Η σηµασία των παραγόντων που καθορίζουν (ακραίες) ποιοτικές διακυµάνσεις των επιφανειακών νερών της χώρας στην ολοκληρωµένη διαχείριση λεκανών απορροής Ν. Θ. Σκουλικίδης ρ. Ερευνητής Εθνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών - Ινστιτούτο Εσωτερικών Υδάτων Αγ. Κοσµάς, Ελληνικό, 1664 Αθήνα τηλ. 9829239, 9821354, fax 9811713, e-mail: nskoul@ncmr.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Προκειµένου να εφαρµόσουµε ολοκληρωµένα και βιώσιµα προγράµµατα διαχείρισης υδατικών πόρων είναι απαραίτητο να γνωρίζουµε την κατάσταση και τις διαγραφόµενες τάσεις της υδατοποιότητας των επιφανειακών νερών στο χώρο και στο χρόνο. Τα ποτάµια νερά της χώρας παρουσιάζουν σηµαντικές ετήσιες και υπερετήσιες διακυµάνσεις που έχουν σαν αποτέλεσµα µερικές φορές να καθίστανται ακατάλληλα για τις χρήσεις για τις οποίες προορίζονται. Ειδικότερα στο χρονικό διάστηµα µεταξύ τέλους δεκαετίας 8 και αρχών δεκαετίας 9, όταν ένα κύµα ξηρασίας έπληξε την Ευρώπη, οι συγκεντρώσεις των διαλυµένων συστατικών έφθασαν σε υπερετήσια µέγιστα, υπερβαίνοντας σε ορισµένες περιπτώσεις θεσµοθετηµένα όρια. Οι κύριες διεργασίες που ελέγχουν την επιβάρυνση του ποτάµιου νερού είναι η συµπύκνωση λόγω εξάτµισης κατά τη ξηρή περίοδο του έτους και οι εκπλύσεις εδαφών κατά τη διάρκεια πληµµυρικών φαινοµένων. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για την ορθολογική και ολοκληρωµένη διαχείριση των υδατικών πόρων είναι απαραίτητη η επικαιροποιηµένη γνώση της διατιθέµενης ποσότητας και της ποιότητάς τους στο χώρο και στο χρόνο, τόσο εποχιακά όσο και διαχρονικά. Λόγω των µεγάλων διακυµάνσεων που παρουσιάζουν οι λεκάνες απορροής της χώρα ως προς το κλίµα, τη µορφολογία, τη γεωλογία, τη χλωρίδα και τα επίπεδα ρύπανσης (Skoulikidis, 1993), τα ποτάµια εµφανίζουν σηµαντικές χωρικές ποιοτικές διακυµάνσεις. Συγκρίνοντας όµως τις τοπικές διαφοροποιήσεις (κατά µήκος ενός ποταµού) µε τις χρονικές µεταβολές (στην διάρκεια ενός υδρολογικού κύκλου) φαίνεται ότι η υδροχηµεία των περισσότερων ποταµών χαρακτηρίζεται περισσότερο από εποχιακές διακυµάνσεις και λιγότερο από χωρικές (Skoulikidis, 199). Εκτός όµως των εποχιακών υδροχηµικών διακυµάνσεων τα ποτάµια της χώρας εµφανίζουν και σηµαντικές διαχρονικές διακυµάνσεις (Skoulikidis, 1998). Αποτέλεσµα των υδροχηµικών αυτών διακυµάνσεων είναι σε ορισµένα χρονικά διαστήµατα και σε ορισµένα τµήµατά τους τα ποτάµια να µην ικανοποιούν τις ποιοτικές προδιαγραφές που έχουν καθοριστεί για τις διάφορες χρήσεις (πόσιµη, γεωργική, υδατοκαλλιέργειες κ.λ.π.) (Andreadakis & Katsara, 1995). Σε αυτήν την περίπτωση τα νερά αυτά απορρίπτονται ως ακατάλληλα. Γνωρίζοντας τα αίτια που προκαλούν την ακαταλληλότητα των νερών είναι δυνατόν να προβλέψουµε την εµφάνιση δυσµενών καταστάσεων ώστε αφ ενός τα διαχειριστικά πλαίσια να προσαρµόζονται ανάλογα, αφ ετέρου να λαµβάνονται έγκαιρα µέτρα προστασίας. 2. ΜΕΘΟ ΟΙ Η εργασία αυτή βασίστηκε σε υδροχηµικές χρονοσειρές των µεγάλων ποταµών της χώρας από το Υπουργείο Γεωργίας του µοναδικού Οργανισµού στην χώρα που παρακολουθεί συστηµατικά την ποιότητα των επιφανειακών νερών από τις αρχές της δεκαετίας του 7 µέχρι και σήµερα. Στις χρονοσειρές αυτές εφαρµόστηκαν γραµµικές και πολυωνυµικές αναλύσεις παλινδρόµησης. Επίσης λήφθηκαν υπόψη οι µέσες µηνιαίες διακυµάνσεις των υδροχηµικών δεδοµένων για διαφορετικές χρονικές περιόδους µε σκοπό να εξαχθούν συµπεράσµατα για τις
κύριες εποχιακές διεργασίες εµπλουτισµού των νερών µε ιόντα (βλ. Skoulikidis, 1997). 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στο σχήµα 1, όπου παρουσιάζεται η διαχρονική τάση της αγωγιµότητας σε τρία χαρακτηριστικά ποτάµια της χώρας, φαίνεται ότι, αφού η αγωγιµότητα φθάσει σε µέγιστες τιµές κατά το τέλος της δεκαετίας του 8 αρχές 9, στη συνέχεια παρουσιάζει πτωτική τάση σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, όχι όµως σε βαθµό που να προσεγγίζει τις αρχικές της τιµές. Αγωγιµότητα ms/cm Αγωγιµότητα ms/cm Αγωγιµότητα ms/cm,4,3,2,1,7,6,5,4,3,2,1,5,4,3,2 y =,32x - 6,1782 R 2 =,4491 Νέστος y = -,3x 2 + 1,295x - 122,5 R 2 =,644 197 1975 198 1985 199 1995 2 y =,76x - 14,66 R 2 =,3572 Αξιός y = -,13x 2 + 5,3316x - 535,3 R 2 =,6493 1975 198 1985 199 1995 2 y =,26x - 4,8142 R 2 =,3729 Στρυµών y = -,3x 2 + 1,1698x - 1164,4 R 2 =,594 1975 198 1985 199 1995 2 Σχήµα 1. ιαχρονική µεταβολή της αγωγιµότητας σε τρία χαρακτηριστικά ποτάµια (δεδοµένα Υπουργείο Γεωργίας) Η διαχρονική αυτή διακύµανση της αγωγιµότητας είναι κύρια αποτέλεσµα κλιµατικών και κατ επέκταση υδρολογικών µεταβολών. Πράγµατι, οι βροχοπτώσεις στη Μεσογειακή Λεκάνη παρουσιάζουν από το 197 και µετά σταδιακή µείωση (Ghazi et al. 1977). Ιδιαίτερα µετά το 1986, και µάλιστα στο διάστηµα που παρουσιάζονται τα µέγιστα της αγωγιµότητας, ένα κύµα ξηρασίας είχε εκδηλωθεί στην Ευρώπη (π.χ Shuurmans, 1994) αλλά και στη χώρα µας µε ελάχιστα ύψη βροχής κατά το 199 (Μιµίκου 1993, ηµητρακόπουλος και συν., 1994, Μπαρούνης, 1994, Κουτσογιάννης και Τσακαλίας, 1995). Η συνεπαγόµενη µείωση της παροχής των ποταµών προκαλεί σε συνδυασµό µε την αύξηση της θερµοκρασίας κατά το διάστηµα της ξηρασίας (Σχήµα 2), και την προφανή αύξηση της εξατµισοδιαπνοής φαινόµενα συµπύκνωσης στα επιφανειακά νερά. Θερµοκρασία νερού oc 2 18 16 14 12 1 8 6 Νέστος Στρυµών Αλιάκµων Πηνειός 197 1975 198 1985 199 1995 2 Σχήµα 2. ιαχρονική µεταβολή της θερµοκρασίας νερού (δεδοµένα Υπουργείο Γεωργίας) Συνεπώς, τα προϊόντα της χηµικής αποσάθρωσης των πετρωµάτων και των ανθρωπογενών δράσεων φθάνουν σε σηµαντικές συγκεντρώσεις δεδοµένου ότι τα επίπεδα βάσης τους είναι ήδη αυξηµένα λόγω της µεγάλης συµµετοχής της βασικής απορροής στο ποτάµιο νερό. Έτσι σε αρκετές περιπτώσεις τα ποτάµια παρουσιάζουν υπερβάσεις των θεσµοθετηµένων ορίων και σε παραµέτρους ρύπανσης (π.χ. νιτρικά) και σε κύρια ιόντα (π.χ. µαγνήσιο). Η συµπύκνωση του νερού λόγω εξάτµισης φθάνει σε ορισµένες περιπτώσεις (π.χ. Πηνειός, καλοκαίρι 199) σε τέτοια επίπεδα ώστε κατακρηµνίζεται CaCO 3 µε αποτέλεσµα τον εκλεκτικό εµπλουτισµό όλων των άλλων ιόντων (λιγότερο των ÇCO - 3 ) σε βάρος του Ca (Hardie & Eugster, 197). Στην διεργασία αυτή συνεισφέρει και η µείωση της διαλυτότητας του CaCO 3,
λόγω της δέσµευσης CΟ 2 στην φωτοσύνθεση. Σηµειώνουµε ότι η κατακρήµνιση CaCO 3 είναι δυνατό να αποµακρύνει φωσφορικά από το νερό (Kuo & Lotse, 1972). Στο σχήµα 3, που παρουσιάζεται η µηνιαία διακύµανση του µαγνησίου και των νιτρικών στον Πηνειό κατά το πλέον ξηρό έτος της χρονοσειράς (199) ως προς το µέσο όρο των υπόλοιπων ετών, φαίνονται οι περιπτώσεις υπερβάσεων των ορίων (οι οριζόντιες γραµµές αναφέρονται στα ενδεικτικά όρια και τα ανώτατα επιτρεπόµενα όρια, σύµφωνα µε τις Οδηγίες του Συµβουλίου των Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων 8/778 και 75/44 για το πόσιµο νερό). Επιπρόσθετα, η αγωγιµότητα κατά το ξηρό αυτό έτος σε κάποιες περιπτώσεις κυµάνθηκε σε τιµές άνω των 7 µ/cm, που σύµφωνα µε τους Ayers & Wescott (1985) είναι δυνατό να επιφέρει προβλήµατα σε καλλιέργειες. Μαγνήσιο mva/l Νιτρικά mg/l 8 7 6 5 4 3 2 1 M.O.1985-89, 1991-97 199 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 6, 5, 4, 3, 2, 1, Μήνες M.O.1981-89, 91-97 199 Ένα άλλο φαινόµενο που συνεισφέρει στον εµπλουτισµό των ποταµών µε διαλυµένα στοιχεία είναι αυτό των εκπλύσεων αλάτων και αγροχηµικών υπολοιµάτων, που αποτίθενται κατά την διάρκεια της καλοκαιρινής ξηρασίας στους εδαφικούς πόρους, σε περιόδους ανόδου της στάθµης των νερών (π.χ. Edwards, 1973). Επίσης είναι δυνατόν µετά από έντονη βροχόπτωση παλαιά υπόγεια νερά να υποστούν ανοδική συµπίεση και να εµπλουτίσουν την επιφανειακή απορροή µε διαλυµένα συστατικά (Hewlett & Hibbert, 1966). Το σχήµα 4, που παρουσιάζει µηνιαίες διακυµάνσεις των θειικών στο Νέστο, δείχνει ότι η διεργασία αυτή ελέγχει την ποιότητα των νερών το φθινόπωρο και τον χειµώνα και µάλιστα ιδιαίτερα κατά το ξηρό διάστηµα της χρονοσειράς, λόγω της ποσοτικής απόθεσης αλάτων στις πληµµυρικές επιφάνειες. Οι εντατικές αρδεύσεις είναι ενισχυτικός παράγοντας για την απόθεση αλάτων στους εδαφικούς πόρους. Κατά την διεργασία της έκπλυσης τα ποτάµια εµπλουτίζονται αρχικά µε ιόντα που προέρχονται από την διάλυση των πιο ευδιάλυτων αλάτων (Na 2 SO 4, NaCl) καθώς και µε υπολείµµατα αγροχηµικών ενώσεων. Θειικά mval/l 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Μήνες M.O.1984-86, 91-96 M.O.1987-91 Σχήµα 4. Μηνιαία διακύµανση της συγκέντρωσης διαλυµένων στοιχείων στον Νέστο κατά το ξηρό διάστηµα της χρονοσειράς και, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 Μήνες κατά το υπόλοιπο χρονικό διάστηµα (Θέση: Γέφυρα Παπάδων, δεδοµένα Υπουργείο Γεωργίας), Μ.Ο.: Μέσος όρος. Σχήµα 3. Μηνιαία διακύµανση της συγκέντρωσης διαλυµένων στοιχείων στον Πηνειό κατά το ξηρότερο υδρολογικό έτος σε σύγκριση µε το µέσο όρο των υπόλοιπων ετών της χρονοσειράς (Θέση: Υδατόπυργος Λάρισας, δεδοµένα Υπουργείο Γεωργίας) Μ.Ο.: Μέσος όρος. Οι οριζόντιες γραµµές αντιπροσωπεύουν τα ενδεικτικά και τα ανώτατα επιτρεπόµενα όρια για το πόσιµο νερό, σύµφωνα µε τις Κοινοτικές Οδηγίες 8/778 κι 75/44. Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει την εκατοστιαία αύξηση των συγκεντρώσεων των ιόντων στην διάρκεια του ξηρού διαστήµατος ως προς το αµέσως προηγούµενο διάστηµα. Σε όλα τα ποτάµια το µεγαλύτερο ποσοστό αύξησης παρουσιάζουν τα θειικά, το νάτριο, το µαγνήσιο και τα χλωριόντα. Η ακολουθία αυτή ερµηνεύεται τόσο από τις διεργασίες συµπύκνωσης λόγω εξάτµισης όσο και από
αυτές της έκπλυσης των εδαφικών αλάτων που περιγράφθηκαν παραπάνω, αλλά και από τα φαινόµενα ρύπανσης του νερού (συνεισφορά θειικών, νατρίου, χλωρίου). Πίνακας 1 Εµπλουτισµός του ποτάµιου νερού σε ιόντα (%) κατά τη ξηρή περίοδο ως προς τη προηγούµενη περίοδο Ιόντα Νέστος Στρυµών Αξιός Αλιάκµων Πηνειός Αχελώος Cl - 32,61-6,3 2,74, 36,35 14,58 2- SO 4 44,48 34,69 37,54 55,81 45,5 78,44 - HCO 3 15,58 11,39 7,84 -,71 3,59-3,49 Na 4,68 16,22 33,95 18,75 35,1 28,36 Ca 17,86 13,76 13,49 11,24 7,42 8,28 Mg 37,13 23,11 23,9 1,23 26,69 32,8 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η εργασία έδειξε πώς ακραίες κλιµατικές καταστάσεις επηρεάζουν την ποιότητα του ποτάµιου νερού σε τέτοιο βαθµό ώστε να γίνει ακατάλληλο για διάφορες χρήσεις. Μελετώντας ιστορικά κλιµατικά και υδροχηµικά στοιχεία και προσδιορίζοντας τους παράγοντες που καθορίζουν τις ακραίες ποιοτικές διακυµάνσεις των νερών, είναι δυνατόν, έχοντας γνώση των εκάστοτε φυσικών και ανθρωπογενών συνθηκών (υδρογεωλογικές συνθήκες, πετρολογική και εδαφολογική σύσταση, σηµειακές και εκτατικές πηγές ρύπανσης) να προβλέψουµε επερχόµενες δυσµενείς συνθήκες για τη ποιότητα των νερών. Συνεπώς θα είµαστε σε θέση να σχεδιάσουµε ανάλογα διαχειριστικά πλαίσια ή και να ενεργοποιήσουµε έγκαιρα κατάλληλα µέτρα προστασίας (π.χ. αξιοποίηση εναλλακτικών υδατικών πόρων, συγκράτηση των αποβλήτων στη πηγή και εφαρµογή έκτακτων µέτρων επεξεργασίας σε κρίσιµες συνθήκες, κλπ.). 5. EΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστώ τους κ.κ. Φατούρο και Κέντρου από το Υπουργείο Γεωργίας, Γενική /νση Εγγειοβελτιωτικών Έργων και Γεωργικών ιαρθρώσεων, /νση Σχεδιασµού Εγγειοβελτιωτικών Έργων και Αξιοποίησης Εδαφο- Υδατικών Πόρων, Τµήµα Προστασίας Αρδευτικού Ύδατος, για την παροχή υδροχηµικών δεδοµένων των µεγαλύτερων ποταµών της χώρας. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Andreadakis, A.D. and A. Katsara (1995). Quality characteristics of the surface and sea waters in Greece in relation to European Union legislation, Wat. Sci. Tech., Vol. 32, No 7, 183-19. Ghazi, A., P. Balabanis, C. Bruening, R. Casale, D. Peter and I. Troen (1997). Recent Results of EC s Climate Research, Climate & Natural Hazards Unit (DG XII/D-2), Environment and Climate Programme, 13 pp. ηµητρακόπουλος,., Γ. Λουλούδης και Ι. Κουµαντάκης (1994). Επιπτώσεις της ξηρασίας στους υδροφορείς των Πλειο-Τεταρτογενών σχηµατισµών της λεκάνης Πτολεµαίδας, Πρακτ. 2 ου Υδρογεωλογικού Συνεδρίου, Πάτρα 24-28/11/1993, 19-32. Edwards, A.C. (1973). The variation of dissolved constituents with discharge in some Norfolk rivers. J. Hydrol., 18, 219-242. Hardie, L.A. and H.P. Eugster (197). The evolution of closed-basin brines. Mineralogical Soc. of America, Special Publ. 3, 273-29. Hewlett, J.D. and A.R. Hibbert (1966). Factors affecting the responses of small watersheds to precipitation in humic areas. Int. Symp. of Forest Hydrology, Proc. of Nat. Sci. Found. Adv. Sci. Sem., 275-29. Κουτσογιάννης,. και Γ. Τσακαλίας (1995). Υδρολογικά χαρακτηριστικά της λεκάνης Σπερχειού, Πρακτ. Ηµερίδας Σπερχειός 2+, Λαµία 4/5/1995, 89-98. Kuo, S. and E.G. Lotse (1972). Kinetics of phosphate adsorption by calcium carbonate and Ca-kaolinite. Soil Sci. Soc. Am. J., 36: 725-729. Μιµίκου, Μ.Α. (1993). Ακραίες µεταβολές του υδρολογικού κύκλου στην Ελλάδα. Μεταβλητότητα ή Αλλαγή; Τεχν. Χρον. Α, Τοµ. 13, Τεύχος 4, 67-81. Mπαρούνης, Α. (1994). Ξηρασία: Ένας έρπων περιβαλλοντικός κίνδυνος, Πρακτ. 2 ου Υδρογεωλογικού Συνεδρίου, Πάτρα 24-28/11/1993, 79-96. Shuurmans, C. (1994). New insights in climate research reviewed. Change, Research and Policy Newsletter on Global Change, Netherlands, 22: 1-4. Skoulikidis, N. Th. (199). Biogeochemie der groessten Fluesse Griechenlands, Ph.D. Thesis, Fachbereich Geowissenschaften, Univ. of Hamburg, 313 pp. Skoulikidis, N. Th. (1993). Significance evaluation of factors controlling river water composition, Environmental Geology, Vol. 22, 178-185.
Skoulikidis, N. Th. (1997). Seasonal variations of biogeochemical processes affecting Greek rivers composition, Geochemical J., Vol. 31, 357-371. Skoulikidis, N. Th., Ι. Bertahas, and Th. Koussouris (1998). The environmental state of freshwater resources in Greece (rivers and lakes), Environmental Geology, Vol 36, 1 /2, 1-17.
Abstract Greek R. reveal significant inter-annual and intra-annual hydrochemical variations which make them sometimes inappropriate for their uses foreseen. In order to proceed to integrated and sustainable water resources management it is necessary to know, the state and the fate of aquatic quality. Major Greek rivers exhibit significant long-term solute concentration variations. Specifically, during the end of the eighties-beginning of nineties, when a draught wave affected Europe, the riverine dissolved solids reached their inter-annual maximum. This fact was triggered by a number of mainly climate driven hydrological and physicochemical processes. The main one comprises an evaporative riverine solute concentration that occurs in combination with the base flow effect, after prolonged dry Summers. In addition salts that accumulate in riparian soils are flushed during succeeding floodings and enrich river water. Other factors that, besides climate affect river water solute variations are soil salinization processes due to irrigation and pollution impact. The present study establishes an early warning for future deterioration of fresh water resources and provides useful information for climate change scenarios.