Μαθηµατική προσοµοίωση υπόγειου υδροφορέα περιοχής Αχελώου- Λυσιµαχείας- Τριχωνίδας

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» Μαθηµατική προσοµοίωση υπόγειου υδροφορέα περιοχής Αχελώου- Λυσιµαχείας- Τριχωνίδας Αλίκη. Κύρκου Πολιτικός Μηχανικός Ε.Μ.Π. Επιβλέπουσα: Αικατερίνη Νάνου-Γιάνναρου, Λέκτορας Αθήνα, Ιούνιος 2008

Ευχαριστίες Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες µου στους επιβλέποντες καθηγητές µου κ. Αικατερίνη Νάνου-Γιάνναρου και κ. Αναστάσιο Στάµου για τη συνεργασία µας, τη σηµαντική καθοδήγηση τους καθώς και για το ενδιαφέρον και την κατανόηση τους. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα, την υποψήφια διδάκτορα, κ. Αικατερίνη Σπανουδάκη για τη συνεργασία µας, τη σηµαντική βοήθειά της καθώς επίσης και για τη µεγάλη προθυµία και διάθεση να µε βοηθήσει στην εκµάθηση των εµπορικών πακέτων που χρησιµοποιήθηκαν. Τέλος, ευχαριστώ το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών για τη παροχή της µελέτης «Υδρολογική Έρευνα Λεκανών Ν. Αιτωλοακαρνανίας ίαιτας και Έλεγχος Ποιότητας των Υδατικών Πόρων» του γεωλόγου κ. Ν. Κουρµούλη. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 5

Περιεχόμενα Περίληψη...8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή...10 Κεφάλαιο 2 Βιβλιογραφική διερεύνηση-τροποποίηση Κώδικα IRENE...12 2.1 Γενικά... 12 2.2 Μετασχηµατισµός του αζώτου στο έδαφος... 14 2.3 Ανάπτυξη κώδικα µεταφοράς των νιτρικών... 19 2.3.1 Ανάπτυξη του όρου του χηµικού µετασχηµατισµού... 21 2.3.2 Επαλήθευση προτύπου... 24 Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της περιοχής µελέτης...29 3.1 Οριοθέτηση της περιοχής µελέτης.... 29 3.2 Φυσικό Περιβάλλον... 31 3.3 ηµογραφικά στοιχεία... 31 3.4 Κοινωνικο -οικονοµικά στοιχεία της περιοχής µελέτης - Χρήσεις γης... 32 3.5 Περιβαλλοντική κατάσταση της περιοχής... 37 3.6 Υδρολογικές Λεκάνες Υδρογεωλογία... 41 3.6.1 Υδρολογική λεκάνη Τριχωνίδας... 41 3.6.2 Υδρολογική λεκάνη Λυσιµαχείας... 48 3.6.3 Υδρολογική Λεκάνη Αχελώου Ποταµού... 52 3.7 Κλιµατολογικές συνθήκες... 56 3.7.1 Γενική Περιγραφή... 56 3.7.2 Βροχόπτωση... 57 3.7.3 Θερµοκρασία... 68 3.7.4 Ηλιοφάνεια... 68 3.7.5 Εξάτµιση... 69 3.7.6 Άνεµος... 69 3.7.7 Σχέση βροχόπτωσης Στάθµης των υπόγειων νερών... 70 Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 6

3.8 Υδατικό Ισοζύγιο Συστήµατος Λεκανών Τριχωνίδας και Λυσιµαχείας... 73 3.8.1 Γενικά... 73 3.8.2 Παράµετροι Ισοζυγίου... 73 3.8.3 Υπολογισµός Υδατικού Ισοζυγίου... 76 Κεφάλαιο 4 Προσοµοίωση ροής της περιοχής µελέτης µε χρήση του εµπορικού πακέτου Modflow...78 4.1 Κώδικας Modflow... 78 4.1.1 Περιγραφή (Modflow)... 78 4.1.2 Εξισώσεις πεπερασµένων διαφορών... 79 4.1.3 Μη µόνιµη ροή... 86 4.1.4 Μόνιµη ροή... 87 4.1.5 Αναδιαµόρφωση της εξίσωσης-συστήµατος για επίλυση... 88 4.2 Μαθηµατική προσοµοίωση της περιοχής µελέτης µε χρήση του λογισµικού VISUAL MODFLOW 4.3... 89 4.2.1 Προσδιορισµός της γεωµετρίας της περιοχής µελέτης... 89 4.2.2 Προσδιορισµός οριακών συνθηκών.... 91 4.3.3 Εκτέλεση του προγράµµατος... 97 4.3.4 Αποτέλεσµα της εκτέλεσης.... 102 Κεφάλαιο 5 Προσοµοίωση ρύπανσης της περιοχής µελέτης µε χρήση του εµπορικού πακέτου ΜΤ3DMS...106 5.1 Περιγραφή προτύπου ΜΤ3DMS... 106 5.2 Εφαρµογή στη περιοχή µελέτης... 107 5.3 Σενάριο µείωσης βροχόπτωσης... 113 Συµπεράσµατα Προτάσεις...115 Βιβλιογραφία...118 Παράρτηµα...Error! Bookmark not defined. Βροχοµετρικά στοιχεία (mm)... 124 Στοιχεία υνητικής Εξάτµισης (mm)... 126 Στοιχεία Θερµοκρασιών ( O C)... 127 Πίνακες Υδροµετρήσεων... 128 Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 7

Περίληψη Περίληψη Η παρούσα µεταπτυχιακή εργασία ασχολείται µε την µαθηµατική προσοµοίωση της ροής και της ρύπανσης στον υπόγειο υδροφορέα των υδρολογικών λεκανών Αχελώου-Λυσιµαχείας-Τριχωνίδας. Στα πλαίσια της παρούσας µεταπτυχιακής εργασίας πραγµατοποιήθηκε βιβλιογραφική διερεύνηση της δίαιτας των νιτρικών στα υπόγεια νερά και του τρόπου µε τον οποίο αντιµετωπίζεται το πρόβληµα στο πλαίσιο µαθηµατικής προσοµοίωσης. Με βάση τα αποτελέσµατα της βιβλιογραφίας έγινε προσθήκη των εξισώσεων που περιγράφουν την δίαιτα των νιτρικών στον ήδη υπάρχοντα κώδικα ΙRENE (Spanoudaki et al., 2006), ο οποίος έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Εφαρµοσµένης Υδραυλικής και αντιµετωπίζει την αλληλεπίδραση ροής και ρύπανσης µεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών για συντηρητικό ρύπο. Για τον έλεγχο του κώδικα IRENE χρησιµοποιήθηκαν τα αποτελέσµατα σχετικού παραδείγµατος από τη βιβλιογραφία. Η περιοχή µελέτης περιγράφεται λεπτοµερώς. Παραθέτονται τα δηµογραφικά κοινωνικά-οικονιµικά στοιχεία της περιοχής καθώς και οι χρήσης γης. Στη συνέχεια περιγράφεται ξεχωριστά η κάθε µια υδρολογική λεκάνη καθώς και η υδρογεωλογία τους. Ακολουθεί η περιγραφή των κλιµατολογικών συνθηκών και δίνονται στοιχεία για την βροχόπτωση, τη θερµοκρασία, την ηλιοφάνεια, την εξάτµιση και τον άνεµο που επικρατούν στην περιοχή. Τέλος αναλύεται το υδατικό ισοζύγιο του συστήµατος λεκανών Τριχωνίδας -Λυσιµαχείας. Η προσοµοίωση της ροής στον υπόγειου υδροφορέα έγινε µε χρήση του εµπορικού πακέτου Modflow. Περιγράφονται οι εξισώσεις, στις οποίες βασίζεται ο κώδικας Modflow. Στη συνέχεια, προσοµοιώνεται η περιοχή µελέτης και γίνεται βαθµονόµηση του κώδικα χρησιµοποιώντας µετρηµένα πιεζοµετρικά φορτία σε υπάρχουσες ερευνητικές γεωτρήσεις. H προσοµοίωση της ρύπανσης της περιοχής έγινε µε χρήση του εµπορικού πακέτου ΜΤ3DMS. Περιγράφεται η βασική εξίσωση, σύµφωνα µε την οποία λειτουργεί το πρόγραµµα και γίνεται η εφαρµογή του στην περιοχή µελέτης χρησιµοποιώντας τα αποτελέσµατα της ροής. Επίσης υποτίθεται ένα σενάριο µείωσης της βροχόπτωση και µέσω της προσοµοίωσης αναλύονται οι συνέπειες που θα έχει η µείωση αυτή στη ροή και στη ρύπανση της περιοχής. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 8

Κεφάλαιο 1 «Εισαγωγή» Abstract The present postgraduate thesis deals with the modeling of flow and nitrate transport in the groundwater aquifer of the hydrological basins of Acheloos- Lysimachia-Trichonida. A literature review has been performed regarding the fate of nitrates in aquifers and the way that the problem is dealt with mathematical modeling. Using the results of the literature review the code IRENE (Spanoudaki et al., 2006), which describes flow and pollution interaction between surface water and groundwater, has been modified to include the fate of nitrates in groundwater. IRENE in its previous form could consider only conservative pollutants. The area studied in this thesis belongs to the District of Western Greece and includes the basin of the Acheloos river and the basins of the lakes Trichonida and Lysimachia. The water budget of the area is controlled by the surface water bodies, which are predominant. It is a very important area in Greece because it has a water surplus of around 400x10 6 m 3 /year, 200 of which are directed through a big irrigation channel from lake Lysimachia to the basin of Aitolikon, which is located at the south of the basin of Acheloos. The finite-difference commercial code Modflow was used to simulate groundwater flow. Modflow has been calibrated using measured piezometric head values from existing observation boreholes in the study area. Nitrate pollution in the study area was simulated using MT3DMS. The main crops cultivated in Acheloos river basin are corn and clover, while in the area around lake Trichonida there are olive trees. Calibration with measured nitrate levels in observation boreholes showed that farmers apply 30 kg of NH 4 per 1000 m 2. This quantity is almost 4 times higher than the quantity of NH 4 required by the cultivated crops. Therefore around 8 kg of NH 4 are retained by the roots of the cultivated crops while the remaining 22 kg of NH4 enter the aquifer. Finally, a hypothetical scenario was simulated to study the effects of reduced rainfall on nitrate pollution. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 9

Κεφάλαιο 1 «Εισαγωγή» Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Η µόλυνση των επιφανειακών και των υπόγειων νερών από τις ανόργανες και οργανικές χηµικές ουσίες έχει προκαλέσει αυξανόµενη ανησυχία τα τελευταία χρόνια σε ολόκληρο τον κόσµο. Αυτές οι χηµικές ουσίες εισάγονται στα επιφανειακά νερά και εν συνεχεία στο σύστηµα υπόγειων νερών ή απευθείας στα υπόγεια νερά από ποικίλους µηχανισµούς, συµπεριλαµβανοµένης της γεωργικής και αστικής απορροής και τη διάθεση βιοµηχανικών αποβλήτων. Η λίπανση των γεωργικών εκτάσεων αποτελεί µια από τις σηµαντικότερες πηγές ρύπανσης. Η λίπανση µε χρήση αζωτούχων λιπασµάτων χρησιµοποιείται ευρέως για την αύξηση της παραγωγής και της ποιότητα των συγκοµιδών. Το νιτρικό άλας είναι ιδιαίτερα διαλυτό στο νερό και έχει διαλυτότητάς στο χώµα. Λόγω της υψηλής αυτής διαλυτότητάς του, τα νιτρικά άλατα µπορούν να συσσωρευτούν στο υπόγειο νερό και εν συνεχεία στο πόσιµο νερό. Όταν το ανθρώπινο σώµα λαµβάνει σηµαντικές ποσότητες νιτρικού άλατος µπορεί να προκληθούν σηµαντικά προβλήµατα στην υγεία του, όπως εντερικό καρκίνο, δυσµορφίες γέννησης, υπέρταση κ.α. Εποµένως, είναι σηµαντικό ο καλλιεργητής να γνωρίζει τη ποσότητα και το χρόνο που πρέπει να εφαρµόσει το λίπασµα για µια ορισµένη συγκοµιδή για να ελαχιστοποιήσει τις επιδράσεις στο περιβάλλον. Νοµικό πλαίσιο Το σηµαντικότερο νοµικό πλαίσιο στην Ελλάδα, που περιέχει τις διατάξεις για τα υπόγεια νερά, είναι οι οδηγίες της ΕΕ, οι αντίστοιχοι ελληνικοί νόµοι, τα προεδρικά και υπουργικά διατάγµατα. Ακριβέστερα: 1. Οδηγία του Συµβουλίου 91/676/EOK σχετικά µε την προστασία των υδάτων ενάντια στη ρύπανση που προκαλείται από τα νιτρικά άλατα από τη γεωργική επιβεβαίωση πηγών (ND). Υπουργικό διάταγµα 16190/1335/1997. 2. Οδηγία 2000/60/EK του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου που θεσπίζει πλαίσιο για την κοινοτική δράση στον τοµέα της πολιτικής ύδατος (WFD), εστιάζοντας στην καθιέρωση ενός πλαισίου για την προστασία της επιφανειακών και των υπόγειων Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 10

Κεφάλαιο 1 «Εισαγωγή» υδάτων. Οι βασικές αρχές WFD έχουν υιοθετηθεί από την ελληνική νοµοθεσία µε το Λ. 3199/2003 για τη "προστασία και τη διαχείριση του ύδατος". 3. Οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου σχετικά µε την προστασία των υπόγειων νερών ενάντια στη ρύπανση (GWD) θυγατρική οδηγία της WFD. Το αντικείµενο αυτής της πρότασης είναι να θεσπιστούν τα συγκεκριµένα µέτρα για να αποτραπεί και να ελεγχθεί η µόλυνση υπόγειων νερών από τον καθορισµό των κοινών κριτηρίων στην καλή χηµική θέση και στις ποιοτικές τάσεις. 4. Ο ΗΓΙΑ 2006/118/ΕΚ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ της 12ης εκεµβρίου 2006 σχετικά µε την προστασία των υπόγειων υδάτων από τη ρύπανση και την υποβάθµιση Στόχος της παρούσας µεταπτυχιακής εργασία είναι η µαθηµατική προσοµοίωση της ροής των υπόγειων νερών και της µεταφοράς ρύπων και ειδικότερα νιτρικών της περιοχής Αχελώου-Λυσιµαχείας-Τριχωνίδας. Η περιοχή αυτή είναι πολύ σηµαντική διότι είναι από τις λίγες σχετικά περιοχές της Ελλάδας στις οποίες υπάρχει πλεόνασµα νερού και το οποίο συνήθως µένει ανεκµετάλλευτο και χύνεται στη θάλασσα. Η µαθηµατική προσοµοίωση ήταν ιδιαίτερα δυσχερής δεδοµένου ότι η ροή και η ποιότητα των υπόγειων νερών εξαρτάται από το συνολικό υδατικό ισοζύγιο της περιοχής, το οποίο καθορίζεται από τα επιφανειακά νερά. Συνεπώς υπάρχει σηµαντική αλληλεπίδραση µεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών. Από την διερεύνηση της σχετικής βιβλιογραφίας, είναι η πρώτη φορά που η περιοχή προσοµοιώνεται µαθηµατικά ως προς τη ροή υπόγειου νερού και την µεταφορά ρύπων στους υπόγειους υδροφορείς. Αρχικά έγινε βιβλιογραφική διερεύνηση της δίαιτας των νιτρικών στα υπόγεια νερά και του τρόπου που το πρόβληµα αντιµετωπίζεται στο πλαίσιο µαθηµατικής προσοµοίωσης. Με βάση τα αποτελέσµατα της βιβλιογραφίας έγινε προσθήκη των εξισώσεων που περιγράφουν την δίαιτα των νιτρικών στον ήδη υπάρχοντα κώδικα ΙRENE (Spanoudaki et al., 2006), ο οποίος έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Εφαρµοσµένης Υδραυλικής και αντιµετωπίζει προβλήµατα στα οποία παρατηρείται έντονη αλληλεπίδραση ροής και ρύπανσης µεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών.. Για την µαθηµατική προσοµοίωση της υπόγειας ροής χρησιµοποιήθηκε το λογισµικό Visual Modflow 4.2, ενώ για την µεταφορά ρύπων εφαρµόστηκε το λογισµικό MT3DMS. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 11

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» Κεφάλαιο 2 Βιβλιογραφική διερεύνηση-προσθήκη εξισώσεων της δίαιτας νιτρικών στον κώδικα IRENE 2.1 Γενικά Σκοπός του κεφαλαίου αυτού είναι η βιβλιογραφική διερεύνηση των εργασιών που περιγράφουν τη δίαιτα των νιτρικών στα υπόγεια νερά καθώς και η προσθήκη των εξισώσεων που περιγράφουν τη δίαιτα αυτή στον ήδη υπάρχοντα κώδικα IRENE (K. Spanoudaki et al., 2006). Ο κώδικας IRENE είναι γραµµένος σε γλώσσα προγραµµατισµού Fortran και περιγράφει την αλληλεπίδραση ροής και ρύπανσης µεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών. Παρότι το αντικείµενο της παρούσας µεταπτυχιακής εργασίας εστιάζει στην προσοµοίωση της ρύπανσης της κορεσµένης ζώνης εξαιτίας της λίπανσης των αγροτικών εκτάσεων, κρίθηκε σκόπιµο να γίνει µια πιο ευρεία βιβλιογραφική διερεύνηση, µε σκοπό να δηµιουργηθεί µια βάση δεδοµένων εύχρηστη στον καθέναν που θα ασχοληθεί µε το αντικείµενο της ρύπανσης του εδάφους εξαιτίας νιτρικών γενικότερα. Επειδή, το θέµα είναι πολύπλοκο και πολύπλευρο έγινε προσπάθεια οµαδοποίησης των κειµένων που βρέθηκαν. Η πρώτη οµάδα εργασιών αναφέρεται στις διεργασίες του κύκλου του αζώτου στο έδαφος. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αυτού αναφέρονται συνοπτικά οι κυριότερες διεργασίες. Επίσης, διερευνήθηκαν οι αιτίες πρόκλησης νιτρικής ρύπανσης, κυριότερες των οποίων είναι η λίπανση των καλλιεργειών, τα αστικά και βιοµηχανικά απόβλητα και τα κόπρανα των ζώων. Μια ακόµα οµαδοποίηση των κειµένων έγινε ως προς το αν η µελέτη έγινε στην κορεσµένη ή στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους. Οι διεργασίες που συντελούνται στις δύο αυτές ζώνες είναι διαφορετικές. Στην ακόρεστη ζώνη συντελείται κυρίως η διεργασία της νιτροποίησης ενώ στην κορεσµένη ζώνη κύρια διεργασία είναι η απονιτροποίηση, χωρίς βέβαια να αποκλείεται η διεργασία της νιτροποίησης. Όσον αφορά την κορεσµένη ζώνη, δε µπορεί να υπάρχει πλήρης γνώση των διεργασιών που συντελούνται. Μερικοί παράγοντες που παίζουν ρόλο είναι το βάθος κάτω από την επιφάνεια του εδάφους στο οποίο βρίσκεται η ελεύθερη επιφάνεια, το πάχος του υδροφορέα, το ph του εδάφους, η πηγή ρύπανσης, η ποσότητα του ρύπου που εισέρχεται στο έδαφος κ.α. Συνεπώς, σε κάθε περιοχή οι διεργασίες είναι Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 12

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» διαφορετικές. Η τελευταία οµάδα περιλαµβάνει κείµενα που προσοµοιώνουν τη ρύπανση µε κάποιο µαθηµατικό µοντέλο, και ιδιαίτερα µε τον κώδικα MODFLOW, ο οποίος χρησιµοποιείται και στην παρούσα εργασία. Κύκλος του αζώτου στο έδαφος Προσοµοίωση διεργασιών του κύκλου του Ν 2 στην ακόρεστη ζώνη Προσοµοίωση διεργασιών του κύκλου του Ν 2 στην κορεσµένη ζώνη. Προσοµοίωση µε το πρόγραµµα ΜODFLOW 1 M.R.Trudell 1986 2 A. Sirulnik 2007 3 H.E. Donier 1974 4 T. Rosswall 1984 5 R. Well 2005 6 Inselsbacher 2007 7 M. Kaleem 2007 8 Mørkved 2007 Geoffrey Delin 2002 N. K. Narda 2002 E. Ledoux 2007 Κeith Halford Ledoux E 2007 Celine Conan Huaming Guo 2006 Gunter Wriedt 2007 M. Almasri 2007 Keith Schilling 2006 D. Lapwortha 2007 J. Molenat 2002 Carl Hoffmann 2006 V. Penky 1989 M. Almasri 2007 Arne Gustafson Nicolas Flipo 2007 S. Jayasundara 2007 T. Nielsen 1998 Zakaria Saadi 2003 M. T. Adetunji 1994 9 Gunter Wriedt 2006 Kai Kohler 2006 10 Bijay Singh 1978 Mee-Sun Lee 2006 11 C. Dahm 1998 Mee-Sun Lee 1987 Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 13

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» 12 Jose Miguel 2003 R. Bhandral 2007 Πίνακας 2.1 Οµαδοποίηση των κειµένων 2.2 Μετασχηµατισµός του αζώτου στο έδαφος Εικόνα 2.1 Εννοιολογικό µοντέλο του κύκλου του αζώτου στο έδαφος και τα υπόγεια νερά Ανάλογα µε την πηγή, το άζωτο εισέρχεται στο υπέδαφος ή ως οργανικό ή ως ανόργανο. Το οργανικό άζωτο προέρχεται από ενώσεις όπως τα αµινοξέα, τις αµίνες και τις πρωτεΐνες. Το ανόργανο άζωτο προέρχεται από το αµµώνιο, τα νιτρώδη και τα νιτρικά. Το άζωτο από τα λιπάσµατα είναι ανόργανης µορφής (συνήθως NH + 4, NO - 3 ) ενώ το Ν από ανεπεξέργαστα ή µερικώς επεξεργασµένα λύµατα και από κοπριές συναντάται είτε στην οργανική είτε στην ανόργανη µορφή του. Οι µετασχηµατισµοί του Ν στο υπέδαφος περιλαµβάνουν την : αµµωνίωση, δηλαδή τη βιολογική µετατροπή του οργανικού Ν σε NH 4 -Ν, νιτροποίηση, δηλαδή τη βιολογική οξείδωση του NH 4 -Ν σε NH 3 -Ν, απονιτροποίηση, δηλαδή τη βιολογική αναγωγή του NH 3 -Ν σε αέρια υποπροϊόντα όπως το N 2 Ο ή το N 2, Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 14

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» εξαέρωση της αµµωνίας. Η διαδικασία µετασχηµατισµού του Ν στο υπέδαφος περιλαµβάνει την: διάχυση των µορφών του αµµωνίου, διάχυση των µορφών των νιτρικών, µεταφορά οποιασδήποτε µορφής, µαζί µε το νερό. Στην Εικόνα 2.1 περιγράφονται οι σηµαντικότεροι µετασχηµατισµοί του αζώτου από την επιφάνεια του εδάφους έως τα υπόγεια νερά. Ο όγκος του αζώτου που εισέρχεται στο έδαφος είναι υπό µορφή αµµωνίου (NH4 + ). Τα αµµωνιακά ιόντα µπορούν να οξειδωθούν γρήγορα σε νιτρώδες άλας (NO2 ) παρουσία οξυγόνου από τα αυτότροφα βακτήρια (τα σηµαντικότερα εκ των οποίων είναι τα Nitrosomonas). Αυτό είναι το πρώτο βήµα στο στάδιο της νιτροποίησης, Στο δεύτερο στάδιο, τα αυτότροφα βακτήρια (που ονοµάζονται Nitrobacter) οξειδώνουν το νιτρώδες άλας σε νιτρικό άλας. Η διαδικασία που περιγράφηκε ονοµάζεται νιτροποίηση και εµφανίζεται συνήθως στην ακόρεστη ζώνη. Οι χηµικές αντιδράσεις κατά τα δύο στάδια είναι οι εξής: NH + 4 + 3/2 O 2 NO - 2 + 2H + + H 2 O (2.1) NO 2 - + 1/2O 2 NO 3 - (2.2) Και τα δύο στάδια της νιτροποίησης απελευθερώνουν ένα σηµαντικό ποσό ελεύθερης ενέργειας. Σε κανονικές συνθήκες η δεύτερη αντίδραση ακολουθεί την πρώτη. Έτσι το αµµωνιακό άζωτο µετατρέπεται σε νιτρικά και αποφεύγεται η συσσώρευση των νιτρωδών, τα οποία σε συγκεντρώσεις ακόµα και λίγων ppm, είναι εξαιρετικά τοξικά σε φυτά και ζώα. Η συνολική αντίδραση της νιτροποίησης γραµµένη για ένα electron - mole, (2.3) 1/4 O 2 + 1/8 NH 4 + έχει σταθερά ισορροπίας Κ=10 7.59. 1/8 NO 3 - + 1/4 H + + 1/8 H 2 O Από θερµοδυναµική λοιπόν άποψη η αντίδραση της νιτροποίησης είναι ιδιαίτερα ευνοϊκή. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 15

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» Είναι αξιοσηµείωτο ότι ανεξάρτητα από την πηγή των αµµωνιακών (αζωτοδέσµευση, λίπανση, λύµατα κ.τ.λ) η νιτροποίηση προκαλεί µείωση του ph των νερών και εδαφών. Στη συνέχεια, στα υπόγεια νερά, το νιτρικό άλας µετατρέπεται σε αέριο αζώτο από τη διάσπαση νιτρικών. Αυτή η διαδικασία ονοµάζεται απονιτροποίηση. Η απονιτροποίηση είναι η αναγωγή των νιτρικών σε νιτρώδη και στη συνέχεια σε οξείδια του αζώτου και τελικά σε άζωτο κατά το σχήµα: 2 ΝΟ 3-2 ΝΟ 2-2 ΝΟ Ν 2 Ο Ν 2 (2.4) Απουσία οξυγόνου, τα νιτρικά χρησιµοποιούνται από διάφορους µικροοργανισµούς (βακτήρια) σαν ένας εναλλακτικός δέκτης ηλεκτρονίων. Τα βακτήρια ( Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, και Αchromobacter ) αυτά είναι αναερόβια και ετερότροφα δηλαδή παίρνουν ενέργεια από την οξείδωση των οργανικών ουσιών. Υπάρχουν και αυτότροφα βακτήρια (Thiobacllus denitrificans) που παίρνουν την απαραίτητη ενέργεια από την οξείδωση των θειούχων σε θειικά. Μία ειδική περίπτωση αναγωγής των νιτρικών είναι αυτή που οδηγεί στο σχηµατισµό αερίου αζώτου. Σε ph=7.00 η απόδοση ελεύθερης ενέργειας ανά electron - mole της αντίδρασης : - 1/5 ΝΟ 3 + 1/4 (CH 2 O) + 1/5 H + 1/10 N 2 + 1/4 CO 2 + 7/20 H 2 O (2.5) είναι - 2.84 kcal και είναι µικρότερη από την απόδοση της µετατροπής των νιτρικών σε νιτρώδη. Στο έδαφος η απονιτροποίηση συµβαίνει κάτω ορισµένες συνθήκες: πρέπει να υπάρχει έτοιµη οργανική ύλη για να αποικοδοµηθεί. ο αέρας του εδάφους πρέπει να περιέχει λιγότερο από 10% οξυγόνο ή λιγότερο από 0.2 mg/l O 2 στο υδατικό διάλυµα. θερµοκρασία από 2 έως 50 ο C, µε ευνοϊκότερη τη θερµοκρασία 25-35 ο C Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 16

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» πολύ όξινα εδάφη (ph<5) παρεµποδίζουν τη γρήγορη απονιτροποίηση και δηµιουργούν συνθήκες όπου το κυρίαρχο προϊόν της αναγωγής των νιτρικών είναι το Ν 2 Ο. Γενικά στο έδαφος όταν τα επίπεδα του οξυγόνου είναι πολύ χαµηλά, το τελικό προϊόν της απονιτροποίησης είναι τα αέριο άζωτο (Ν 2 ). Αξίζει όµως να σηµειωθεί, ότι κάτω από τις µεταβαλλόµενες συνθήκες αερισµού του εδάφους δηµιουργούνται επίσης τα αέρια οξείδια του αζώτου Ν 2 Ο και ΝΟ. Η αναλογία ανάµεσα στα διάφορα αέρια προϊόντα της απονιτροποίησης εξαρτάται από το ph, τη θερµοκρασία, τη έλλειψη του οξυγόνου και τη συγκέντρωση των νιτρικών και νιτρωδών. Για παράδειγµα η παραγωγή του Ν 2 Ο ευνοείται όταν η συγκέντρωση των νιτρικών και νιτρωδών είναι υψηλή και η συγκέντρωση του οξυγόνου δεν είναι τόσο χαµηλή. Σε πολύ όξινες συνθήκες σχεδόν ολοκληρωτικά σχηµατίζεται Ν 2 Ο. Το ΝΟ βρίσκεται σε χαµηλά επίπεδα και κυρίως σε όξινες συνθήκες. Συνθήκες που επιδρούν στην νιτροποίηση Τα βακτήρια της νιτροποίησης είναι πολύ πιο ευαίσθητα στις περιβαλλοντικές συνθήκες σε σύγκριση µε τους ετερότροφους οργανισµούς που απελευθερώνουν το αµµώνιο από τις οργανικές αζωτούχες ενώσεις. Μερικές από τις συνθήκες που επιδρούν στη διαδικασία της νιτροποίησης είναι : Συγκέντρωση των αµµωνιακών: Νιτροποίηση θα συµβεί εάν υπάρχουν αµµωνιακά ιόντα. Παράγοντες όπως υψηλός λόγος C/N που εµποδίζει την απελευθέρωση των αµµωνιακών, εµποδίζει και τη νιτροποίηση. Υψηλές συγκεντρώσεις αµµωνίας ή ουρίας είναι τοξικές για τα βακτήρια Nitrobacter. Χωρίς τα βακτήρια αυτά τα νιτρώδη δεν οξειδώνονται σε νιτρικά, µε αποτέλεσµα να συσσωρεύονται σε τοξικές συγκεντρώσεις στα νερά και στο έδαφος. Αερισµός : Όπως αναφέρθηκε τα βακτήρια της νιτροποίησης είναι υποχρεωτικά αερόβια, εποµένως οι αερόβιες συνθήκες είναι απαραίτητες για την µετατροπή των αµµωνιακών σε νιτρικά. Πηγή του άνθρακα : Τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι αυτότροφοι οργανισµοί και δεν χρειάζονται οργανική ύλη είτε σαν πηγή άνθρακα είτε σαν πηγή ενέργειας. Συνήθως χρησιµοποιούν CO 2 ή διττανθρακικά ιόντα σαν πηγή άνθρακα για τις µεταβολικές τους ανάγκες. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 17

Κεφάλαιο 2 «Βιβλιογραφική Διερεύνηση» Θερµοκρασία : Ιδανική θερµοκρασία για τη νιτροποίηση είναι 20-30 ο C. H νιτροποίηση είναι πολύ αργή σε χαµηλές θερµοκρασίες και διακόπτεται κάτω από τους 5 ο C. Επίσης, σε υψηλές θερµοκρασίες πάνω από τους 35 ο C ο ρυθµός της επιβραδύνεται και διακόπτεται σε θερµοκρασίες πάνω από τους 50 ο C. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 18

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» 2.3 Προσθήκη των εξισώσεων της δίαιτας νιτρικών στον κώδικα IRENE Σκοπός του υποκεφαλαίου αυτού είναι η προσθήκη των εξισώσεων οι οποίες περιγράφουν τη δίαιτα των νιτρικών στα υπόγεια νερά στον κώδικα IRENE, ο οποίος περιγράφει την αλληλεπίδραση ροής και ρύπανσης µεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών. Ο κώδικας µπορεί να προσοµοιώσει τη µεταφορά και τη διάχυση συντηρητικού ρύπου τόσο στα υπόγεια όσο και στα επιφανειακά νερά. Εποµένως, έγινε προσθήκη των εξισώσεων (σε γλώσσα προγραµµατισµού Fortran) που περιγράφουν την αντίδραση της νιτροποίησης και απονιτροποίησης στα υπόγεια νερά. Η γενική εξίσωση µεταφοράς-διάχυσης ρύπου στα υπόγεια νερά, που χρησιµοποιείται στο πρόγραµµα IRENE, είναι η εξής: ( θc) C C C = θd xx + θd xy + θd xz + t x x x y x z 1 4 4 4 4 4 4 4 44 2 4 4 4 4 4 4 4 4 43 C C C + θd yx + θd yy + θd yz + y x y y z z 1 4 4 4 4 4 4 4 44 2 4 4 4 4 4 4 4 4 43 ( θv C) ( θv C) ( θv C) px py pz x y z 1 4 4 4 4 44 2 4 4 4 4 4 43 (2) (1) C C C + θd zx + θd zy + θd zz z x z y z z 1 4 4 4 4 4 4 4 44 2 4 4 4 4 4 4 4 4 43 (1) (1) + QSGC 14 243 (3) SG + R { (4) (2.6) όπου C [M/L 3 ] είναι η συγκέντρωση του ρύπου, D xx, D yy and D zz [L 2 /T] είναι οι βασικές συνιστώσες του συντελεστή υδροδυναµικής διασποράς κατά τους άξονες x, y και z αντίστοιχα, D xy, D yx, D xz, D zx, D yz and D zy [L 2 /T] είναι οι δευτερεύουσες συνιστώσες του συντελεστή υδροδυναµικής διασποράς, θ είναι το πορώδες του πορώδους µέσου, C SG [M/L 3 ] είναι η συγκέντρωση της πηγής ή της καταβόθρας της ροής Q SG [1/T] και ΣR είναι ο όρος που περιγράφει τους χηµικούς µετασχηµατισµούς. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 19

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» Οι αριθµηµένοι όροι στην εξίσωση (2.6) αναφέρονται στην υδροδυναµική διάχυση (όρος 1), στη µεταφορά (όρος 2), στην επίδραση πηγής ή καταβόθρας (όρος 3) και στο χηµικό µετασχηµατισµό (όρος 4). Οι v px, v py και v pz [L/T] είναι οι συνιστώσες της ταχύτητας στο πορώδες µέσο κατά τους άξονες x, y και z αντίστοιχα και σχετίζονται µε τις ταχύτητες Darcy σύµφωνα µε τις ακόλουθες εξισώσεις: u v = p px (2.7) θ v v = p py (2.8) θ w p v pz = (2.9) θ Όπου u p, v p και w p είναι οι συνιστώσες της ταχύτητας Darcy κατά τους άξονες x, y και z αντίστοιχα. To Υδροδυναµικό πρότυπο διασποράς καθορίζεται σύµφωνα µε το Bear (1979) από τις ακόλουθες εξισώσεις: v 2 2 2 v x y v z * D xx = α L + α TH + α TV + D (2.10) v v v v 2 2 2 y v x v z * D yy = α L + α TH + α TV + D (2.11) v v v v 2 2 2 v z v x y * D zz = α L + α TV + α TV + D (2.12) v v v v x v y D xy = D yx = (α L - α TH ) v (2.13) v x v z D xz = D zx = (α L - α TV ) v (2.14) v yv z D yz = D zy = (α L - α TV ) v (2.15) όπου αl [L] είναι η διαµήκης διάχυση, α TH [L] είναι η οριζόντια εγκάρσια διάχυση, α TH [L] είναι η κάθετη εγκάρσια διάχυση, D* [L 2 /T] είναι ο µοριακός συντελεστής διάχυσης και v [L/T] είναι το µέγεθος του διανύσµατος ταχύτητας διήθησης. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 20

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» 2.3.1 Ανάπτυξη του όρου του χηµικού µετασχηµατισµού Ο όρος του χηµικού µετασχηµατισµού στη περίπτωση που ο ρύπος είναι αµµωνιακό άζωτο αναλύεται ως εξής. ΣR=r 1 +r 2 +r 3 +r 4 (2.16) Όπου r 1 : δηλώνει την αντίδραση της οξείδωσης του αµµωνίου σε νιτρώδες άλας r 2 : δηλώνει την αντίδραση της οξείδωσης του νιτρώδους άλατος στο νιτρικό άλας r 3 : δηλώνει τη διαδικασία της απονιτροποίησης r 4 : δηλώνει την οξείδωση του οργανικού υποστρώµατος Η αντίδραση της οξείδωσης του αµµωνίου σε νιτρώδες άλας είναι η εξής: r 1 :NH + 4 + 3/2O 2 (aq) NO - 2 + H 2 O + 2H + (2.17) Η αντίδραση της οξείδωσης του νιτρώδους άλατος στο νιτρικό άλας είναι η εξής: r 2 :NO 2 - + 1/2O 2 (aq) NO 3 - (2.18) Οι παραπάνω εξισώσεις, όπως έχει ήδη αναφερθεί, περιγράφουν τη διαδικασία της νιτροποίησης. Οι κινητικές εξισώσεις για τη νιτροποίηση έχουν την ακόλουθη µορφή (2.19) (2.20) όπου Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 21

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» r 1 είναι το ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρώµατος από τη διαδικασία οξείδωσης του αµµωνίου (mg/(l day)), r 2 το ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρωµάτων από τη διαδικασία οξείδωσης νιτρώδους άλατος (mg/(l day)), το µέγιστο ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρώµατος για τη νιτροποίηση, µε το οποίο το αµµωνιακό άζωτο µετατρέπεται σε νιτρώδης (l/day), το µέγιστο ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρωµάτων για τη νιτροποίηση, µε το οποίο το νιτρώδης µετατρέπεται σε νιτρικά(l/day), X 1 η συγκέντρωση της αυτότροφης βιοµάζας που απαιτείται για την οξείδωση της αµµωνίας (mg/l), X 2 η συγκέντρωση της αυτότροφης βιοµάζας που απαιτείται για την οξείδωση του νιτρώδες (mg/l), K NH4, K NO2 και K O2 οι σταθερές ηµικορεσµού για τα NH + 4, NO - 2 και τα Ο 2 (mg/l), και k b1 και k b2 είναι η σταθερά παρεµπόδισης για την οξείδωση της αµµωνίας και την οξείδωση του νιτρώδες (mgl). Ο διαλυµένος οργανικός άνθρακας είναι η πηγή µικροβιακής και αντίδρασης νιτρικών αλάτων, και υποτίθεται ότι ήταν αµετάβλητος. Σε αυτό το έγγραφο, οι οργανικές ενώσεις αντιπροσωπεύονται από τον απλουστευµένο χηµικό τύπο CH2O, και υποτίθεται ότι υποβιβάστηκαν από τους ετεροτροπικούς µικροοργανισµούς κάτω από αερόβιες συνθήκες. Η γενική αντίδραση για τη διάσπαση νιτρικών (διαδικασία απονιτροποίησης) είναι η εξής: r 3 :CH 2 O + 4/5NO 3 2/5N2 + 4/5HCO - 3 + 1/5CO 2 (aq) + 1/5H 2 O (2.21) Οι κινητικές εξισώσεις για τη διάσπαση νιτρικών έχουν την ακόλουθη µορφή (2.22) Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 22

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» Όπου r 3 είναι το ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρώµατος από τη διάσπαση των νιτρικών (mg/(l day)), είναι το µέγιστο ποσοστό χρησιµοποίησης οργανικού υποστρώµατος για τη διάσπαση νιτρικών, µε το οποίο το άλας-άζωτο µειώνεται στο αέριο αζώτου (l/day), K CH2O, K NO3 οι σταθερές ηµικορεσµού για τα CH 2 O και NO 3 (mg/l), X 3 η συγκέντρωση ετερότροφων βιοµαζών (mg/l) και k b3 και k O2I είναι η σταθερά παρεµπόδισης της ετεροτροφικής βιοµάζας και οξυγόνου(mg/l). Μεταφορά διαλυµένου οργανικού άνθρακα και διαλυµένου οξυγόνου Οι απώλειες αζώτου µέσω των διαδικασιών διάσπασης νιτρικών απαιτούν ένα κατάλληλο υπόστρωµα άνθρακα για να υποστηρίξουν τη βιολογική δραστηριότητα στη διαποτισµένη ζώνη. Η βιοδιάσπαση των οργανικών ενώσεων αντιπροσωπεύεται ως αντίδραση οξείδωσης από ένας µικροβιακός πληθυσµός που µεσολαβεί. Η στοιχειοµετρία της οξείδωσης του DOC µπορεί να γραφτεί όπως: r 4 : CH 2 O +O 2 (aq) CO 2 (aq) +H 2 O (2.23) Οι κινητικές εξισώσεις για την οξείδωση του DOC έχουν την ακόλουθη µορφή (2.24) όπου r 4 είναι το ποσοστό χρησιµοποίησης του οργανικού υποστρώµατος κατά τη διάσπαση νιτρικών (mg/(l day)), το µέγιστο ποσοστό χρησιµοποίησης οργανικού υποστρώµατος για την οργανική οξείδωση άνθρακα (l/day). Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 23

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» Μικροβιακές αντιδράσεις Ο µικροβιακός πληθυσµός εντοπίζεται έχοντας τρεις τύπους µικροβιακών βιοµαζών που περιλαµβάνουν τα αυτότροφα βακτηρίδια για την οξείδωση της αµµωνία, τα αυτότροφα βακτηρίδια για την οξείδωση του νιτρώδες και τα ετερροτροφικά βακτηρίδια. Οι εξισώσεις για το ποσοστό αύξησης της βιοµάζας έχουν την ακόλουθη µορφή: (2.25) (2.26) (2.27) όπου Y 1, Y 2 και Y 3 είναι οι µικροβιακοί συντελεστές παραγωγής για τα αυτότροφα αµµωνία-οξειδωτικά βακτηρίδια, τα αυτότροφα άλας-οξειδωτικά βακτηρίδια και τα ετεροτροπικά βακτηρίδια (υπόστρωµα mg biomass/mg), αντίστοιχα, και d 1, d 2 και d 3 είναι σταθερές ποσοστού θάνατος ή συντήρησης (l/day) των αυτότροφων βακτηριδίων για την οξείδωση της αµµωνία, των αυτότροφων βακτηριδίων για την οξείδωση του νιτρώδες και των ετεροτροφικών βακτηριδίων 2.3.2 Επαλήθευση του τροποποιηµένου κώδικα IRENE Για τον έλεγχο του τροποποιηµένου κώδικα IRENE χρησιµοποιήθηκε σχετικό υπολογιστικό παράδειγµα από τη βιβλιογραφία (Widdowson et al., 1988, Mee-Sun Lee et al., 2005). Τα αποτελέσµατα του κώδικα IRENE συγκρίθηκαν µε τα αποτελέσµατα του κώδικα των Mee-Sun Lee et al. (2005) για το υπολογιστικό παράδειγµα το οποίο περιγράφεται στην επόµενη παράγραφο. Η επιβεβαίωση του κώδικα IRENE µε στοιχεία πεδίου δεν ήταν δυνατή λόγω έλλειψης µετρήσεων της συγκέντρωσης των διάφορων µορφών αζώτου (ΝΗ + 4, ΝΟ - 2, ΝΟ - 3 ) στην περιοχή µελέτης. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 24

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» 2.3.2.1 Περιγραφή παραδείγµατος επιβεβαίωσης του κώδικα IRENE Χρησιµοποιείται µια µονοδιάστατη εργαστηριακή στήλη µήκους 50 εκατοστών (Widdowson et al., 1988, Mee-Sun Lee et al., 2005). Το διάστηµα των κόµβων είναι 0.5cm. Οι υδροδυναµικές ιδιότητες και οι αριθµητικές παράµετροι δίνονται στον πίνακα 2.2. Οι αρχικές συγκεντρώσεις του οργανικού υποστρώµατος, του οξυγόνου, των νιτρικών αλάτων και της βιοµάζας είναι 1.0, 2.0 και 5.0 mg/l, και 3.64*10-3 mg/cm 3, αντίστοιχα, και είναι οµοιόµορφες πέρα από την περιοχή. Οι συγκεντρώσεις του οργανικού υποστρώµατος, του οξυγόνου, των νιτρικών αλάτων και της βιοµάζας στο αριστερό όριο της στήλης είναι 20.0, 2.0 και 5.0 mg/l, και 3.64*10-3 mg/cm 3, αντίστοιχα. Επίσης ισχύει ότι θc/θx=0 (η κλίση της συγκέντρωσης) για όλες τις διαλυτές ουσίες καθορίζεται ίση µε µηδέν για το αριστερό όριο. Οι παράµετροι αντίδρασης κινητικών Monod που χρησιµοποιούνται για αυτήν την περίπτωση παρατίθενται στον πίνακα 2.2. Ο χρόνος προσοµοίωσης είναι 4 και 8 ηµέρες. Τα αποτελέσµατα φαίνονται και σχολιάζονται παρακάτω. Στη συνέχεια ακολουθεί µια δεύτερη προσοµοίωση που παρουσιάζει την οξείδωση της αµµωνία σύµφωνα µε τις εξισώσεις που έχουν προαναφερθεί. Οι αρχικές συγκεντρώσεις του οργανικού υποστρώµατος, του οξυγόνου, της αµµωνίας και της βιοµάζας είναι 1.0, 2.0, 6.0 και 0.565 mg/l, αντίστοιχα, και είναι οµοιόµορφες πέρα από την περιοχή. Οι συγκεντρώσεις του οργανικού υποστρώµατος, του οξυγόνου, της αµµωνίας και της βιοµάζας στο αριστερό όριο της περιοχής καθορίζονται σε 10.0, 2.0, 6.0 και 0.565 mg/l, αντίστοιχα. Οι υδροδυναµικές παράµετροι αντίδρασης παραµέτρων και κινητικών Monod δίνονται στον πίνακα 2.2. Ο χρόνος προσοµοίωσης είναι 12 ηµέρες και το µέγεθος του χρονικού βήµατος 0.12 ηµέρες. Παράµετροι Υδραυλική αγωγιµότητα (cm/day) Τιµές 832 Πορώδες 0.44 Συντελεστής διάχυσης (cm) 0.5 Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 25

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» Μέση γραµµική ταχύτητα 10 (cm/day) (day) 10 (day) 10 (day) 40 (day) 30 K NH4 (mg/l) 1 K NO2 (mg/l) 1.8 K NO3 (mg/l) 2.6 K CH2O (mg/l) 40 k O2I (mg/l) 0,01 k b1 (mg/l) 1 k b2 (mg/l) 1 k b3 (mg/l) 0.5 Y 1 0.45 Y 2 0.45 Y 3 0.5 d 1 (day) 0.02 Παράµετροι Τιµές d 2 (day) 0.02 d3 (day) 0.02 Πίνακας 2.2 Τιµές των σταθερών του πειράµατος 2.3.2.2 Αποτελέσµατα Σχολιασµός Για την επαλήθευση των αποτελεσµάτων συγκρίνουµε τα αποτελέσµατα του κώδικα µε αυτά του πειράµατος. Η ψηφιοποίηση των αποτελεσµάτων του πειράµατος έγινε µε τη βοήθεια του προγράµµατος surfer 8. Με τη συνεχή γραµµή φαίνονται τα αποτελέσµατα του κώδικα ενώ µε τα σηµεία τα αποτελέσµατα της ψηφιοποίησης. Παρατηρείται ότι τα το σφάλµα είναι πολύ µικρό και συνεπώς ο τα αποτελέσµατα του κώδικα είναι πλήρως αποδεκτά. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 26

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» ιάγραµµα 2.1 Αποτελέσµατα τις προσοµοίωσης για t=4ηµέρες. Από το διάγραµµα παρατηρείται ότι στην αρχή της στήλης οι συγκεντρώσεις του οργανικού υποστρώµατος, του οξυγόνου και των νιτρικών είναι αυτές που εισάγονται στο αριστερό όριο. Στη συνέχεια, όπου η συγκέντρωση του οξυγόνου είναι ακόµα σε υψηλές τιµές, η βιοµάζα καταναλώνει το οργανικό υπόστρωµα χρησιµοποιώντας την ενέργεια από το οξυγόνο. Αυτή η διεργασία πραγµατοποιείται έως ότου καταναλωθεί η συγκέντρωση του οξυγόνου. Για το διάστηµα αυτό η συγκέντρωση των νιτρικών παραµένει σταθερή. Στη συνέχεια η βιοµάζα µην έχοντας οξυγόνο παίρνει ενέργεια από τα νιτρικά έως ότου και αυτά φτάσουν σε µια κρίσιµη τιµή. Στο τέλος της στήλης παρατηρείται ότι οι συγκεντρώσεις των προηγούµενων στοιχείων έχουν σταθεροποιηθεί και έχουν τις τιµές και που είχε η στήλη. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 27

Κεφάλαιο 2 «Τροποποίηση κώδικα IRENE» ιάγραµµα 2.2 Αποτελέσµατα τις προσοµοίωσης για t=4ηµέρες. Στην 8η ηµέρα παρατηρείται ότι η βιοµάζα έχει καταναλώσει όλο το οξυγόνο και τα νιτρικά της στήλης µε αποτέλεσµα να σταµατήσει και η κατανάλωση του οργανικού υποστρώµατος. ιάγραµµα 2.3 Αποτελέσµατα τις προσοµοίωσης για t=4ηµέρες. Στο σχήµα αυτό περιγράφεται η οξείδωση της αµµωνίας. Παρατηρείται ότι η τιµή της αµµωνίας έχει σταθεροποιηθεί αφού πρώτα έχει µηδενιστεί η συγκέντρωση του οξυγόνου και έχει σταθεροποιηθεί η συγκέντρωση του οργανικού υποστρώµατος. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 28

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» Κεφάλαιο 3 Περιγραφή της περιοχής µελέτης 3.1 Οριοθέτηση της περιοχής µελέτης. Η περιοχή µελέτης βρίσκεται Βορειοδυτικά της Ελλάδας, στο νόµο Αιτωλοακαρνανίας, περίπου 250 km από την Αθήνα. Περιλαµβάνει µέρη των υδρολογικών λεκανών του Αχελώου, της Λυσιµαχείας και της Τριχωνίδας. Το µεγαλύτερο αστικό κέντρο της περιοχής είναι η πόλη του Αγρινίου. Πιο συγκεκριµένα, η περιοχή µελέτης οριοθετείται ανατολικά του ποταµού Αχελώου από το φράγµα του Στράτου και νότια έως το σηµείο που ενώνεται µε το ίµηκο ποταµό, περιλαµβάνει τη λίµνη Λυσιµαχεία και ένα κοµµάτι της λίµνης Τριχωνίδας έως τα καρστικά πετρώµατα (πετρώµατα µε πράσινο χρώµα στο χάρτη). Στο βόρειο και νότιο τµήµα οριοθετείται από τα αδιαπέραστα πετρώµατα του Φλύσχη. Στην εικόνα 3.1 φαίνεται το όριο της περιοχής µελέτης µε µαύρο χρώµα. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 29

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» Εικόνα 3.1 Γεωλογικός χάρτης και οριοθέτηση της περιοχής µελέτης. Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 30

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» 3.2 Φυσικό Περιβάλλον Η περιοχή µελέτης παρουσιάζει ήπιο σχετικά ανάγλυφο µε εναλλαγές πεδινών και λοφωδών εκτάσεων. Το λοφώδες τοπίο εντοπίζεται νότια και βόρεια - βορειοανατολικά της λίµνης Τριχωνίδας όπου και εµφανίζονται οι µεγαλύτερες κλίσεις του ανάγλυφου καθώς και τα µεγαλύτερα υψόµετρα της λεκάνης. Εικόνα 3.2: Ανάγλυφο της περιοχής µελέτης. Το κλίµα της περιοχής χαρακτηρίζεται ως µεσογειακό ήπιο κατά την ψυχρή περίοδο, µε µικρή νέφωση, χαµηλή ηλιοφάνεια και αυξηµένη υγρασία, λόγω και των λιµνών. Το καλοκαίρι χαρακτηρίζεται από υψηλές θερµοκρασίες άνω των είκοσι βαθµών Κελσίου (>20 C), οι οποίες καταγράφονται κατά τους (τέσσερις) µήνες, Ιούνιο, Ιούλιο, Αύγουστο και Σεπτέµβριο. Η περιοχή του ήµου Αγρινίου είναι µία από τις περιοχές της Ελλάδας, που σηµειώνονται οι µεγαλύτερες θερµοκρασίες του θέρους. 3.3 ηµογραφικά στοιχεία Ο νοµός Αιτωλοακαρνανίας διοικητικά ανήκει στην Περιφέρεια υτικής Ελλάδος. Κατά την απογραφή του 1981 καταµετρήθηκαν στην περιοχή 90.558 άτοµα, τα οποία αποτελούσαν το 41,21% του συνολικού πληθυσµού του νοµού Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 31

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» (συνολικός πληθυσµός νοµού: 219.764 άτοµα). Κατά την απογραφή του 1991 ο αντίστοιχος πληθυσµός ήταν 96.222 κάτοικοι, που αποτελούσαν το 42,17% του συνολικού πληθυσµού του νοµού. Παρατηρείται δηλαδή µια µικρή αύξηση πληθυσµού κατά 6,25%. Η πυκνότητα του πληθυσµού το 1991 ήταν περίπου 42 κάτοικοι /km 2, ενώ ο αντίστοιχος µέσος όρος για την Ελλάδα φτάνει τους 77 κατοίκους /km 2, γεγονός που δηλώνει ότι ο Νοµός Αιτωλοακαρνανίας είναι σχετικά αραιοκατοικηµένος και ενδεχοµένως να υπάρχει δυνατότητα περαιτέρω οικιστικής και οικονοµικής ανάπτυξης. 3.4 Κοινωνικο -οικονοµικά στοιχεία της περιοχής µελέτης - Χρήσεις γης Η κύρια οικονοµική ασχολία των κατοίκων της περιοχής είναι η γεωργία. Το 41% του ενεργού οικονοµικά πληθυσµού ασχολείται µε την γεωργία, κτηνοτροφία και αλιεία. Ακολουθεί ο κλάδος του εµπορίου, επισκευών, ξενοδοχείων και εστιατορίων, στον οποίο δραστηριοποιείται το 11% του οικονοµικά ενεργού πληθυσµού, ενώ ο τοµέας των κατασκευών έπεται, αφού σε αυτόν δραστηριοποιείται µόνον το 8% του προαναφερθέντος πληθυσµού. Ανεπτυγµένος είναι και ο κλάδος των µεταποιητικών βιοτεχνιών, ιδιαίτερα αυτών που αφορούν γεωργοκτηνοτροφικά προϊόντα, όπως ελαιουργεία, τυροκοµεία, σφαγεία και εργοστάσια συσκευασίας τροφίµων ( ιάγραµµα 3.1) (ΕΣΥΕ, 1997). Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 32

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» ιάγραµµα 3.1: Ποσοστό των ασχολιών των κατοίκων της περιοχής. Το σύνολο των καλλιεργούµενων εκτάσεων φτάνει τα 1.295.639 στρέµµατα (1998), από τα οποία αρδεύονται τα 688.808 στρέµµατα (πίνακας 3.1). Οι κύριες αγροκτηνοτροφικές δραστηριότητες αφορούν στην καλλιέργεια καπνού, βαµβακιού, ελαιοδέντρων, εσπεριδοειδών, κτηνοτροφών και στην παραγωγή ελαιόλαδου και γαλακτοκοµικών προϊόντων, ενώ αξίζει να σηµειωθεί ότι ο Ν. Αιτωλοακαρνανίας είναι πρώτος Νοµός σε παραγωγή καπνού σε όλη τη χώρα. Ρυθµός ΓΕΩΡΓΙΑ 1989 1992 1996 Μεταβολής ΣΥΝΟΛΟ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ (στρέµµατα) 1.282.184 1.309.165 1.267.493-1.15 ΑΡ ΕΥΘΕΙΣΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ (στρέµµατα) 631.507 703.078 698.168 10.56 ΚΑΠΝΟΣ (τόνοι) 30.810 46.582 32.266 4.73 ΒΑΜΒΑΚΙ (τόνοι) 16.518 12.736 14.828-10.23 ΕΛΑΙΟΛΑ Ο (τόνοι) 7.326 8.174 13.598 85.61 ΚΡΕΑΣ (τόνοι) 16.994 14.365 17.756 4.48 ΓΑΛΑ (τόνοι) 64.851 67.772 73.595 13.48 ΤΥΡΙ (τόνοι) 9.367 9.438 10.176 8.64 Πίνακας 3.1. Τάσεις στην Γεωργία και ετήσιες παραγωγές των κύριων αγροκτηνοτροφικών προϊόντων για την περίοδο 1989-1996 (ΕΣΥΕ, 1997). Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 33

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» ιάγραµµα 3.2 Κατανοµή στην ετήσια παραγωγή των κύριων αγροκτηνοτροφικών προϊόντων στον Ν. Αιτωλοακαρνανίας για το έτος 1996 (ΕΣΥΕ, 1997). Αναλυτικότερα, οι καλλιεργούµενες εκτάσεις και αγραναπαύσεις αποτελούν την κύρια χρήση γης µε ποσοστά 39,5 % (1991) στην περιοχή µελέτης. Ακολουθούν οι βοσκότοποι 26,20 % οι δηµόσιοι και 8.4 % οι ιδιωτικοί και τα δάση µε 7,3%. Σηµειώνεται επίσης ότι ένα ποσοστό 14% των εκτάσεων, καλύπτεται από νερά ενώ ένα 4,6 % καταλαµβάνεται από τους οικισµούς (διάγραµµα 3.3). ιάγραµµα 3.3 Χρήσεις γης στην περιοχή µελέτης κατά το έτος 1991 (ΕΣΥΕ, 1997). Γεωργική δραστηριότητα Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 34

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» Οι καλλιέργειες, που κατά κύριο λόγο απαντούν στην περιοχή, είναι: αραβόσιτος, τριφύλλια, βαµβάκια και ελιές. Είναι εφικτός ένας σε γενικές γραµµές, χωρικός διαχωρισµός των καλλιεργειών: γύρω από την Τριχωνίδα, όπου κατά κύριο λόγο καλλιεργούνται ελιές στην πεδινή περιοχή των Καλυβιών οκιµίου, όπου καλλιεργούνται τριφύλλια, αραβόσιτος, Λιπάσµατα, ζιζανιοκτόνα εντοµοκτόνα Σύµφωνα µε τα στοιχεία, που συγκεντρώθηκαν από τη /νση Γεωργίας της Νοµαρχία Αιτωλ/νίας, τους Αγροτικούς Συνεταιρισµούς και τον Οργανισµό Καπνού, κατά κύριο λόγο χρησιµοποιούνται: λιπάσµατα : Νιτρικά, φωσφορικά, αµµωνιακά, θειικό κάλιο, θειικό κάλιο µαγνήσιο θειική αµµωνία, καθώς και τα σύνθετα µε προεξέχοντα τα 11-15-15, 8-16-24, 4-14- 24-2, και 4-8-15-5. Στοιχεία, που να αφορούν την ποσότητα των λιπασµάτων, τα οποία καταναλώνονται ετησίως στην περιοχή µελέτης δεν υπάρχουν, λόγω της ύπαρξης πληθώρας προµηθευτών. Ζιζανιοκτόνα - παρασιτοκτόνα - εντοµοκτόνα: Ανάλογα µε το είδος της καλλιέργειας κοινά, σε όλες σχεδόν, είναι τα ΡΑRAQUΑΤ και GRΑΜΟΧΟΝ. Κατά κύριο λόγο χρησιµοποιούνται τα οργανοφωσφορικά, τα τριαζινικά (ατραζίνες και παράγωγα τους), τα καρβαµιδικά και λιγότερο τα οργανοχλωριοµένα µε κύριο το εντοµοκτόνο ΤΗΙΟDΑΝ, που αν και έχει απαγορευθεί (για χρήση στα καπνά, σύµφωνα µε τους αρµόδιους της Νοµαρχίας) χρησιµοποιείται ακόµα. Η µακροχρόνια χρήση (>30 χρόνια) και η τοξικότητα του εντοµοκτόνου αυτού καθιστά επιβεβληµένη τον έλεγχο τυχόν παρουσίας του στο νερό. Στα χρονικά πλαίσια της παρούσας µελέτης, ο έλεγχος που πραγµατοποιήθηκε σε δείγµατα επιφανειακών νερών δεν έδειξε την παρουσία ανιχνεύσιµων περιεκτικοτήτων του φυτοφαρµάκου αυτού. Από τα επικίνδυνα και επί µακρόν χρησιµοποιούµενα ζιζανιοκτόνα αναφέρουµε, επίσης, τις ατραζίνες και τα παράγωγα τους, το Paraquat, τη Simazine (σε ελιές -καλαµπόκι) και την Trifluraline και prometrine (σε βαµβάκι) κ.α. Να σηµειώσουµε, ότι σύµφωνα µε τις παρατηρήσεις µας, δεν λαµβάνεται κάποια ιδιαίτερη µέριµνα για τη συλλογή - καταστροφή των συσκευασιών των φυτοπροστατευτικών προϊόντων, που µόλις Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 35

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» χρησιµοποιήθηκαν και οι οποίες συνήθως απορρίπτονται ανεξέλεγκτα σε ρέµατα, χωράφια κλπ. Ελαιοτριβεία Σύµφωνα µε τα στοιχεία της /νσης Γεωργίας του νοµού Αιτωλοακαρνανίας, στην περιοχή ενδιαφέροντος λειτουργούσαν, το 1997, 39 µονάδες ελαιοτριβείων. Υπάρχει µια σηµαντική συγκέντρωση µονάδων στο ανατολικό τµήµα της λεκάνης και µάλιστα γύρω από τη λίµνη Τριχωνίδα. Με δεδοµένη την περιοδική λειτουργία των µονάδων αυτών (Νοέµβριος - Ιανουάριος) και τη σηµαντική παραγωγική διαδικασία, αναµένεται να παράγονται ικανές ποσότητες υγρών αποβλήτων πλούσιων σε οργανικούς ρυπαντές. Τα απόβλητα αυτά, τα οποία διατίθενται ή επιφανειακά ή υπόγεια µέσω απορροφητικών βόθρων, επιβαρύνουν τον υδροφόρο ορίζοντα. Τέλος, ένα µέρος των ελαιοτριβείων χρησιµοποιεί, ως µέθοδο επεξεργασίας των παραγόµενων υγρών αποβλήτων από την επεξεργασία της ελιάς τις τρεις στεγανές δεξαµενές. Η τελική διάθεση τον τρόπο αποβλήτων δεν είναι γνωστή. Τυροκοµεία Μέσα στα διοικητικά όρια των ήµων και Κοινοτήτων της περιοχής µελέτης λειτουργούσαν το 1997, 12 τυροκοµικές µονάδες Σφαγεία Στην περιοχή απαντούν 6 σφαγεία, τα οποία έχουν άµεση επήρεια στην ποιότητα του υδροφόρου ορίζοντα στην περιοχή του σφαγείου του ήµου Θεστιέων (γεώτρηση ΠΓ3), όπου και παρατηρήθηκαν και οι υψηλότερες περιεκτικότητες σε ΝΗ4. Η διάθεση των αποβλήτων στη συγκεκριµένη περίπτωση γίνεται απευθείας στο περιβάλλον χωρίς καµία επεξεργασία. Κτηνοτροφική δραστηριότητα Από το σύνολο της κτηνοτροφικής δραστηριότητας σηµαντικότερη, ειδικότερα για το χώρο µεταξύ του Αχελώου και των λιµνών Λυσιµαχείας και Τριχωνίδας, είναι η εκτροφή χοίρων. Στην περιοχή απαντούν 23 κτηνοτροφικές µονάδες, πολλές εκ των οποίων µε σηµαντικό αριθµό κεφαλών. Οι κτηνοτροφικές µονάδες αποτελούν µια από τις σηµαντικότερες πήγες Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 36

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» ρύπανσης του υδροφόρου ορίζοντα της περιοχής. Η διάθεση των υγρών αποβλήτων σε υπαίθριες απορροφητικές δεξαµενές επιβαρύνουν τον υδροφόρο ορίζοντα µε οργανικούς ρυπαντές. Ειδικότερα, οι µονάδες που βρίσκονται δίπλα από τον ποταµό Αχελώο διαθέτουν τα λύµατα τους σε µεγάλους υπαίθριους απορροφητικούς βόθρους κατασκευασµένους µέσα σε χαλαρές ποτάµιες αποθέσεις υψηλής περατότητας. Άλλες ανθρωπογενείς δραστηριότητες Στην περιοχή µελέτης, εκτός από τις προαναφερθείσες µονάδες, υπάρχουν επίσης 8 µονάδες επεξεργασίας βρώσιµης ελιάς: - µία (1) στο Παναιτώλιο, - τέσσερις (4) στο Καινούργιο, - µία (1) στο Αγρίνιο, - µία (1) στη Μεγάλη Χώρα και - µία (1) στα Σπολαίιτα. Επιπρόσθετα, ένας ορυζόµυλος στο Αγρίνιο και σηµαντικός αριθµός ξηραντηρίων καπνών Βιρτζίνια απαντούν διάσπαρτα στο χώρο µελέτης. Στην περιοχή, αντίθετα, δεν απαντούν βαριές βιοµηχανικές και βιοτεχνικές µονάδες, βαφεία, βυρσοδεψεία, επιµεταλωτήρια κλπ. Συµπερασµατικά, ο Ν. Αιτωλοακαρνανίας παρουσιάζει τα κυρίαρχα χαρακτηριστικά που συναντώνται και σε πολλές άλλες επαρχιακές περιοχές της χώρας τα τελευταία χρόνια, όπως τη σηµαντική µετακίνηση του πληθυσµού προς τα αστικά κέντρα και συνεπώς την ανάπτυξη του τριτογενούς τοµέα, την ελαφρά µείωση του αριθµού των ανθρώπων που ασχολούνται µε τη γεωργία και το χαµηλότερο κατά κεφαλήν εισόδηµα που παρατηρείται στις γεωργικές περιοχές σε σχέση µε τα αστικά κέντρα. 3.5 Περιβαλλοντική κατάσταση της περιοχής Οι σηµαντικότερες πηγές ρύπανσης της περιοχής προέρχονται από την εντατική αγροτική εκµετάλλευση, τα αστικά λύµατα, τα στερεά απορρίµµατα, τα απόβλητα γεωργικών βιοτεχνιών και κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων και οι επιχωµατώσεις υγροτοπικών περιοχών. Συγκεκριµένα, η εντατικοποίηση των καλλιεργειών και η αλόγιστη χρήση λιπασµάτων και φυτοφαρµάκων επιβαρύνουν σηµαντικά την ποιοτική κατάσταση των υπόγειων και επιφανειακών υδάτων. Στην Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 37

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» υδρολογική λεκάνη της Τριχωνίδας, πρόσφατες µελέτες, ανέδειξαν, ότι 44.713 τόνοι λιπασµάτων χρησιµοποιούνται ετησίως για τις καλλιέργειες της περιοχής, από τους οποίους προκύπτει ότι το έδαφος εµπλουτίζεται µε 6.625 τόνους άζωτο, 8.116 τόνους φώσφορο και 703 τόνους κάλιο, ετησίως. Το ποσοστό των ουσιών αυτών που καταλήγουν στον υδάτινο αποδέκτη της περιοχής, υπολογίζεται ότι είναι 18% του συνολικού αζώτου και 3,8% του εδαφικού φωσφόρου. Έτσι, συµπεραίνεται ότι η φόρτιση της λίµνης Τριχωνίδας σε άζωτο και φώσφορο εξαιτίας της χρήσης λιπασµάτων, ανέρχεται σε 1.193 τόνους άζωτο και 321 τόνους φώσφορο ετησίως. Όσο αφορά στα φυτοφάρµακα, τα οποία αποτελούν ιδιαίτερα επικίνδυνους ρυπαντές για το περιβάλλον και τη δηµόσια υγεία, αφού πολλά από αυτά είναι τοξικά, έχουν µεγάλους χρόνους παραµονής στα υδάτινα αποθέµατα και βιοσυσσωρεύονται στις τροφικές αλυσίδες, πρέπει να τονιστεί ότι η χρήση τους στην περιοχή της Τριχωνίδας είναι µειωµένη σε σχέση µε άλλες περιοχές της Ελλάδας. Συγκεκριµένα, από µελέτες που πραγµατοποιήθηκαν στην περιοχή βρέθηκε ότι η συνολική δραστική ουσία των φυτοφαρµάκων στη γεωργική περιοχή της Τριχωνίδας ανήρχετο ετησίως περί τα 200 gr ανά στρέµµα. Η τιµή αυτή, συγκρινόµενη µε άλλες περιοχές της χώρας, όπως τα Ιωάννινα, όπου η συνολική δραστική ουσία των φυτοφαρµάκων αναφέρεται ότι είναι της τάξης των 1.2-3.2kg ανά στρέµµα, µπορεί να χαρακτηριστεί ιδιαιτέρως µειωµένη. Επιπλέον, οι µετρηθείσες συγκεντρώσεις των φυτοφαρµάκων στα ύδατα της περιοχής ήταν αρκετά χαµηλότερες των ορίων ανοχής των σχετικών διεθνών οργανισµών καθώς και των ορίων ποσιµότητας του νερού, που έχει θέσει ο Παγκόσµιος Οργανισµός Υγείας. Τα ελαιοτριβεία, τα οποία σήµερα φτάνουν τα τριάντα τρία και αποτελούν σηµαντικό οικονοµικό παράγοντα της περιοχής, δηµιουργούν επίσης αξιοσηµείωτο πρόβληµα ρύπανσης, αφού η διάθεση των αποβλήτων τους δεν γίνεται σύµφωνα µε την άδεια λειτουργίας τους σε στεγανούς βόθρους, αλλά συνήθως αυτά απορρίπτονται ανεπεξέργαστα, στα υδρορέµατα της περιοχής που καταλήγουν στη λίµνη. Έτσι, επιβαρύνονται σηµαντικά τα υδάτινα αποθέµατα της περιοχής µε επικίνδυνες τοξικές ουσίες, όπως οι πολυφαινόλες, οι πολυαλκοόλες και τα οργανικά οξέα, τα οποία έχουν µεγάλη φυτοτοξικότητα και επηρεάζουν άµεσα την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού που αποτελεί τον πρώτο κρίκο της τροφικής αλυσίδας µε απρόβλεπτες συνέπειες για τα οικοσυστήµατα. Άλλες πηγές ρύπανσης είναι τα αστικά λύµατα και απορρίµµατα που επιβαρύνουν σε µεγάλο βαθµό το υδρογραφικό δίκτυο της περιοχής και τη λίµνη Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 38

Κεφάλαιο 3 «Περιγραφή περιοχής μελέτης» Τριχωνίδα, αφού ο πληθυσµός των παραλίµνιων περιοχών πλησιάζει τους 30.000 κατοίκους, ενώ απουσιάζει η φιλική προς το περιβάλλον διαχείριση των παραγόµενων λυµάτων και αποβλήτων. Πιο συγκεκριµένα, τα αστικά λύµατα, είτε απορρίπτονται σε απορροφητικούς βόθρους, µε σοβαρές επιπτώσεις στο υπόγειο υδάτινο περιβάλλον, είτε καταλήγουν άµεσα στους χείµαρρους της περιοχής και κατά συνέπεια στη λίµνη Τριχωνίδα. Αποδέκτης υγρών λυµάτων είναι επίσης και ο ποταµός Αχελώος. Πρέπει να σηµειωθεί, ότι δεν υπάρχει ολοκληρωµένο αποχετευτικό δίκτυο στην περιοχή και ότι προσφάτως ο δήµος Θέρµου εγκαινίασε τις εγκαταστάσεις του πρώτου βιολογικού καθαρισµού στην υδρολογική λεκάνη της Τριχωνίδας, ο οποίος επεξεργάζεται το 60% περίπου των αστικών λυµάτων του δήµου, ενώ το υπόλοιπο συνεχίζει να διατίθεται σε απορροφητικούς βόθρους. Τα στερεά απορρίµµατα αποτελούν άλλο ένα σηµαντικό περιβαλλοντικό πρόβληµα διότι δεν υπάρχει χώρος κατάλληλα οργανωµένος, για να δέχεται τα αστικά απόβλητα και να λειτουργεί ως Χώρος Υγειονοµικής Ταφής Απορριµµάτων (ΧΥΤΑ). Η διάθεση των απορριµµάτων γίνεται κατά τρόπο ανεξέλεγκτο σε ρέµατα, αγρούς κλπ. Ο µεγαλύτερος χώρος διάθεσης της περιοχής, στον οποίο «απορρίπτονται» τα στερεά απόβλητα του ήµου Αγρινίου και των γύρω Κοινοτήτων, βρίσκεται µέσα σε παλαιοκοίτη του ποταµού Αχελώου, νότια του φράγµατος Στράτου. Η απόθεση γίνεται πάνω σε χαλαρές ποτάµιες αποθέσεις υψηλής περατότητας και ελάχιστα ψηλότερα από τον υδροφόρο, ο οποίος είναι ορατός σε παρακείµενες εκσκαφές. Στη χωµατερή απορρίπτονται και απόβλητα σφαγείων. Αν και δεν υπάρχουν ποσοτικά στοιχεία ζυγίσεων, αλλά µε δεδοµένο, ότι στο ήµο Αγρινίου και στις Κοινότητες Αγίου Κων/νου, οκιµίου, Μεγάλης Χώρας, Πλάτανος και Καλύβια ζουν 52.000 περίπου κάτοικοι (απογραφή 1991) και λαµβάνοντας υπόψη µία µέση παραγωγή 0,8 κιλά /κάτοικο/ ηµέρα, εκτιµείται ότι ο χώρος διάθεσης δέχεται 42 τόνους απορριµµάτων την ηµέρα, ποσότητα αρκετά µεγάλη για χώρο µη υγειονοµικής ταφής αποβλήτων. Ο χώρος διάθεσης αποτελεί εστία ρύπανσης όχι µόνο του υδροφόρου ορίζοντα αλλά και του ίδιου του ποταµού Αχελώου. Έτσι, µε κάθε εκδήλωση βροχόπτωσης, σηµαντικές ποσότητες ρυπαντών από τα αστικά απορρίµµατα της περιοχής οδηγούνται άµεσα στη λίµνη Τριχωνίδα, επιβαρύνοντας σε µεγάλο βαθµό την ποιοτική κατάσταση των υδάτων της. Συµπερασµατικά, µπορεί να ειπωθεί ότι το µεγαλύτερο ποσοστό ρύπανσης της υδρολογικής λεκάνης της Τριχωνίδας προέρχεται από τις γεωργικές πρακτικές οι Μεταπτυχιακή εργασία: Αλίκης Δ. Κύρκου Σελίδα 39