8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 67 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΒΟΛΗΣ ΤΩΝ ΠΟΤΑΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΤΟΥ ΚΟΛΠΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Γιάννης N. Κρεστενίτης, Γιάννης Ανδρουλιδάκης & Κατερίνα Κομπιάδου Εργαστήριο Θαλάσσιας Τεχνικής & Θαλασσίων Έργων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 54124 Θεσσαλονίκη, 2310 995654, ynkrest@civil.auth.g Περiληψη Ο κόλπος της Θεσσαλονίκης είναι ένα θαλάσσιο σύστημα άμεσα επηρεαζόμενο από τις απορροές γλυκού νερού και κυρίως από τις εισροές των τεσσάρων ποταμών Αξιού, Αλιάκμονα, Γαλλικού και Λουδία. Οι εκροές αυτές επηρεάζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά του κόλπου αλλά και άμεσα την ποιότητα του εξαιτίας των θρεπτικών αλάτων, των βαρέων μετάλλων και των ιζημάτων που μεταφέρονται στο θαλάσσιο περιβάλλον. Στην εργασία αυτή διερευνάται η επίδραση των παροχών, κυρίως του Αξιού και του Αλιάκμονα, στην αλατότητα και στην θερμοκρασία των θαλάσσιων μαζών του κόλπου, τόσο βάσει της εξέλιξης των ωκεανογραφικών δεδομένων που μετρήθηκαν σε πλήθος 21 σταθμών από το 1992 έως σήμερα, όσο και βάσει αποτελεσμάτων ενός υδροδυναμικού μοντέλου κυκλοφορίας (POM, Princeton Ocean Model). Λέξεις κλειδια: φυσικά χαρακτηριστικά, Θερμαϊκός κόλπος, απορροές ποταμού INVESTIGATION OF THE RIVER S CONTRIBUTION ON THE EVOLUTION OF THE WATER MASSES PHYSICAL CHARACTERISTICS OF THE THESSALONIKI GULF Y. N. Krestenitis, Y. Androulidakis & K. Kombiadou Laboratory of Maritime Engineering & Maritime Works, Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, 54124 Thessaloniki, +2310995654, ynkrest@civil.auth.gr Abstract The Gulf of Thessaloniki is a marine ecosystem fully influenced by freshwater run-off of the surround area and especially by the the four river s (Aliakmonas, Loudias, Axios, Galikos) discharging. These discharges affect the water masses physical characteristics of the gulf and directly the quality of the water, by carrying nutrients, sediments and heavy metals to the aquatic environment. The aim of the present paper, is to examine the contribution of the river s water discharging (especially Axios and Aliakmonas) on temperature and salinity of the gulf water masses. This investigation is based on the in situ measurements, temperature and salinity (and the derived density), collected during 5 oceanographic surveys from 1992 until today, on the same grid of 21 sampling stations and on the results of an hydrodynamic circulation model (POM, Princeton Ocean Model). Keywords: physical characteristics, Thermaikos gulf, river discharge,
68 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγη σης εμφανίζονται μόνο στο στενό όριο ανταλλαγής μαζών μεταξύ κεντρικού και εξωτερικού Ο κόλπος της Θεσσαλονίκης χαρακτηρίζεται από 1. μια ήπια βαθυμετρία, η οποία σταδιακά αυξάνεται μέχρι τα μέτρα στο κεντρικό και στο Έμβολο - εκβολές Αξιού. Η κυκλοφορία των κόλπου Θεσ/νίκης, στη θαλάσσια διατομή Μ. νότιο τμήμα Ο του κόλπος κόλπου. της Οι Θεσσαλονίκης κυριότερες πηγές χαρακτηρίζεται νερών στον από κόλπο μια ήπια Θεσ/νίκης βαθυμετρία, έχει άμεση η οποία επίδραση στην και ποιότητα στο νότιο των τμήμα νερών του διότι κόλπου. καθορίζει Οι εισροής σταδιακά γλυκού αυξάνεται νερού είναι μέχρι οι ποταμοί μέτρα στην δυτική κυριότερες πλευρά του πηγές κόλπου εισροής με σημαντικότερα γλυκού νερού είναι τα το οι ποταμοί χρόνο παραμονής στην δυτική των πλευρά ρύπων του στον κόλπου κόλπο. με στο κεντρικό συστήματα σημαντικότερα των δέλτα συστήματα του Αξιού των και δέλτα του Αλιάκμονα. εισροής Ο γλυκών ολικός ρυθμός νερών στον εισροής κόλπο γλυκών εμφανίζει νε- σημαντικές νηση της συμμετοχής εποχιακές του μεταβολές, Αξιού και όπου του οι Αλιάκ- μέσες του Αξιού Σκοπός και της του παρούσας Αλιάκμονα εργασίας [1]. Ο είναι ολικός η διερεύ- ρυθμός ρών ημερήσιες στον κόλπο τιμές εμφανίζει κυμαίνονται σημαντικές από 5 εποχιακές μεταβολές, όπου οι μέσες μηνιαίες τιμές και οι μεταβολές που προκύπτουν στις φυσικές m 3 /sec. μέχρι μονα στην m 3 /sec. θαλάσσια Η μεταβολή κυκλοφορία των παροχών του κόλπου των ποταμών είτε εποχιακά είτε διαχρονικά επηρεάζει άμεσα την βαροκλινική κυκλοφορία του κόλπου και συνεπώς και την ποιότητα των θαλάσσιων μαζών. Σημαντικός παράγοντας της κυμαίνονται από 310 m 3 /sec μέχρι 60 m 3 /sec παραμέτρους των θαλασσίων μαζών συναρτήσει είτε των με εποχιακών επιφανειακές διακυμάνσεων και υπόγειες των παροχών απορροές εισροής γλυκών νερών εκτός από τις παροχές των ποταμών είναι η ποσότητα του νερού των (Karamanos βροχοπτώσεων & Polyzonis, που καταλήγουν 1998). Η στην μεταβολή θάλασσα των είτε παροχών απευθείας των στην ποταμών επιφάνεια είτε εποχιακά της θάλασσας. είτε εκροής. διαχρονικά Η επηρεάζει θαλάσσια άμεσα κυκλοφορία την βαροκλινική στον κόλπο Θεσσαλονίκης είναι κυρίως ανεμογενής και κυκλοφορία λόγω των του πυκνομετρικών κόλπου και συνεπώς διαφορών και που την δημιουργούνται Μεθοδολογια τόσο από τα υφάλμυρα νερά των ποιότητα εκβολών των των θαλάσσιων ποταμών μαζών. αλλά και Σημαντικός τα πυκνότερα Η μελέτη νερά του των Αιγαίου. φυσικών Παλιρροιακά χαρακτηριστικών ρεύματα των παράγοντας σημαντικής της έντασης εισροής εμφανίζονται γλυκών νερών μόνο εκτός στο στενό θαλασσίων όριο ανταλλαγής μαζών, βασίστηκε μαζών μεταξύ στις μετρήσεις κεντρικού από και τις εξωτερικού παροχές των κόλπου ποταμών Θεσ/νίκης, είναι η ποσότητα στη θαλάσσια πεδίου διατομή της θερμοκρασίας Μ. Έμβολο και - εκβολές της αλατότητας Αξιού. Η του κυκλοφορία νερού των βροχοπτώσεων των νερών στον που κόλπο καταλήγουν Θεσ/νίκης (μετρήσεις έχει άμεση επίδραση CTD), κατά στην την ποιότητα διάρκεια των 5 νερών ωκεανογραφικών στον κόλπο. ερευνητικών περιόδων, σε συ- στην διότι θάλασσα καθορίζει είτε το με χρόνο επιφανειακές παραμονής και των υπόγειες απορροές είτε απευθείας στην επιφάνεια γκεκριμένο δείγμα σταθμών. Οι περίοδοι των ρύπων 2. της θάλασσας. μετρήσεων περιλαμβάνουν: (i) τις εποχιακές Η θαλάσσια Η μελέτη κυκλοφορία των στον φυσικών κόλπο χαρακτηριστικών Θεσσαλονίκης μετρήσεις είναι πεδίου κυρίως της ανεμογενής θερμοκρασίας και λόγω και των της αλατότητας μηνιαίες μετρήσεις (μετρήσεις (διάρκειας CTD), κατά 18 την μηνών) διάρκεια της μετρήσεις των θαλασσίων της περιόδου μαζών, 1992-1993, βασίστηκε (ii) στις τις πυκνομετρικών 5 ωκεανογραφικών διαφορών ερευνητικών που δημιουργούνται περιόδων, σε περιόδου συγκεκριμένο 1994-1995 δείγμα (ΝCMR, σταθμών. 1996), Οι περίοδοι (iii) τις τόσο των από μετρήσεων τα υφάλμυρα περιλαμβάνουν: νερά των εκβολών (i) τις εποχιακές των μηνιαίες μετρήσεις μετρήσεις της περιόδου του 1997-1998 1992-1993, (διάρκειας (ii) τις ποταμών μηνιαίες αλλά μετρήσεις και τα πυκνότερα (διάρκειας νερά 18 μηνών) του Αι-τηγαίου. μηνιαίες Παλιρροιακά μετρήσεις ρεύματα του 1997-1998 σημαντικής (διάρκειας έντατρήσεις 12 μηνών) του (NCMR, 2000-20021998), (διάρκειας (iv) τις 24 μηνιαίες μηνών) 12 περιόδου μηνών) (NCMR, 1994-1995 1998), (ΝCMR, (iv) τις 1996), μηνιαίες (iii) με- τις μετρήσεις του 2000-2002 (διάρκειας 24 μηνών) (NCMR, 2003) και τις μηνιαίες μετρήσεις της περιόδου 2004-2005 (διάρκειας 13 μηνών) (HCMR, 2004),. 40.65 80 40.6 40.55 40.5 40.45 TP22A TP22 TP24 TP19TP16 TP20TP17 TP18 DA3 TP01 TP03 DA1 TP02 TP11 TP08 TP07 TP05 TP04 TP14 TP06 TP09 TP10 TP12 NM1 TP13 TP10A 70 60 40 20 10 40.4 22.5 22.55 22.6 22.65 22.7 22.75 22.8 22.85 22.9 22.95 23 23.05 10 20 40 60 70 80 α. β. Σχήμα 1: α) Θέσεις 1: α) σταθμών Θέσεις σταθμών παρατήρησης β) β) Περιοχή εφαρμογής υδροδυναμικού μοντέλου μοντέλου Το υδροδυναμικό μοντέλο κυκλοφορίας που εφαρμόστηκε στην περιοχή του κόλπου είναι το Princeton Ocean Model (POM) (Kourafalou. & Barbopoulos, 2003). Τα αποτελέσματα του μοντέλου αφορούν τις φυσικές παραμέτρους (θερμοκρασία, αλατότητα) σε διάφορα βάθη καθώς επίσης και τις ταχύτητες των θαλασσίων μαζών, από τις οποίες
Στο σχήμα 2 παρουσιάζεται η μηνιαία εξέλιξη της μέσης αλατότητας όλης της στήλης του νερού ή ενός συγκεκριμένου θαλάσσιου στρώματος όπως μετρήθηκε για όλους τους σταθμούς του κόλπου. Παρατηρείται μείωση της αλατότητας από την περίοδο 1993-1995 μέχρι 8ο Πανελλήνιο την περίοδο Συμποσιο 1997-1998, Ωκεανογραφίας αύξηση & Αλιείας κατά την περίοδο 2000-2002 και νέα μείωση 69την πρόσφατη περίοδο 2003-05. 38.5 38 37 [psu].5 35.5 35 34 33.5 2: Μηνιαία εξέλιξη της μέσης αλατότητας του Κόλπου της Θεσσαλονίκης Σχήμα 2: Μηνιαία εξέλιξη της μέσης αλατότητας του Κόλπου της Θεσσαλονίκης Συγκεκριμένα στην περιοχή των δέλτα, στον νοτιοδυτικό κόλπο (σχήμα 3), από το 1994 μέχρι το 2004, οι τιμές της μέσης επιφανειακής αλατότητας παρουσιάζουν σημαντική μείωση (NCMR, μέχρι 2003) και και 3.5 τις psu. μηνιαίες μετρήσεις της μείωση της αλατότητας την περίοδο 1997-1998 περιόδου 39 2004-2005 (διάρκειας 13 μηνών) σε σχέση με την περίοδο 1993-1995, αύξηση εν (HCMR, 38.5 2004),. συνεχεία κατά την περίοδο 2000-2002 και νέα Το υδροδυναμικό μοντέλο κυκλοφορίας που μείωση την πρόσφατη περίοδο 2003-05. 38 εφαρμόστηκε στην περιοχή του κόλπου είναι Συγκεκριμένα στην περιοχή των δέλτα, στον το Princeton Ocean Model (POM) (Valioulis & νοτιοδυτικό κόλπο (σχήμα 3), από το 1994 μέχρι το 2004, οι τιμές της μέσης επιφανειακής 37 Krestenitis, 1994). Τα αποτελέσματα του μοντέλου αφορούν τις φυσικές παραμέτρους (θερμο- αλατότητας παρουσιάζουν σημαντική μείω-.5 κρασία, αλατότητα) σε διάφορα βάθη καθώς ση μέχρι και 3.5 psu με εξαίρεση την περίοδο 35.5 επίσης και τις ταχύτητες των θαλασσίων μαζών, 2000-2002 στην οποία παρουσιάζεται μικρή 35 από τις οποίες προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα για 0-5m την κυκλοφορία 5-10m 10-15m και την >15mανανέωση H την επιφανειακές τιμές είναι ιδιαίτερα μεγάλη αύξηση στο στρώμα των 0-5m. Η μείωση κατά 34 του νερού του κόλπου. Η περιοχή εφαρμογής στην τελευταία περίοδο (2004-2005) όπου τους του μοντέλου 3: (Σχ.1β) Μηνιαία επεκτείνεται εξέλιξη της μέσης πέρα αλατότητας από καλοκαιρινούς του νοτιοδυτικού μήνες τμήματος εμφανίζονται του κόλπου και οι χαμηλότερες τιμές αλατότητας όλης της περιόδου την περιοχή των σταθμών μετρήσεων (Σχ.1α) σε ένα Η πλέγμα μέση θερμοκρασία με 81 σημεία παρουσιάζει και κατά τις δύο μια μικρή μελέτης. μείωση Στα βαθύτερα (μικρότερη στρώματα των 0.5 (>15m) ο C) η σε μείωση κυρίως της αλατότητας με μείωση είναι της μικρότερη θερμοκρασίας και παρου-στα βαθύτερα προσομοιωθεί στρώματα κατάλληλα (>15 ώστε μέτρων). οι παροχές Οι μικρότερες των σιάζεται θερμοκρασίες κυρίως κατά όλης τους της καλοκαιρινούς περιόδου μήνες μελέτης όλες τις διευθύνσεις. περιοχές του Οι περιοχές κόλπου, των η οποία εκβολών σχετίζεται έχουν εμφανίζονται ποταμών να τον ισομοιράζονται Φεβρουάριο σε του όλη 2005 την έκταση ενώ τους χειμερινούς οι τιμές διατηρούνται σε των δέλτα (Kourafalou et al, 1996a). υψηλά επίπεδα σχεδόν σε όλη την περίοδο μελέτης. Αποτελeσματα Αντίστοιχα, η μέση θερμοκρασία, που δεν εμφανίζεται εδώ, παρουσιάζει μια μικρή μείωση Στο σχήμα 2 παρουσιάζεται η μηνιαία εξέλιξη της μέσης αλατότητας όλης της στήλης του (μικρότερη των 0.5 ο C) σε όλες τις περιοχές νερού και των θαλασσίων στρωμάτων (0-5m, του κόλπου, η οποία σχετίζεται κυρίως με μείωση της θερμοκρασίας στα βαθύτερα στρώμα- 5-10m, 10-15m, >15m), όπως μετρήθηκε για όλους τους σταθμούς του κόλπου. Παρατηρείται τα (>15 μέτρων). Οι μικρότερες θερμοκρασίες [psu] -92 0-5m 5-10m 10-15m >15m Sm(d)
2: Μηνιαία εξέλιξη της μέσης αλατότητας του Κόλπου της Θεσσαλονίκης Συγκεκριμένα στην περιοχή των δέλτα, στον νοτιοδυτικό κόλπο (σχήμα 3), από το 1994 70 μέχρι το 2004, οι τιμές της μέσης επιφανειακής 8ο Πανελλήνιο αλατότητας Συμποσιο παρουσιάζουν Ωκεανογραφίας σημαντική & Αλιείας μείωση μέχρι και 3.5 psu. 39 38.5 38 [psu] 37.5 35.5 35 0-5m 5-10m 10-15m >15m H 34-92 Σχήμα 3: Μηνιαία 3: Μηνιαία εξέλιξη εξέλιξη της της μέσης αλατότητας του του νοτιοδυτικού τμήματος τμήματος του κόλπου του κόλπου Η μέση θερμοκρασία παρουσιάζει μια μικρή μείωση (μικρότερη των 0.5 ο C) σε όλες τις όλης περιοχές της περιόδου του κόλπου, μελέτης η εμφανίζονται οποία σχετίζεται τον άμεσα κυρίως νερά με μεταφέρονται μείωση της προς θερμοκρασίας το βορά και τα στα βαθύτερα Φεβρουάριο στρώματα του 2005 (>15 μέτρων). Οι μικρότερες πολύ θερμοκρασίες βαθιά πυκνά νερά όλης του της εσωτερικού περιόδου κόλπου μελέτης εμφανίζονται τον Φεβρουάριο του 2005 μεταφέρονται και αυτά προς τον νότο. Επίσης, Συμπερασματα ένας δεύτερος τύπος κυκλοφορίας διαφαίνεται Οι εποχιακές μεταβολές της αλατότητας και της κατά την καλοκαιρινή περίοδο, όπου χαμηλής πυκνότητας βρίσκονται σε συμφωνία με τα πρότυπα της βαροκλινικής θαλάσσιας κυκλοφορίας δυτική περιοχή, όπου οι παροχές των ποταμών αλατότητας νερά περιορίζονται στην μακρινή που ισχύουν για τον κόλπο της Θεσσαλονίκης είναι χαμηλές εμφανίζοντας μία αριστερόστροφη κυκλοφορία στην κεντρική περιοχή του (Hyder et al., 2002). Η σχέση αυτή παρατηρείται κατά την περίοδο των χαμηλών θερμοκρασιών κόλπου. Σύμφωνα και με τα αποτελέσματα του (χειμώνας-άνοιξη), όταν η εκροή των ποταμών μοντέλου παρατηρείται πως η αύξηση των παροχών των ποταμών δεν επηρεάζει μόνο το κο- είναι υψηλή, και το χαμηλής αλατότητας νερό επικρατεί στην δυτική περιοχή του κόλπου, ρέοντας ταυτόχρονα προς τα νότια, ενώ τα ενδι- στην ευρύτερη περιοχή του κόλπου. Η ντινό πεδίο αλλά και τα φυσικά χαρακτηριστικά επιφα- 80 80 70 60 40 20 10 70 60 40 20 10 37.8 37.2.9.6.3 35.7 35.4 35.1 34.8 34.2 33.9 33.6 33.3 33 32.7 32.4 32.1 31.8 31.5 31.2.9.6.3 10 20 40 60 70 80 10 20 40 60 70 80 Σχήμα 4: Επιφανειακή αλατότητα πριν και μετά την αύξηση των παροχών των ποταμών βάσει του υδροδυναμικού μοντέλου
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 71 νειακή αλατότητα (έως τα 2 μέτρα) στην περίπτωση αύξησης της ετήσιας μέσης παροχής του Αξιού και του Αλιάκμονα κατά % μειώνεται σημαντικά ακόμα και σε περιοχές κοντά στον κεντρικό και νοτιοανατολικό κόλπο (σχήμα 4). Βιβλιογραφια HCMR, 2004, Monitoring of the quality of the marine environment of the gulf of Thessaloniki, Intermediary Report (in greek). HYDER P., SIMPSON J. H., CHRISTOPOU- LOS S. & KRESTENITIS Y.,2002, The seasonal cycles of stratification and circulation in the Thermaikos Gulf Region Of Freshwater Influence (ROFI), north-west Aegean, Continental Shelf Research 22, 2573 2597. KARAMANOS H. & POLYZONIS E., 1998, The adjacent land area and its potentiality for the fresh water an sediment supply, Second Annual Scientific Report, METRO- MED Project, Volume I, 92-105. KOURAFALOU V.H., OEY L.Y., WANG J.D. & T.N. LEE, 1996, The fate of river discharge on the continental shelf, 1, Modeling the river plume and the inner shelf coastal current, Geophys. Res., 101(C2), 3415-3434. NCMR, 1996, Monitoring of the quality of the marine environment of the gulf of Thessaloniki for 1995, Final Technical Report (in greek). NCMR, 1998, Monitoring of the quality of the marine environment of the gulf of Thessaloniki for 1997, Intermediary Report (in greek). NCMR, 2003, Monitoring of the quality of the marine environment of the gulf of Thessaloniki (Thermaikos 2000), Final Technical Report (in greek). VALIOULIS I.A. & KRESTENITIS Y.N., 1994, Modelling the water mass circulation in the Aegean Sea. Part I: wind stresses, thermal and haline fluxes, Annales Geophysicae 12, 794-807.