηση της ποιότητάς τους. Στο τελευταίο κεφάλαιο, κεφάλαιο οχτώ, παρατίθενται τα κριτήρια εγκατάστασης υδροµετρικών σταθµών και τα εµπειρικά και µαθηµατικά κριτήρια που πρέπει να συνεξεταστούν για να προκύψουν οι πλέον κατάλληλες θέσεις των σταθµών ποιοτικής παρακολούθησης. Από τις µαθηµατικές εξισώσεις προκύπτουν οι αποστάσεις από τον κλάδο που µεταφέρει τη ρύπανση, άρα και οι ακριβείς θέσεις όπου θα πρέπει να εγκατασταθούν ορισµένοι από τους σταθµούς µέτρησης των ποιοτικών χαρακτηριστικών του ποταµού. Στο τέλος, σχολιάζονται οι δυνατότητες της περαιτέρω επέκτασης της παρούσας εργασίας. Αξίζει να γίνει αναφορά στα κυριότερα συµπεράσµατα και ευρήµατα της εργασίας αυτής: H ανάγκη βιώσιµης διαχείρισης των υδατικών πόρων απαιτεί την ολοκληρωµένη γνώση των υδατικών πόρων και την πλήρη κατανόηση των χαρακτηριστικών της ποιότητας και ποσότητάς τους. Τα πολλαπλά και πολύπλοκα προβλήµατα ρύπανσης των υδατικών αποθεµάτων οδήγησαν στην ανάγκη εδραίωσης της παρακολούθησης (monitoring) της ποιότητας του νερού σε παγκόσµια κλίµακα. Στην Ελλάδα έχει οργανωθεί και λειτουργεί, σύµφωνα µε τις απαιτήσεις της Ε.Ε.Α. (European Environment Agency), η βάση δεδοµένων του EUROWATERNET που περιλαµβάνει στοιχεία από το εθνικό δίκτυο παρακολούθησης της ποιότητας επιφανειακών νερών. Τα κριτήρια εγκατάστασης των δειγµατοληπτικών σταθµών έχουν οριστεί από την Ε.Ε. (π.χ. υποχρεωτικά σηµεία αναφοράς, λεκάνη απορροής, µέτρηση ρύπανσης) και είναι πιο αντικειµενικά και κυρίως πιο αντιπροσωπευτικά από τα παλαιότερα. v
Από το συνδυασµό των εµπειρικών κριτηρίων και αυτών που στηρίζονται σε µαθηµατικά µοντέλα, οι θέσεις που ενδείκνυνται για την τοποθέτηση σταθµών ποιοτικής παρακολούθησης των επιφανειακών υδάτων είναι οι παρακάτω: σε αποστάσεις x και x κατάντι του διαχυτήρα των υγρών αποβλήτων, όπου επέρχεται εγκάρσια ανάµιξη και κατά µήκος ανάµιξη των υδάτων του ποταµού αντίστοιχα. Ο πρώτος σταθµός κρίνεται προαιρετικός, ενώ ο δεύτερος υποχρεωτικός. στην έξοδο οποιουδήποτε κλάδου που µεταφέρει ενδεχόµενη ρύπανση, δηλαδή που προέρχεται είτε από περιοχή µε γεωργική ρύπανση, είτε από δοµηµένη περιοχή, είτε από βιοµηχανία. όπου υπάρχει υδροµετρικός σταθµός στην περίπτωση που ο ποταµός έχει πολλούς κλάδους, σταθµός µέτρησης θα τοποθετηθεί στην έξοδο εκείνου του κλάδου µε τη µεγαλύτερη ροή στην έξοδο του ποταµού στη θάλασσα ανάντι οποιουδήποτε εργοληπτικού έργου η τοποθέτηση των σταθµών θα γίνεται πάντα ελέγχοντας τις απαιτήσεις της πυκνότητας του δικτύου και την επιθυµητή µεταξύ τους απόσταση. Οι κυριότερες φυσικοχηµικές παράµετροι που πρέπει να αναλύονται στα προγράµµατα παρακολούθησης είναι το ph, οι οξειδοαναγωγικές συνθήκες, ο συντελεστής αγωγιµότητας, η σκληρότητα, το χρώµα, η θολότητα, η αλκαλικότητα, το διαλυµένο οξυγόνο (DO), το BOD και COD, παράλληλα µε τη µέτρηση της θερµοκρασίας και της αλατότητας. Το ποσοστό των αιωρούµενων και κολλοειδών σωµατιδίων είναι επίσης σηµαντική µετρούµενη παράµετρος. Τα χηµικά στοιχεία που πρέπει να προσδιορίζονται στην περιβαλλοντική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων είναι τα εξής: Sb, As, Ba, B, Br, Cd, Cr, Co, Cu, CN, F, I, Pb, Hg, Mo, Ni, Pu, Se, TI, Th, Sn, 3 H, U, V και Zn. Σε όλες τις περιπτώσεις προσδιορισµού µικροβιολογικών παραµέτρων πρέπει να πραγµατοποιούνται αναλύσεις για το E.coli και τα κολοβακτηριοειδή. Σηµαντική κρίνεται η παρακολούθηση της ποιότητας των υδατικών αποθεµάτων µε συχνότητα τουλάχιστον 4 φορές το χρόνο ή σε εκτεθειµένα νερά µια φορά το µήνα, κάνοντας χρήση αυτόµατων δειγµατοληπτών και αναλυτών για την προστασία του δειγµατοληπτικού εξοπλισµού και του δείγµατος. Σε σηµεία ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, συνήθως σε εξόδους υγρών αποβλήτων, πρέπει να εγκαθίστανται όργανα παρακολούθησης της ποσότητας και της ποιότητας ροής των αποβλήτων. vi
Βασιζόµενοι στις µετρήσεις του Εθνικού ικτύου Παρακολούθησης της ποιότητας επιφανειακών νερών, αναφορικά µε την ποιότητα των νερών των ποταµών και λιµνών της Ελλάδας προκύπτουν τα ακόλουθα: ως προς τους δείκτες νιτρικών φωσφορικών (δείκτες ευτροφισµού) είναι σε ποσοστό 98,8% και 71,4% αντίστοιχα, σύµφωνοι µε τα αυστηρότερα κριτήρια κατάταξης του Ευρωπαϊκού Οργανισµού Περιβάλλοντος (άριστη ποιότητα) ως προς τον δείκτη χηµικά απαιτούµενο οξυγόνο (COD) είναι σε ποσοστό 81,1% σύµφωνη µε τα αυστηρότερα κριτήρια κατάταξης του ως προς τις τοξικές ουσίες (συµπεριλαµβανοµένων των φυτοφαρµάκων) είναι σε ποσοστό 97% περίπου σύµφωνη µε τα όρια που θέτει η Κοινοτική και Εθνική Νοµοθεσία. vii