Προσομοίωση Υπόγειου Υδροφόρου Συστήματος ΑνατολικήςΥδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΞΑΝΘΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗ Μεταπτυχιακή διατριβή Προσομοίωση Υπόγειου Υδροφόρου Συστήματος ΑνατολικήςΥδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας Επιβλέπων: Πεταλάς Χρήστος ΞΑΝΘΗ Σεπτέμβριος 2012

Αφιερώνεται στα αδέρφια μου, Αχιλλέα και Δήμητρα Και σε όλους τους νέους και επίδοξους ερευνητές 2

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά, θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον επιβλέποντα καθηγητή κ. Χρήστο Πεταλά για την εύρεση του θέματος και την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ουσιαστικό και ενδιαφέρον θέμα όσο είναι το υπόγειο υδροφόρο σύστημα της ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης Θεσσαλίας, το οποίο προσωπικά έχει και τοπικό αντίκτυπο καθότι κατάγομαι από τη πόλη της Λάρισας. Επίσης, ένα μεγάλο ευχαριστώ στα υπόλοιπα μέλη της εξεταστικής επιτροπής για τα κρίσιμες και εύστοχες παρατηρήσεις. Θα ήθελα ακόμη να ευχαριστήσω τους κυρίους καθηγητή Βασίλειο Τσιχριντζή και λέκτορα κύριο Γιώργο Γκίκα για την δυνατότητα που μου έδωσαν να αλλάξω θέμα ενασχόλησης στην διπλωματική μου, ενώ είχαν ξεκινήσει οι διαδικασίες κατοχύρωσης διαφορετικού θέματος. Στη συνέχεια, δεν θα μπορούσα να μην αναφερθώ στη συμβολή που είχε στην εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής ο φίλος και υποψήφιος διδάκτορας του τμήματος των Μηχανικών Περιβάλλοντος του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης Ευάγγελος Γαλαζούλας, για τις ατελείωτες ώρες skype. Σε αυτό το σημείο, οφείλω να αναφερθώ και στην βοήθεια που μου παρείχε ο έτερος φίλος και υποψήφιος διδάκτορας του τμήματος των Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας Παντελής Σιδηρόπουλος σε θεωρητικό επίπεδο για την υπό μελέτη περιοχή, καθότι τυγχάνει χρόνια ερευνητής-μελετητής της εν λόγω περιοχής. Θα ήταν αδιανόητο να μην αναφερθώ στο υλικό που μου προσφέρθηκε απλόχερα από το Ινστιτούτο Μεσογειακών Σπουδών και προσωπικά στον ερευνητή κ. Απόστολο Σαρρή, με τον οποίο τυγχάνει να μην γνωριζόμαστε προσωπικά αλλά έδειξε πρόθυμος να βοηθήσει στην ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής. Επιπλέον, θα ήθελα να αναφερθώ στην προσφορά του κ. Μανάκου υδρογεωλόγου από το ΙΓΜΕ, του κυρίου Σγούρα Ιωάννη ερευνητή του ΕΘΙΑΓΕ Λάρισας, τους γεωλόγους μελετητές Αλέξανδρο Μπελέση και Κωνσταντίνο Σέγγη. Εκφράζω τις θερμές μου ευχαριστίες από καρδιάς στους υπαλλήλους του ΙΓΜΕ στο παράρτημα Ξάνθης για τα δεδομένα που μου δώσανε. Ακόμη ένα θερμό ευχαριστώ στους υπαλλήλους της τέως Διεύθυνσης Εγγείων Βελτιώσεων νυν τμήμα μικροοικονομίας της αιρετής περιφέρειας Θεσσαλίας και προσωπικά στον προϊστάμενο του τμήματος Ιωάννη Μπαλωματή και στους υπαλλήλους Στέφανο Ζούρα και Θωμά Λευθέρη. 3

Τέλος, ένα μεγάλο και θερμό ευχαριστώ στην οικογένειά μου για την οικονομική και ηθική υποστήριξη στα χρόνια των σπουδών μου και στους φίλους που μου έκαναν να ξεφεύγω από τα προβλήματα της προσομοίωσης και να μου δίνουν κουράγιο για την ολοκλήρωση της διπλωματικής. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η διπλωματική αυτή αναφέρεται στην μελέτη του υπόγειου υδροφόρου συστήματος της, έκτασης 1100 km 2. Η Θεσσαλία αποτελεί τη δεύτερη σημαντικότερη γεωργική περιφέρεια σε όλη την ελληνική επικράτεια όπου κυριαρχούν οι υδροβόρες καλλιέργειες βάμβακος και αραβοσίτου. Η περιοχή έρευνας είναι πεδινή με υψόμετρα που κυμαίνονται από +40 έως +90 m και αποτελείται από την Λεκάνη Τυρνάβου, τη Ζώνη της Χάλκης και τη Λεκάνη της Κάρλας. Η περιοχή διαρρέεται από τον ποταμό Πηνειό και τον παραπόταμό του Τιταρήσιο. Το κλίμα της περιοχής είναι μεσογειακού τύπου με ξηρό και θερμό καλοκαίρι. Η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι περίπου 700 mm. Περίπου το 10% των ετησίων βροχοπτώσεων (230.4 10 6 m 3 ) εμπλουτίζουν το υπόγειο υδροφόρο σύστημα της περιοχής που ερευνάται. Κατά την περίοδο Νοεμβρίου - Μαΐου πέφτει περίπου το 65,3% με 72,2% της ετήσιας βροχόπτωσης. Οι θερμότεροι μήνες είναι ο Ιούλιος και Αύγουστος, ενώ ο ψυχρότερος μήνας είναι ο Ιανουάριος. Η Ανατολική Υδρογεωλογική Λεκάνη Θεσσαλίας περιλαμβάνει ένα τεκτονικό βύθισμα που πληρούται από αποθέσεις του Τεταρτογενούς και οριοθετείται νοτιοανατολικά από την πεδιάδα της Κάρλας. Στο βορειοδυτικό τμήμα που διαρρέεται από τον Τιταρήσιο επικρατούν καρστικοποιημένα μάρμαρα. Οι υδρευτικές ανάγκες περίπου 220.000 κατοίκων της περιοχής, που ανέρχονται σε 24 10 6 m 3 νερού, ικανοποιούνται από την άντληση υπόγειων νερών. Επίσης ικανοποιούνται και οι αρδευτικές ανάγκες συνολικής έκτασης 750000 στρεμμάτων με ποσότητα υπόγειων νερών που ανέρχεται στα 335 x 10 6 m 3 ετησίως. Το γεγονός ότι το υπόγειο υδροφόρο σύστημα χαρακτηρίζεται εδώ και χρόνια από συνθήκες υπερεκμετάλλευσης οδήγησε σε σοβαρή ποιοτική και ποσοτική υποβάθμιση στους υπόγειους υδατικούς πόρους της περιοχής. Το δυναμικό ελεύθερο ή μερικώς υπό πίεση υπόγειο υδροφόρο σύστημα της περιοχής σχηματίζεται 4

μέσα σε αλλουβιακές αποθέσεις, και οριοθετείται στο δάπεδό του αλλά και περιμετρικά από μεταμορφωμένους σχηματισμούς. Το ενεργό πορώδες των ιζηματογενών αποθέσεων είναι 0.10. Η υδραυλική αγωγιμότητα (Κ) κυμαίνεται από 10-6 έως 10-3 m/sec. Η μεταβιβαστικότητα (Τ), κυμαίνεται από 0.1 m 2 /sec έως 3 x 10-4 m 2 /sec. Η αποθηκευτικότητα (S) κυμαίνεται 0.13 έως 10-2. Η παροχή των γεωτρήσεων μπορεί να ξεπεράσει και τα 150 m 3. Η τροφοδοσία του υπόγειου υδροφόρου συστήματος από τη ροή των υδρορευμάτων ανέρχεται σε 1.1 m 3 /sec κατά το μέσο έτος. Ένα μεγάλο μέρος της τροφοδοσίας του συστήματος πραγματοποιείται από τις άμεσες κατεισδύσεις των βροχοπτώσεων σε όλο το ανάπτυγμα της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας. Τοπικά, είναι σημαντικές οι πλευρικές μεταγγίσεις από καρστικά συστήματα. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής ήταν η προσομοίωση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος της με τη χρήση του λογισμικού πακέτου MODFLOW 2000. Έτσι, δημιουργήθηκε ένας κάνναβος με κελιά διαστάσεων 200 x 200 m από τα οποία 12017 ήταν ενεργά κελιά. Ως περίοδος ρύθμισης του μοντέλου επιλέχθηκε η περίοδος από 1/04 1973 έως 1/04/1974 όπου και τα διαθέσιμα στοιχεία ήταν ικανοποιητικά αλλά και η εκμετάλλευση του υδροφόρου συστήματος ήταν σχετικά περιορισμένη. Οι οριακές συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν στο μοντέλο ήταν εκείνες του σταθερού φορτίου και οι αδιαπέρατοι σχηματισμοί. Οι εισροές από επιφανειακές ροές προσομοιώθηκαν ως εισροές εμπλουτισμού στα κέντρα των κελιών από τα οποία διέρχονται τα υδρορεύματα. Οι υδραυλικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στο μοντέλο ήταν η υδραυλική αγωγιμότητα και ο συντελεστής υδροχωρητικότητας, καθώς και τα δεδομένα υδροστατικής στάθμης από 12 γεωτρήσεις παρατήρησης. Ως εκροές νερού από το σύστημα χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα άντλησης 148 παραγωγικών γεωτρήσεων. Η προσομοίωση έγινε σε συνθήκες μη μόνιμης ροής (transient state). Η ρύθμιση του μοντέλου στηρίχθηκε κυρίως στη μεταβολή των αντλούμενων ποσοτήτων. Τα αποτελέσματα της ρύθμισης ήταν πολύ θετικά. Η προσπάθεια ολοκληρώθηκε με την εφαρμογή ενός σεναρίου διαχείρισης για να διαπιστωθεί ποια θα ήταν η κατάστασή του για την 20ετία που ακολούθησε την περίοδο ρύθμισης, διατηρώντας σταθερό το ρυθμό των εκροών από το σύστημα της περιόδου ρύθμισης. Παρ όλα αυτά τα αποτελέσματα του μοντέλου όσον αφορά το διαχειριστικό σενάριο έδειξαν ότι το υπόγειο υδροφόρο σύστημα 5

θα βρισκόταν σε συνθήκες ήπιας εκμετάλλευσης (ελαφρά υπεροχή των εκροών έναντι των εισροών). Η συνέχιση δηλαδή των αντλήσεων στα επίπεδα εκείνα της περιόδου ρύθμισης, θα είχε ως αποτέλεσμα την επικράτηση πολύ καλύτερων συνθηκών σε σχέση με τις σημερινές συνθήκες σχετικά με την κατάσταση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας. ABSTRACT The dissertation studies the underground aquifer system of the hydrogeological basin of Eastern Thessaly area 1100 km 2. Thessaly is the second most important agricultural region in the entire Greek territory dominated by water consuming crops mainly cotton and maize. The research area is lowland with elevations ranging from + 40 to + 90 m and comprises the Basin of Tirnavos, the area of Chalki and the basin of Karla. The area is crossed by the River Peneus and the affluent of the Titarisios. The climate of the region is Mediterranean type with dry and hot summer. The average annual rainfall is about 700 mm approximately 10% of the annual rainfall (230.4 10 6 m 3 ) recharges the underground aquifer system of the survey area. During the May- November period is about 65.3% to 72.2% of the annual rainfall. July and August are the warmest months, while January is the coldest. The hydrogeological basin of Eastern Thessaly includes a tectonic draught which included from Quaternary deposits and bounded by the plain of Karla, on the Southeast. The Northwest section is crossed by the Titarisios prevail karstified marbles. The domestic water needs of about 220.000 residents, amounting to 24 10 6 m 3 of water covered by the pumping of groundwater. Also, irrigation needs cover a total area of 75000 hectares (ha) with groundwater quantity amounting to 335 x 10 6 m 3 /year. The fact that the underground aquifer system is featured for years in conditions of over-exploitation has led to serious qualitative and quantitative deterioration in groundwater resources in the region. The potential unconfined or partially confined underground aquifer system of the region is formed in alluvium bounded to the floor but also from the metamorphic formations, around. The active porosity of sedimentary deposits is 0.10. The hydraulic conductivity (K) ranges from 10-6 to 10-3 m/sec. Transmissivity (T), ranges 6

from 0.1 m 2 /sec to 3 x 10-4 m 2 /sec. The storativity coefficient (S) ranges from 0.13 to 10-2. The dicharge of drilling can overcome 150 m 3. The recharge of the underground aquifer system of the flow of streams amounts to 1.1 m 3 /sec in a year. A large part of the system s recharge takes place by direct infiltrations of rainfall around the hydrogeological basin of Eastern Thessaly. Locally, the lateral inflows are significant from karstic systems. The purpose of this dissertation was the simulation of the underground aquifer system in hydrogeological basin of East Thessaly using MODFLOW 2000 software package. Thus, a grid created with cells dimensions 200 x 200 m from which 12017 were active cells. As a simulation period of the model selected the period from 1 April 1973 to 1/04/1974 where the available information was sufficient as the exploitation of the aquifer system was relatively limited. The boundary conditions of the model were constant head and impermeable formations. The inputs from surface flows simulated as recharge inputs of cells of which crossing streams. Hydraulic parameters of the model were the hydraulic conductivity, the storativity coefficient and hydrostatic level data from 12 observation wells. As outflows from the system used pumping data of 148 production wells. The simulation took place in conditions of transient state flow. The model calibration relied primarily on the change in pumping rates. The calibration results were very positive. The effort was completed with the implementation of a management scenario to determine what would be the condition for the 20 years that followed the simulation period while the system s outflows remained stable. Nevertheless, the results of the management scenario showed that the underground aquifer system was located in conditions of mild exploitation (slight superiority of outputs to inputs). The continuation of pumping to those levels of simulation period, it resulted in much better conditions prevailed in relation to the existing treaties concerning the status of the underground aquifer system of the hydrogeological basin of East Thessaly. 7

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ......13 1.2 Σκοπός της εργασίας...14 2. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 2.1 Γεωμορφολογικές συνθήκες..........15 2.2 Τμήματα που αποτελούν την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας...15 2.2.1 Βορειοδυτικό τμήμα......17 2.2.2 Κεντρικό τμήμα......17 2.2.3 Νοτιοανατολικό τμήμα.........17 2.3 Κλιματολογικές συνθήκες...18 3. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΔΟΜΗ 3.1 Θεσσαλικού διαμερίσματος...........21 3.1.1 Διαχωρισμός υδρογεωλογικής λεκάνης.........23 3.2 Αν.υδρογεωλογική λεκάνη...24 3.2.1 Βορειοδυτικού τμήματος..........25 3.2.2 Κεντρικού τμήματος..........27 3.2.3 Νοτιοανατολικού τμήματος...28 3.3 Σε συσχέτιση με τους ποταμούς Τιταρήσιο και Πηνειό........29 4. ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 4.1 Υπόγεια ροή......31 4.2 Υδραυλικές ιδιότητες των υπόγειων υδροφορέων.......31 4.3 Τύποι υδροφόρων.......37 4.3.1 Πάχος υδροφόρου...37 4.4 Υδροφόροι σχηματισμοί-στρώματα....38 4.4.1 Υδροφόροι σχηματισμοί...38 4.4.2 Υδροφόρα στρώματα...39 4.5 Φρεάτιος υδροφόρος........40 4.6 Αλλουβιακά στρώματα......42 4.6.1 Τροφοδότηση υπόγειου υδροφόρου συστήματος............44 8

4.7 Καρστικά υδροφόρα στρώματα.........47 4.8 Υδατικό δυναμικό........47 4.8.1 Αρδευτική εκμετάλλευση υπόγειου υδροφόρου συστήματος.....48 4.8.2 Υδρευτική εκμετάλλευση υπόγειου υδροφόρου συστήματος......53 4.9 Πιεζομετρία-Διαχρονική μεταβολή της.........53 5. ΚΩΔΙΚΑΣ MODFLOW 5.1 Μαθηματικό Υπόβαθρο του Modflow......56 5.2 Διακριτοποίηση................59 5.2.1 Εξίσωση Πεπερασμένων Διαφορών...........60 5.2.2 Ο καθορισμός των οριακών συνθηκών.........68 5.2.3 Πακέτα υποστήριξης του MODFLOW......69 6. ΣΥΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ 6.1 Δημιουργία εννοιολογικού μοντέλου......75 6.1.1 Μέθοδος παρεμβoλής...76 6.2 Εισαγωγή υψομέτρων......77 6.3 Εισαγωγή υδραυλικών παραμέτρων......79 6.4 Εισροές στο σύστημα......85 6.5 Εκροές -Aντλήσεις στο σύστημα........86 6.6 Οριακές συνθήκες....88 6.7 Ρύθμιση μοντέλου........89 6.8 Διαχειριστικό σενάριο......94 6.8.1 Υδατικό ισοζύγιο μετά την περίοδο του διαχειριστικού σεναρίου...94 7. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ 7.1 Επιφανειακά αρδευτικά δίκτυα.........98 7.2 Ποσοτική κατάσταση υδροφόρου συστήματος...... 101 7.3 Ποιοτική κατάσταση υδάτων......105 8. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...108 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 9

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1: Ύψη βροχοπτώσεων για την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας Πίνακας 4.1: Οι απολήψιμες παροχές νερού από το υπόγειο υδατικό δυναμικό για το βορειοδυτικό τμήμα Πίνακας 4.2: Σημερινές καλλιέργειες και τα στρέμματα που αυτές καλύπτουν στο βορειοδυτικό τμήμα Πίνακας 4.3: Οι σημερινές αρδευόμενες καλλιέργειες του νοτιοανατολικού τμήματος Πίνακας 6.1: Αρχικά ύψη υδροστατικής στάθμης του υδροφόρου για την 1/04/1973 Πίνακας 6.2: Υδατικό ισοζύγιο 1/04/1973-1/04/1974 Πίνακας 7.1: Σημερινό Υδατικό ισοζύγιο ζωνών Υδροφορίας Πίνακας 7.2: Τεχνικά χαρακτηριστικά ταμιευτήρων και περιοχές που εξυπηρετούν ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1: Διαχωρισμός Θεσσαλίας σε λεκάνες Σχήμα 2.1: Σύγχρονη διαμόρφωση των τμημάτων της ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης Σχήμα 2.2: Το υδατικό διαμέρισμα Θεσσαλίας Σχήμα 3.1: Γεωλογικός χάρτης Θεσσαλίας Σχήμα 3.2: Διαχωρισμός Θεσσαλίας σε ανατολική και δυτική λεκάνη Σχήμα 3.3: Γεωλογική τομή βορειοδυτικού τμήματος Σχήμα 3.4: Γεωλογική τομή Αν.Θεσσαλίας-κεντρικού τμήματος Σχήμα 3.5: Στρωματογραφία του νοτιοανατολικού τμήματος της λεκάνης Σχήμα 4.1: Κατανομή της μεταβιβαστικότητας στην ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας Σχήμα 4.2: Υδροφορείς θεσσαλικής πεδιάδας Σχήμα 4.3: Τύποι υδροφόρων οριζόντων θεσσαλικής πεδιάδας Σχήμα 4.4: Πιεζομετρία ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης Θεσσαλίας Σχήμα 4.5: Η μεταβολή της πιεζομετρίας σε περίοδο 29 χρόνων από το 1974-2003 Σχήμα 4.6: Κλίση πιεζομετρίας ανατολικής υδρογεωλογικής Θεσσαλίας ως προς τις πτωτικές τάσεις 10

Σχήμα 5.1: Χωρική διακριτοποίηση ενός τρισδιάστατου υδροφορέα Σχήμα 5.2: Το κελί (i,j,k) και τα γειτονικά του. Σχήμα 5.3: Ροή από το κελί (ι,j,k) στο (ι,j-1,k) κατά τη διεύθυνση των γραμμών Σχήμα 5.4: Τύποι κελιών και προσομοίωση οριακών συνθηκών. Σχήμα 6.1: Η περιοχή έρευνας με τον κάνναβο στο μοντέλο Σχήμα 6.2: Υψόμετρα οροφής και υποβάθρου υδροφορέα Σχήμα 6.3: Κατανομή του υψομέτρου οροφής του υπόγειου υδροφόρου συστήματος Σχήμα 6.4: Κατανομή του δαπέδου του υπόγειου υδροφόρου συστήματος Σχήμα 6.5: Χάρτης αποθηκευτικότητας και υδραυλικής αγωγιμότητας Σχήμα 6.6: Κατανομή υδραυλικής αγωγιμότητας στην περιοχή μελέτης Σχήμα 6.7: Κατανομή της αποθηκευτικότητας στην περιοχή μελέτης Σχήμα 6.8: Οι θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησης Σχήμα 6.9: Η κατανομή των αρχικών υψών της υδροστατικής στάθμης στην περιοχή έρευνας Σχήμα 6.10: Πιεζομετρία της περιοχής έρευνας για την περίοδο από 1/04/1973-1/04/1974. Σχήμα 6.11: Kαταγραφή γεωτρήσεων άντλησης Σχήμα 6.12: Ζώνες άντλησης Σχήμα 6.13: Οι οριακές συνθήκες Σχήμα 6.14: Συνολική απεικόνιση αποτελεσμάτων ρύθμισης του μοντέλου για όλες τις γεωτρήσεις. Σχήμα 6.15: Ενδεικτικά αποτελέσματα όσον αφορά την πορεία της υδροστατικής στάθμης στην εικοσαετία Σχήμα 7.1: Μικροί ταμιευτήρες στο κεντρικό και στο νοτιοανατολικό τμήμα της ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης της Θεσσαλίας Σχήμα 7.2: Ο ταμιευτήρας της Κάρλας Σχήμα 7.3: Συνθήκες εκμετάλλευσης του υπόγειου υδροφόρου συστήματος του υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας Σχήμα 7.4: Απεικόνιση διαφοράς της επιφάνειας του εδάφους ανάμεσα σε κανονικές συνθήκες άντλησης και συνθήκες υπεράντλησης 11

Σχήμα 7.5: Κατάσταση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος του υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας ως προς την υφαλμύριση Σχήμα 7.6: Κατανομή νιτρικών στα υπόγεια ύδατα στο υδατικό διαμέρισμα Θεσσαλίας ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Διάγραμμα 7.1: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το βορειοδυτικό τμήμα Διάγραμμα 7.2: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το κεντρικό τμήμα Διάγραμμα 7.3: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το νοτιοανατολικό τμήμα 12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η Θεσσαλία αποτελεί τη δεύτερη μεγαλύτερη καλλιεργήσιμη και αρδευόμενη περιοχή σε όλη την ελληνική επικράτεια. Οι καλλιέργειες που επικρατούν χαρακτηρίζονται ως αρκετά υδροβόρες όπως είναι το βαμβάκι και το καλαμπόκι. Ως αποτέλεσμα αυτού η πίεση, την οποία υφίσταται το υπόγειο υδροφόρο σύστημα είναι έντονη. Ο υπόγειος υδροφορέας της Θεσσαλίας ήταν το πρώτο υπόγειο σύστημα σε ελληνικό έδαφος το οποίο άρχισε να μελετάται από τη δεκαετία του 70 και τη χρονιά του 1974 εκπονήθηκε η πρώτη μελέτη που να ασχολείται με το συγκεκριμένο σύστημα. Έπειτα έγιναν δύο αναρρυθμίσεις, οι οποίες είχαν ως βάση τα αποτελέσματα της πρώτης, και έχουν δημοσιευθεί αρκετές επιστημονικές εργασίες που να μελετάνε το υπόγειο σύστημα της Θεσσαλίας. Η Θεσσαλία υδρογεωλογικά χωρίζεται σε δύο λεκάνες. Την δυτική και την ανατολική. Φυσικό διαχωριστικό όριο μεταξύ των δύο λεκανών αποτελεί η λοφώδης περιοχή Ταουσάνης (σχήμα 1.1) Σχήμα 1.1: Διαχωρισμός Θεσσαλίας σε λεκάνες Mαντούζα, (2008) 13

1.2 Σκοπός της εργασίας Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη του υπόγειου υδροφόρου συστήματος της και να καταγραφούν οι διαχρονικές μεταβολές που έχουν παρατηρηθεί σε αυτό καθώς και ποια πρέπει να είναι η συμπεριφορά προς αυτόν πρωταρχικώς για επαγγελματικές ομάδες που η επαγγελματική τους επιβίωση εξαρτάται από την κατάσταση του υπόγειου υδροφορέα αλλά και για τον απλό καθημερινό άνθρωπο γιατί όπως θα εξηγηθεί παρακάτω πολλές είναι οι χρήσεις και τα οφέλη του υπόγειου υδροφορέα στην καθημερινή ζωή. 14

2. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 2.1 Γεωμορφολογικές συνθήκες Η υδρογεωλογική λεκάνη της ανατολικής Θεσσαλίας περιλαμβάνει την πεδινή έκταση, τα όρια της οποίας σχηματίζουν ορθογώνιο γεωμετρικό σχήμα με διεύθυνση του κατά μήκος άξονα βορειοδυτικά-νοτιοανατολικά. Συγκεκριμένα περιλαμβάνει όλη την πεδινή έκταση της ευρύτερης περιοχής Τυρνάβου, Λάρισας, πρώην λίμνη Κάρλας, Στεφανοβίκειο Ριζόμυλο. Η λεκάνη της ανατολικής Θεσσαλίας ή λεκάνη της πεδιάδας Τυρνάβου Λάρισας - Κάρλας σχηματίζει ένα παράλληλο επίπεδο με διεύθυνση του κατά μήκους άξονα ΝΑ-ΒΔ, είναι επίπεδη με τοπογραφική κλίση Βορειοδυτικά, Νοτιοανατολικά και Νότια προς Βόρεια. Η κύρια αιτία δημιουργίας της υδρογεωλογικής λεκάνης ανατολικής Θεσσαλίας ή αλλιώς πεδιάδα Λάρισας αποτέλεσε η δράση των ρηγμάτων με κύρια διεύθυνση βορειοδυτική νοτιοανατολική με αζιμούθιο 100-120 ο. Έχει έκταση 1.100 km 2 και μαζί με την λεκάνη της Δυτικής Θεσσαλίας ή πεδιάδα Τρικάλων Καρδίτσης Φαρσάλων με έκταση 2.370 km 2 αποτελούν τις κύριες υδρογεωλογικές λεκάνες του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας Ευαγγελόπουλος, (2005). 2.2 Τμήματα που αποτελούν την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας H Sogreah-Grenoble το 1974 κατά τη διάρκεια εκπόνησης μελέτη με τίτλο αναπτύξεως υπογείων υδάτων πεδιάδος Θεσσαλίας χώρισε την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας σε 3 κύριες λεκάνες-ζώνες: Λεκάνη Τυρνάβου (περιλαμβάνει την ευρύτερη πεδινή περιοχή του Τυρνάβου) Ζώνη Χάλκης Λεκάνη Κάρλας (Στεφανοβίκειο- Ριζόμυλο) Σύγχρονοι ερευνητές και μελετητές έχουν προχωρήσει στην αναθεώρηση των λεκανώνζωνών του 1974, σε τμήματα ανάλογα με τις γεωλογικές δομές, τις αρδευτικές ανάγκες και απαιτήσεις. Η σύγχρονη διαμόρφωση των τμημάτων έχει ως εξής: 15

Βορειοδυτικό τμήμα (λεκάνη Τυρνάβου): ευρύτερη πεδινή περιοχή Τυρνάβου με όριο τον Πηνειό ποταμό ή αλλιώς πεδιάδα Τυρνάβου Κεντρικό τμήμα (τέως ζώνη Χάλκης + Γυρτώνη, Κουλούρι Ομορφοχώρι) : η πεδινή έκταση από Πηνειό ποταμό έως Ομορφοχώρι -Μελισσοχώρι ή αλλιώς πεδιάδα Λάρισας Νοτιανατολικό τμήμα: η πεδινή έκταση από Πλατύκαμπο έως λίμνη Κάρλα ή αλλιώς πεδιάδα Κάρλας Η σύγχρονη διαμόρφωση των τμημάτων της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας παρουσιάζεται στο σχήμα 2.1 Σχήμα 2.1: Σύγχρονη διαμόρφωση των τμημάτων της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης (2011) 16

2.2.1 Βορειοδυτικό τμήμα Το βορειοδυτικό τμήμα της ανατολικής θεσσαλικής πεδιάδας καλύπτει τη ζώνη Τυρνάβου. Έχει έκταση 57.9 km 2 περίπου. Η ζώνη διασχίζεται από τον Πηνειό και τον Τιταρήσιο, οι οποίοι συμβάλλουν πλησίον της Ροδιάς, πριν τη διαδρομή προς βορειοανατολικά, όπου ο Πηνειός διασχίζει το κρυσταλλικό όγκο με κατεύθυνση προς τα Τέμπη. Το υψόμετρο της ζώνης κατεβαίνει από τα 95 m στα δυτικά, στα 60 m περίπου στην περίμετρο του Πηνειού. Η πόλη της Λάρισας ευρίσκεται νοτιοανατολικά της ζώνης και οι άλλες σημαντικές κοινότητες είναι ο Τύρναβος και ο Αμπελώνας. Τα χωριά της ζώνης είναι πολλά, η δε περιοχή είναι πλούσια, καλυπτόμενη με περιβόλια, αμπέλια και λαχανόκηπους. Πολλές περίμετροι αυτής αρδεύονται από τα επιφανειακά ύδατα. 2.2.2 Κεντρικό τμήμα Το τμήμα καλύπτει έκταση 85 km 2. Το υψόμετρο του εδάφους είναι 70 έως 80 m. Η πόλη της Λάρισας ανήκει σε αυτό το τμήμα και άλλες σημαντικές κοινότητες είναι, η Γυρτώνη το Ομορφοχώρι και το Κουλούρι. 2.2.3 Νοτιοανατολικό τμήμα Η λεκάνη (πεδιάδα) της λίμνης Κάρλας τοποθετείται στο νοτιοανατολικό άκρο της πεδιάδας της ανατολικής Θεσσαλίας επεκτείνεται στους πρόποδες του λόφου Μαυροβουνίου και διαχωρίζεται βορειοανατολικά από το Αιγαίο πέλαγος και νοτιοανατολικά από τον Παγασητικό κόλπο. Οι πιο ενδιαφέρουσες περιοχές στην λεκάνη της Κάρλας είναι του Ριζόμυλου, του Στεφανοβικείου, του Αρμενίου, της Νίκης και των Καναλίων. Η πεδιάδα αποτελείται από τις ακόλουθες ζώνες: i. Την περιοχή της πρώην λίμνης Κάρλας ii. Το νοτιοδυτικό περιθώριο του αλλουβιακού ορίου Το υψόμετρο του εδάφους στα άκρα της πεδιάδας κυμαίνεται από 60 έως 70 m και υπολογίζεται περίπου στα 40 m στην περιοχή της τέως λίμνης Κάρλας. Λίμνη Κάρλα Η τέως λίμνη Κάρλα επεκτεινότανε πάνω από 70 km 2 στο ανατολικό άκρο της ανατολικής Θεσσαλίας ανάμεσα στο Καλαμάκι και στα Κανάλια. Το υψηλότερο επίπεδο ήταν αυτό, όπου τα νερά που πλεονάζουν εκχύνονται μέσα στις ρωγμές των καρστικών μαρμάρων του λόφου του 17

Μαυροβουνίου στα βόρεια και από εκεί ρέει στο Αιγαίο πέλαγος. Το νερό της λίμνης διατηρούνταν από τα αργιλικά στρώματα έως και εκατοντάδες μέτρα βάθους. Η λίμνη συρρικνώθηκε καθώς η εισροή από την επιφάνεια μειώθηκε, μέχρι που τελικά κατέλαβε μόνο τη βορειοανατολική γωνία της πεδιάδας, όπου η μοναδική εισροή ήταν η απορροή από την πεδιάδα στην ανατολική όχθη του Πηνειού. Από τότε, η έκταση της λίμνης διαμορφωνότανε ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες που επικρατούσαν. Ώσπου το 1964, ένα δίκτυο καναλιών και ένα τούνελ διαπερνά μέσα από τους λόφους στα νότιο-ανατολικά όρια της πεδιάδας αποστραγγίζοντας το νερό της λίμνης στον Παγασητικό Κόλπο, με αποτέλεσμα η τέως περιοχή που καταλάμβανε η λίμνη να γίνει καλλιεργήσιμη γη Sogreah-Grenoble, (1974). 2.3 Κλιματολογικές συνθήκες Σχήμα 2.2: Το υδατικό διαμέρισμα Θεσσαλίας (08) (ΥΠΕΧΩΔΕ και ΕΜΠ, 2008) 18

Το Υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας (Σχ. 2.2) εκτείνεται στον ίδιο περίπου χώρο με το αντίστοιχο γεωγραφικό διαμέρισμα και η έκτασή του ανέρχεται σε 13.162 Km 2. Η Θεσσαλία είναι μία πεδινή περιοχή, η οποία περιβάλλεται από ψηλά βουνά. Η μορφολογία και οι κλιματικές συνθήκες που κυριαρχούν στο Υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας ευνοούν την δημιουργία και διατήρηση των επιφανειακών νερών και ειδικότερα της συνεχούς ροής στο βόρειο και εποχιακής στο νότιο τμήμα. Παπακωνσταντίνου και Μπέλτσιος (1996), Loukas et al.,(2006). Το υψόμετρο κυμαίνεται από το επίπεδο της θάλασσας πάνω από 2800 m και το μέσο υψόμετρο της περιοχής είναι περίπου 500 m. Η πεδιάδα της Θεσσαλίας, με έκταση περίπου 4000 km 2 διαρρέεται από τον Πηνειό ποταμό. Ο χειμώνας είναι ψυχρός και υγρός και το καλοκαίρι είναι ζεστό και ξηρό με μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο εποχών. Η μέση ετήσια βροχόπτωση στην περιοχή της Θεσσαλίας είναι περίπου 700 mm και κατανέμεται άνισα στο χώρο και το χρόνο. Η μέση ετήσια βροχόπτωση κυμαίνεται από περίπου 400 mm στην κεντρική περιοχή της πεδιάδας και περισσότερο από 1850 mm στις δυτικές κορυφές του βουνού. Γενικά, οι βροχοπτώσεις είναι σπάνιες από τον Ιούνιο μέχρι τον Αύγουστο. Οι ορεινές περιοχές λαμβάνουν σημαντικά ποσά από χιόνι κατά τους χειμερινούς μήνες και παροδική ανάπτυξη από στοίβες-μάζες χιονιού (snow-packs) Loukas et al.,(2006). Σύμφωνα με τον Petala et al., (2005) στην ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη ανατολικής Θεσσαλίας το ετήσιο ύψος βροχόπτωσης κυμαίνεται από 170 έως 734 mm, για την περίοδο 1951-2011. Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται τα μέση ετήσια ύψη των βροχοπτώσεων για την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας για την 15ετία 1958-1973 όπως αυτά μετρήθηκαν από τη Sogreah-Grenoble, (1974). Το τοπογραφικό υψόμετρο είναι η πιο σημαντική επίδραση στις βροχοπτώσεις. Μετά το 1982, υπάρχει μια σαφής τάση η βροχόπτωση να μειώνεται. Ο συνολικός όγκος της ετήσιας βροχόπτωσης στην υπό μελέτη περιοχή είναι 2.304 x 10 9 m 3. Περισσότερα όμως από 2.016 x 10 9 m 3 χάνονται λόγω εξατμισοδιαπνοής με βάση τον υπολογισμό από τη μέθοδο Thornthwaite και Mather και περίπου 230,4 x 10 6 m 3 πηγαίνουν στον εμπλουτισμό του υδροφόρου ορίζοντα. Ένα μεγάλο ποσοστό των βροχοπτώσεων εμφανίζεται τους μήνες Νοέμβριο με Δεκέμβριο, ενώ το φθινόπωρο και ο χειμώνας είναι οι πιο βροχερές εποχές. Κατά την διάρκεια της περιόδου 19

Νοεμβρίου - Μαΐου πέφτει περίπου το 65,3% με το 72,2% της ετήσιας βροχόπτωσης. Οι θερμότεροι μήνες είναι ο Ιούλιος και ο Αύγουστος, ενώ ο ψυχρότερος είναι ο Ιανουάριος. Το κλίμα είναι μεσογειακού τύπου με ξηρό και ζεστό καλοκαίρι, σύμφωνα με την ταξινόμηση Koppen Πίνακας 2.1: Ύψη βροχοπτώσεων για την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας Sogreah-Grenoble,(1974) ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ ΘΕΣΣΑΛΙΑ Μέσο έτος, ύψος βροχοπτώσεων 520 mm Μέσο έτος, ύψος βροχοπτώσεων 430 mm συχνότητας 1/5 Ξηρό έτος, ύψος βροχοπτώσεων συχνότητας 390 mm 1/10 20

3. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΔΟΜΗ 3.1 Θεσσαλικού διαμερίσματος Το βύθισμα της Θεσσαλίας δημιουργήθηκε πάνω στο γεωλογικό υπόβαθρο τριών μεγάλων γεωτεκτονικών ζωνών, της Πελαγονικής στα ανατολικά, της Πίνδου στα δυτικά και των οφειόλιθων της Πελαγονικής ανάμεσα στις δύο ζώνες. Η Πελαγονική μάζα κατέχει το κεντρικό και ανατολικό τμήμα της Θεσσαλίας και αποτελείται από μεταμορφωμένα πετρώματα γνευσίων, σχιστόλιθων και μαρμάρων ενώ σημαντική είναι επίσης η παρουσία των ασβεστόλιθων όπως εμφανίζονται στον γεωλογικό χάρτη Θεσσαλίας που παρουσιάζεται στο σχήμα 3.1 Η κατανόηση της γεωμορφολογικής εξέλιξης του βυθίσματος της Θεσσαλίας έχει άμεση σχέση με τη δράση της ρηξιγενούς τεκτονικής στον χώρο των Εσωτερικών Ελληνίδων. Ειδικότερα η λεκάνη της Λάρισας αποτελεί μια ενδοορεινή λεκάνη που άρχισε να δημιουργείται από το Πλειόκαινο, εξαιτίας της μετα-ορογενετικής κατάρρευσης από τη δράση ενός εφελκιστικού πεδίου τάσεων βορειοανατολικής-νοτιοανατολικής διεύθυνσης. Το πεδίο αυτό των τάσεων δημιούργησε μια σειρά τεκτονικών κεράτων και τάφρων βορειοανατολικήςνοτιοανατολικής διεύθυνσης, τα οποία οριοθετούνται από μεγάλα κανονικά ρήγματα. Στην ευρύτερη Θεσσαλία, αυτό το τεκτονικό καθεστώς ήταν ενεργό από το Πλειόκαινο ή πιθανά από το Ανώτατο Μειόκαινο έως το Κατώτερο Πλειστόκαινο Από παλαιογεωγραφική άποψη η τεκτονική δημιούργησε εκτεταμένα ενδοορεινά βυθίσματα τα οποία καλύφθηκαν από νερό σε όλη σχεδόν την έκτασή τους δημιουργώντας λιμναίες συνθήκες ιζηματογένεσης. Η παλαιογεωγραφία της περιοχής όπως προκύπτει από τα ιζηματολογικά και στρωματογραφικά στοιχεία χαρακτηρίζεται από την επικράτηση λιμναίων συνθηκών. Ακολουθώντας τη συνεχιζόμενη βύθιση της λεκάνης και την τροφοδοσία της από τα υδρογραφικά δίκτυα σχηματίστηκε μια μεγάλη λίμνη με πιθανό μέγιστο βάθος 10 m περίπου, εκτεινόμενη σε όλη τη Θεσσαλική πεδιάδα. Η παρουσία ελωδών και λιμναίων αποθέσεων μέχρι την περίοδο του Βιλλαφράκιου αποδεικνύει ότι κανένα υδρογραφικό δίκτυο δεν είχε αναπτυχθεί στη λεκάνη της Λάρισας. Τα νερά των λιμνών αυτών άρχισαν να αποστραγγίζονται προς το Αιγαίο πέλαγος κατά το τέλος του Βιλαφράγκιου ή λίγο μεταγενέστερα κατά το Άνω Πλειστόκαινο. Τότε άρχισε και η 21

συγκρότηση ενός αρχικού υδρογραφικού δικτύου του Πηνειού ποταμού, το οποίο ένωσε τα επιμέρους βυθίσματα με τη δημιουργία στενών κοιλάδων που δημιουργήθηκαν από την ποτάμια δράση και παράλληλα άρχισε να μεταφέρει ιζήματα εκτός της λεκάνης δημιουργώντας τις πρώτες δελταϊκές αποθέσεις του ποταμού στον χώρο του Αιγαίου. Μετά από μία περίοδο γεωτεκτονικής σταθερότητας, ένα νέο τεκτονικό καθεστώς επικρατεί στη Θεσσαλική λεκάνη. Είναι εφελκυστική η τεκτονική όπως και η προηγούμενη αλλά με διεύθυνση βορειοανατολικήνοτιονοτιοδυτική. Αυτή η τεκτονική φάση που ξεκίνησε από το Μέσο-Κατώτερο Πλειστόκαινο είναι ακόμη ενεργή (όπως προκύπτει από την πρόσφατη και ιστορική σεισμική δραστηριότητα στην ευρύτερη περιοχή). Είναι επίσης ιδιαίτερα σημαντική για τη δομική εξέλιξη της Θεσσαλίας και ιδιαίτερα για το βόρειο τμήμα της πεδιάδας της Λάρισας. Οι νέες γεωδυναμικές συνθήκες δημιούργησαν ένα νέο κανονικό ρηγμάτων με κύριες διευθύνσεις ανατολικοδυτικά, ανατολικονοτιοανατολικά και δυτικοβορειοδυτικά. Τα περισσότερα από αυτά τα ρήγματα κόβουν τα παλαιότερα βορειοδυτικά-νοτιοανατολικά. Σύμφωνα με τους ρυθμούς ολίσθησης που υπολογίζονται για μερικά ρήγματα (ρήγμα Ροδιάς- ρήγμα Τυρνάβου) και θεωρώντας ότι οι ρυθμοί ολίσθησης είναι ανάλογοι και για άλλα σημαντικά ρήγματα, συμπεραίνεται ότι η λεκάνη του Τυρνάβου καθορίζεται ως μία μεμονωμένη τεκτονική δομή ανεξάρτητη από την παλαιότερη λεκάνη της Λάρισας από το Ανώτερο Πλειόκαινο και μετά Βουβαλίδης κ.ά (2006). 22

Σχήμα 3.1: Γεωλογικός χάρτης Θεσσαλίας Ινστιτούτο Μεσογειακών σπουδών, (2011) 3.1.1 Διαχωρισμός ανατολικής και δυτικής υδρογεωλογικής λεκάνης Προσχωματικοί τεταρτογενείς σχηματισμοί της πεδιάδας και πλειοκαινικές αποθέσεις που εμφανίζονται στην επιφάνεια στα λοφώδη αντερείσματα της Ταουσάνης χωρίζουν την δυτική και ανατολική πεδιάδα (σχήμα 3.2), Μαρίνος κ.ά. (1995). 23

Σχήμα 3.2: Διαχωρισμός Θεσσαλίας σε ανατολική και δυτική λεκάνη Mariolakos et al., (2001) 3.2 Ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης Θεσσαλίας Η ανατολική πεδιάδα της Θεσσαλίας όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 3.2 περιλαμβάνει ένα βύθισμα που σχηματίστηκε κατά το Πλειόκαινο νοτίως της Λάρισας και μια τεράστια Τεταρτογενούς πεδιάδα (πεδιάδα της Κάρλας) προς την ανατολή. Η πεδιάδα οριοθετείται ακολούθως: Βόρεια και ανατολικά: από κρυσταλλικούς ή κατά μέρους μεταμορφωμένους σχηματισμούς που αποτελούν μέρος του Πελαγονικού όγκου (συστήματος). Νοτιοδυτικά: οι λόφοι που δημιουργήθηκαν κατά την περίοδο του Πλιο- Πλειόκαινου αποτελούν εξάρσεις, οι οποίες διαχωρίζουν τις δύο λεκάνες της Θεσσαλίας (σχηματίζουν μια αυξανόμενη διόγκωση μεταξύ των δύο λεκανών της Θεσσαλίας). Νότια και νοτιανατολικά : το όρος Χαλκοδόνιο Βελεστίνο και οι μαρμάρινοι λόφοι διαχωρίζουν τοπογραφικά την πεδιάδα της Κάρλας από τον Παγασητικό κόλπο Sogreah- Grenoble, (1974). Σήμερα, θεωρείται ότι η ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας αποτελεί ένα τεκτονικό βύθισμα Τεταρτογενών αποθέσεων. Οι Τεταρτογενείς αποθέσεις επικαλύπτονται 24

κυρίως από ανθρακικά πετρώματα και σχιστόλιθους, εκτός από μία στενή λωρίδα νεογενών ιζημάτων κατά μήκος του δυτικού ορίου της λεκάνης Kontogianni et al., (2007). Οι διαδικασίες της ιζηματογενής πλήρωσης συνέβησαν υπό διαφορετικές συνθήκες στις δύο λεκάνες (συμπεριλαμβανομένης έως και την περίοδο του Πλειόκαινου). Η πεδιάδα της Λάρισας ξεκίνησε να διαμορφώνεται κατά την διάρκεια του ανώτερου Πλειόκαινου, αρχικά από θαλάσσης και έπειτα από λιμναία καθίζηση. Και στις δύο λεκάνες, οι τεταρτογενείς αποθέσεις περιλαμβάνουν ποτάμια - λιμναία αλλούβια, χονδρόκοκκα στο δυτικό τμήμα της κάθε λεκάνης και πιο λεπτά στα υπόλοιπα τμήματα. Η περιμετρική προς βορρά ζώνη της ανατολικής Θεσσαλίας, μεταξύ Αργυροπουλίου και Καλαμακίου, είναι μια ορεινή περιοχή συνισταμένη κυρίως από κρυσταλλικούς σχιστόλιθους, με τοπικώς εμφανιζόμενα λέπια από μάρμαρο. Διακόπτεται από την κοιλάδα την οποία έχει διανοίξει ο Πηνειός στα Τέμπη, για να εκχυθεί στο Αιγαίο πέλαγος. Κατά μήκος προς τα Νοτιανατολικά την πεδιάδα ακολουθεί η περιοχή του Καλαμακίου μία πετρογραφική ενότητα, αποτελούμενη πάντοτε από σχηματισμούς του υποβάθρου. Τα μάρμαρα είναι στοιχεία, τα οποία κυριαρχούν ευρέως επιφανειακώς. Κατά τόπους υφίστανται κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα, εγκλεισμένα στην μάζα των μαρμάρων ή σε παράθεση με αυτά. Αυτό παρατηρείται κυρίως στην απότομη κλίση η οποία δεσπόζει της παλιάς λίμνης της Κάρλας, κατά μήκος της οδού Κανάλια Κεραμίδι. Νοτιότερα οι εμφανίσεις του υποβάθρου, το οποίο αναδύεται μεμονωμένως στην αλλουβιακή λεκάνη μεταξύ Στεφανοβικείου και Κανάλια, συνίσταται από κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα μαζί με μάρμαρα. Οι λόφοι, οι οποίοι περιβάλλονται προς τα νοτιο-ανατολικά την πεδιάδα της Κάρλας αποτελούν τμήμα της ίδιας λιθολογικής ενότητας, η οποία φθάνει ως τα γειτονικά του Βόλου. Όπως όλες οι λιθολογικές ενότητες όπου κυριαρχούν τα μάρμαρα έτσι αυτή η ενότητα, η οποία οριοθετεί την πεδιάδα της Κάρλας εμφανίζει μεγάλη διαπερατότητα. Η πεδιάδα επομένως δεν είναι απομονωμένη από υδρογεωλογικής απόψεως από τις χαμηλότερες περιοχές, οι οποίες βρίσκονται προς τα βορειο-ανατολικά (παραθαλάσσια ζώνη) ή προς τα νοτιο-δυτικά (πυθμένας του Παγασητικού κόλπου). 25

Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι μικρολατυποπαγούς φάσεως συνιστούν τμήμα του όρος Χαλκοδονίου, το οποίο περιβάλλει προς το νότο την ανατολική Θεσσαλική πεδιάδα Μαρίνος κ.ά. (1995). 3.2.1 Βορειοδυτικό τμήμα Το βορειοδυτικό τμήμα ορίζεται από γνευσίους και κρυσταλλικούς μεταμορφωμένους σχιστόλιθους του Πελαγωνικού όγκου. Δυτικά τα μάρμαρα σχηματίζουν έναν ασυνεχή όγκο, ο οποίος διαρρέεται από τον Τιταρήσιο βόρεια και από τον Πηνειό νότια. Λημναίοι ασβεστόλιθοι σχετικώς μικρής διαπερατότητας και κροκαλοπαγή των πλειοκαινικών κλίσεων, έχουν αποτεθεί στους πρόποδες των μαρμάρων νοτίως του Τιταρήσιου. Προς τα νότια, η ζώνη περιβάλλεται από λόφους από μάργες, αμμώδεις και χαλικώδεις του Πλειοκαινικού της περιοχής Ταουσάνης. Ο Πηνειός διέρχεται από τις πλειοκαινικές επιφανειακές εμφανίσεις μεταξύ Αμυγδαλιάς και Λάρισας. Το βάθος και η φύση του υποβάθρου των αλλουβίων δεν είναι γνωστά μετά βεβαιότητας στο κέντρο της ζώνης του Τυρνάβου. Εντός των κοινοτήτων Αμπελώνα και Φαλάνης, τα αλλούβια έχουν πάχος πολλών εκατοντάδων μέτρων. Νοτιοδυτικά του δρόμου Λάρισας- Τυρνάβου, το υπόβαθρο των αλλουβίων συνίσταται από το μαργώδες ή ψαμμιτικό Πλειόκαινο, πολύ μικρής διαπερατότητας. Οι αλλουβιακές αποθέσεις του Τιταρήσιου σχηματίζουν αλλουβιακό κώνο. Οι αλλουβιακές αποθέσεις είναι χονδρόκοκκοι, κυρίως στα τμήματα που βρίσκονται νότια και ανατολικώς από τον Πηνειό. Οι κροκάλες και οι χάλικες των εν λόγω αλλουβίων, απαλλαγμένοι από λεπτόκοκκα στοιχεία είναι σχετικώς ομοιογενείς πλησίον του Τυρνάβου και εμφανίζονται προς τα κατάντη του αλλουβιακού κώνου στα παχύ στρώματα διαχωριζόμενα από συμπαγή στρώματα αργίλου. Στο σχήμα 3.3 απεικονίζεται η γεωλογική τομή του βορειοδυτικού τμήματος. 26

Σχήμα 3.3: Γεωλογική τομή βορειοδυτικού τμήματος Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011) 3.2.2 Κεντρικό τμήμα Πρόκειται για μια ζώνη τεταρτογενών αλλουβιακών σχηματισμών, η οποία ορίζεται νοτιοδυτικά από τους πλειοκαινικούς λόφους, κατά μήκος υπάρχουν δύο επιφανειακές εμφανίσεις: η μία από μάρμαρα και μεταμορφωμένους σχιστόλιθους και μία από Ιουρασικούς σχιστόλιθους Ανατολικά του Πηνειού, εντός των κοινοτήτων Γυρτώνης, Ομορφοχωρίου και Μελισσοχωρίου, τα χονδρόκοκκα στρώματα είναι σπανιότερα και ευρίσκονται σε μεγαλύτερο βάθος. Γενικώς, τα αλλούβια καθίστανται σαφώς περισσότερο λεπτόκοκκα προς την ανατολή και νοτιο-ανατολικά. Οι πρόσφατες αποθέσεις είναι ουσιαστικά αργιλώδεις και ιλυώδεις μεταξύ των λόφων του πράσινου μαρμάρου και του Πλατύκαμπου, όμως εγκλείουν σε αυτά μερικά χαλικώδη και αμμώδη στρώματα. Στο σχήμα 3.4 απεικονίζεται η γεωλογική τομή του κεντρικού τμήματος 27

Σχήμα 3.4: Γεωλογική τομή Αν.Θεσσαλίας-κεντρικού τμήματος Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011) 3.2.3 Νοτιοανατολικό τμήμα Τα βορειο-ανατολικά όρια της πεδιάδας αποτελούνται από μεταμορφωμένους σχιστόλιθους και γνεύσιους μέχρι μιας περιοχής περίπου 2,5 km ανατολικά του Καλαμακίου, μετά της οποίας περνάει στο καρστικό μάρμαρο. Κοιτάσματα (πετρώματα) σχιστόλιθων παρατηρήθηκαν στα μάρμαρα βόρεια και νότια των Καναλίων. Το νοτιοανατολικό όριο της πεδιάδας αποτελείται επίσης από μάρμαρα, το οποίο εγκλείσματα σχιστόλιθων το χωρίζουν από την λεκάνη του Βόλου. Το νοτιο-ανατολικό όριο της πεδιάδας αποτελείται από πηλό με μπλοκ Πλειόκαινου. Οι βραχώδεις πυραμίδες που αναδύονται στο κέντρο του νοτιοανατολικού τμήματος αποτελούνται από μείγμα μαρμάρου και κρυσταλλικούς σχιστόλιθους Kontogianni et al., (2007). Η στρωματογραφία του νοτιοανατολικού τμήματος δίνεται στο σχήμα 3.5 Λίμνη Κάρλα Η λίμνη ήταν ένα υπόλοιπο από μία τεράστια υφάλμυρη λιμνοθάλασσα της Τριτοβάθμιας προέλευσης, η οποία έλαβε τα νερά του Πηνειού και του Τιταρήσιου και επεκτάθηκε σχεδόν σε όλη την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη, εκτός από τα αλλουβιακά ριπίδια του Τιταρήσιου. Στη συνέχεια, σταδιακά εξαφανίστηκαν καθώς γέμισε με τα αλλούβια των ποταμών. 28

Τα παχιά στρώματα που φέρουν κέλυφος από πηλό που διατρέχουν σχεδόν όλες τις γεωτρήσεις του Πλειστόκαινου και των τεταρτογενών αλλούβιων νοτιο-ανατολικά της Λάρισας, είναι λιμναίας προέλευσης. Η αλλουβίαση επιβρανδύθηκε καθώς ο ποταμός Πηνειός αιχμαλωτίζεται μέσα στο φαράγγι των Τεμπών. Σχήμα 3.5: Στρωματογραφία του νοτιοανατολικού τμήματος της λεκάνης Kontogianni et al., (2007) 3.3 Γεωλογική δομή σε συσχέτιση με τους δύο ποταμούς που διαρρέουν την ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας τον Τιταρήσιο και τον Πηνειό ποταμό Το μορφολογικό ανάγλυφο του βόρειου χαμηλού νοτιοανατολικού τμήματος είναι ομαλό με υψόμετρο που κυμαίνεται από 60 έως 95 m. Χαρακτηριστική γεωλογική μορφή του συγκεκριμένου τμήματος της λεκάνης αποτελεί ένα αλλουβιακό ριπίδιο με ανώτερο τμήμα την έξοδο του ποταμού Τιταρήσιου από τα στενά του Τυρνάβου (Δαμάσι) στα δυτικά. Το υψόμετρο στο ανώτερο στρώμα του αλλουβιακού ριπιδίου είναι 95 m περίπου και η έκτασή του είναι 29

ιδιαίτερα μεγάλη με το κατώτερο τμήμα να φθάνει έως το υψόμετρο των 65 m περίπου. Νότιο όριο του αλλουβιακού ριπιδίου αυτού αποτελεί ο Πηνειός ποταμός. Ο Πηνειός εισέρχεται στη λεκάνη της Λάρισας από τις πλειοκαινικές επιφανειακές εμφανίσεις στα στενά του Καλαμακίου σε υψόμετρο 77 m. Στην συνέχεια εγκιβωτίζεται μέσα στις αλλουβιακές αποθέσεις και διαρρέοντας το χαμηλό τμήμα στρέφεται βορειοανατολικά προς την υδρολογική έξοδό του στην κοιλάδα της Ροδιάς. Ο Πηνειός ποταμός σε όλο το μήκος του κατά μήκος της λεκάνης της Λάρισας έχει μια χαρακτηριστική ανδρική μορφή ως αποτέλεσμα των μικρότερων κλίσεων στην κοίτη του, ενώ ο Τιταρήσιος βορειότερα έχει σαφή ελικοειδή μορφή με μικρότερο μαιανδρικό λόγο διαρρέοντας τις αποθέσεις με τις μεγαλύτερες κλίσεις του αλλουβιακού του ριπιδίου Βουβαλίδης κ.ά. (2006). 30

4. ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Η ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας ως επί το πλείστον γεμάτη με ποτάμιες και χειμαρρώδης αποθέσεις, ιδίως στο βόρειο και δυτικό τμήμα. Μεγάλες μάζες από μάρμαρα και ασβεστόλιθους που προσδιορίζονται στα εν λόγω στρώματα μαρτυρούν σε υψηλά ενεργειακά κοιτάσματα και αντιπροσωπεύουν τους πιο σημαντικούς υδροφορείς. Αντίθετα, στο ΝΑ τμήμα της λεκάνης η πεδιάδα της Κάρλας, έχει χαμηλά ενεργειακά κοιτάσματα ως επί το πλείστον κυριαρχούν ο πηλός και η λάσπη, που απορρέουν από τη διάβρωση και από τα νεογενή ιζήματα στο νοτιοδυτικό όριο της λεκάνης Kontogianni et al., (2007). 4.1 Υπόγεια ροή Κεντρικό τμήμα Η υπόγεια ροή στο κεντρικό τμήμα, λαμβάνει χώρα με κατεύθυνση από νοτιοδυτικά προς βορειο-ανατολικά με σταθερή κλίση της τάξης 5 ο /οο. Νοτιοανατολικό τμήμα Τα υπόγεια ύδατα ρέουν από νοτιοδυτικά (σε υψόμετρο 65 m) προς τα βορειοανατολικά, με μία κλίση 0,2 0,3 ο /οο Sogreah-Grenoble (1974). 4.2 Υδραυλικές ιδιότητες των υπόγειων υδροφορέων Πορώδες Το κύριο χαρακτηριστικό ενός πορώδους μέσου, που επιδρά στις ιδιότητες της αποθήκευσης αλλά και της αντίστασης στην κίνηση του νερού είναι το ολικό πορώδες (π) το οποίο ορίζεται ως ο λόγος του όγκου των διάκενων προς το συνολικό όγκο του πορώδους μέσου και είναι αδιάστατο μέγεθος. Ωστόσο πιο ενδεικτικό μέγεθος από την άποψη της υπόγειας ροής είναι το αποτελεσματικό πορώδες, το οποίο ορίζεται ως ο λόγος του όγκου των διάκενων, όπου το νερό μπορεί να κινηθεί λόγω βαρύτητας ή με διαφορά πίεσης, προς το συνολικό όγκο του μέσου. Δεν περιλαμβάνει δηλαδή τον όγκο των απομονωμένων ή τυφλών διάκενων ή αλλιώς στο 31

αποτελεσματικό πορώδες δεν περιλαμβάνεται ο όγκος του προσκολλημένου νερού πάσης φύσεως. Το αποτελεσματικό πορώδες για την περιοχή μελέτης θεωρήθηκε ίσο με 0.1 ενώ το ολικό πορώδες θεωρήθηκε ίσο με 0.2 από πίνακες που υπάρχουν στη σχετική βιβλιογραφία και αναφέρονται σε αλλουβιακές αποθέσεις. Ανάλογος όρος με το αποτελεσματικό πορώδες είναι η ειδική απόδοση (Sy). Ορίζεται ως ο όγκος νερού που απελευθερώνεται κατά την ταπείνωση του φρεατίου ορίζοντα ανά μονάδα επιφάνειας και ανά μονάδα μείωσης της στάθμης. Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, (1999) και Παπανικολάου, (2007) Υδραυλική αγωγιμότητα Η κίνηση του νερού στους υδροφορείς εξαρτάται τόσο από τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα όσο και από την υδραυλική κλίση, J [ ], της ελεύθερης ή πιεζομετρικής επιφάνειας, τη μεταβολή δηλαδή του φορτίου ανά μονάδα μήκους. Έτσι η παροχή Q οποιασδήποτε υπόγειας ροής μπορεί να υπολογισθεί εφαρμόζοντας τον νόμο του Darcy: Q = K x A x J (1.1) όπου η παράμετρος Κ είναι η παράμετρος του πορώδους μέσου που αποτελεί το μέτρο της ικανότητας του νερού να μετακινείται μέσω των διάκενων του πορώδους μέσου και ονομάζεται υδραυλική αγωγιμότητα. Πρόκειται δηλαδή για μία παράμετρο που χαρακτηρίζει τη διαπερατότητα του πορώδους μέσου. Σε ανισότροπους υδροφορείς η περιγραφή της υδραυλικής αγωγιμότητας απαιτεί τουλάχιστον τρεις παραμέτρους, τις υδραυλικές αγωγιμότητες στις τρεις κύριες διευθύνσεις. Στους ετερογενείς υδροφορείς που αποτελούν τον κανόνα, η υδραυλική αγωγιμότητα αλλάζει από θέση σε θέση. και η παράμετρος A [L 2 ] είναι το εμβαδόν της διατομής του υδροφορέα μέσα από την οποία γίνεται η ροή. 32

Όσον αφορά την υδραυλική αγωγιμότητα (Κ) στην περιοχή της ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης Θεσσαλίας: Tα αλλούβια της ανατολικής πεδιάδας παρουσιάζουν ετερογένεια και η Κ ποικίλλει ευρέως από θέση σε θέση. Επομένως, διακρίνονται τρείς μεγάλες υποδιαιρέσεις: i. μία ζώνη υψηλής Κ: Την κορυφή και το κεντρικό τμήμα του κώνου του Τιταρήσιου. Τάξη μεγέθους της Κ: 2 x 10-4 έως 10-3 m/sec. ii. Μία ζώνη εντός της οποίας τα αλλούβια είναι πολύ λίγο διαπερατά: τη λωρίδα κατά μήκος της βορειο-ανατολικής περιφέρειας της πεδιάδας, η περιοχή που περιβάλλει τη λίμνη Κάρλα. Τάξη μεγέθους της Κ: 10-6 έως 3 x 10-5 m/sec. iii. Η υπόλοιπη πεδιάδα με τα αλλούβια έχει μικρή έως μέτρια υδραυλική αγωγιμότητα. Τάξη μεγέθους της Κ: 10-5 έως 2 x10-4 m/sec. Το υπόγειο υδροφόρο σύστημα των αλλουβίων είναι αδιαπέρατο ή ελάχιστα διαπερατό επί μεγάλου τμήματος της πεδιάδας. Μόνο στην περιοχή της Κάρλας και σε μία πολύ μικρή ζώνη νότια της Κυψέλης υπάρχει κάποια διαπερατότητα εξαιτίας των ρηγματώσεων Sogreah- Grenoble, (1974). Μεταβιβαστικότητα Τ (m 2 /sec) Η ικανότητα ενός υδροφορέα να μεταφέρει νερό χαρακτηρίζεται από μια υδροδυναμική παράμετρο που καλείται μεταβιβαστικότητα, έχει διαστάσεις, και ισούται με το γινόμενο της υδραυλικής αγωγιμότητας επί το πάχος, b (Τ=Κ x b). Δεδομένου ότι οι εποχιακές διακυμάνσεις του υδροφόρου ορίζοντα είναι μικρού εύρους στην ανατολική Θεσσαλία, δεν προκαλούν μεγάλες μεταβολές στην Τ σε ζώνες με υδροφόρους ελεύθερης επιφάνειας (ελεύθερους υδροφόρους). Βορειοδυτικό τμήμα Οι μεγαλύτερες τιμές της Τ παρατηρούνται σε περιοχές, οι οποίες προσχώρησαν από τους κλούβιους του Τιταρήσιου και υπερβαίνουν τα 0.1 m 2 /sec νοτιοδυτικά της περιοχές του Τυρνάβου. Η Τ μειώνεται κανονικώς στην περιφέρεια του αλλουβιακού κώνου, όπου οι τιμές κυμαίνονται από 2 x 10-3 έως 5 x 10-3 m 2 /sec στα όρια του κώνου. 33

Στο ανατολικό ήμισυ της πεδιάδας η Τ είναι μικρή. Εκτός από δυο μικρές ζώνες, τη Ζώνη Χάλκης ( νυν κεντρικό τμήμα) και μία ζώνη πέριξ του Στεφανοβικείου και Ριζόμυλου (νυν νοτιοανατολικό τμήμα) όπου οι υδροφορείς που αποτελούνται από στρώματα άμμου και ψιλού χαλικιού, η Τ κυμαίνεται από 1 έως 5 x 10-3 έως m 2 / s. Κεντρικό τμήμα Πιο συγκεκριμένα, στα εκμεταλλευόμενα υδροφόρα στρώματα του κεντρικού τμήματος, τα οποία συνίστανται από χαλικώδεις σχηματισμούς και άμμο, η Τ υπολογίζεται από 1 έως 2 x 10-3 m 2 /sec. Υδροφόρα στρώματα μικρού πάχους στο κεντρικό τμήμα, που συνίστανται από πολύ λεπτόκοκκη άμμο εντός αργιλικού περιβάλλοντος επιδεικνύουν Τ που κυμαίνεται από 3 έως 4 x 10-4 m 2 /sec Νοτιοανατολικό τμήμα Στην πεδιάδα της λίμνης Κάρλας η παρουσία ενός καρστικού υποβάθρου συνεπάγεται με υψηλές τιμές Τ σε ορισμένα σημεία της λεκάνης. Οι τιμές της Τ όμως της περιοχής εν γένει φαίνεται ότι είναι μόνον 10-3 έως 3 x 10-3 m 2 /sec δηλαδή σχετικώς μικρές. Η αντίφαση δύναται να εξηγηθεί με την παραδοχή ότι η εναλλαγή των κρυσταλλικών σχιστόλιθων και των μαρμάρων του υποβάθρου δημιουργεί μία διαίρεση αυτού σε διαμερίσματα, μεταξύ των οποίων η κυκλοφορία του ύδατος δυσχεραίνεται με την παρεμβολή διαφραγμάτων μικρής υδραυλικής αγωγιμότητας. Τα υδροφόρα στρώματα που εφαρμόζονται στα αλλούβια της πεδιάδας έχουν Τ μεγαλύτερη από 2.5 x 10-3 m 2 /sec Sogreah-Grenoble, (1974). Στο σχήμα 4.1 παρουσιάζεται η κατανομή της Τ όπως αυτή υπολογίστηκε από τον Constantinidis, (1978). 34

Σχήμα 4.1: Κατανομή της μεταβιβαστικότητας στην ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη Θεσσαλίας κατά Constantinidis, (1978) Ειδική αποθηκευτικότητα Αποθηκευτικότητα Μια άλλη σημαντική υδροδυναμική παράμετρος είναι η αποθηκευτικότητα. Κάθε μείωση ή αύξηση στην πίεση νερού σε έναν υδροφορέα συνοδεύεται με αντίστοιχη μείωση ή αύξηση και στον όγκο του νερού που είναι αποθηκευμένο σε αυτόν. Για την ποσοτική έκφραση της σχέσης ανάμεσα στις μεταβολές πίεσης και αποθήκευσης χρησιμοποιούνται δύο αλληλοεξαρτώμενες παράμετροι η ειδική αποθηκευτικότητα (Ss) και η αποθηκευτικότητα (S). 35

Η ειδική αποθηκευτικότητα (Ss) ορίζεται ως ο όγκος νερού που απελευθερώνεται από τον υδροφορέα όταν μειωθεί το ύψος πίεσης κατά μία μονάδα και έχει διαστάσεις L -1. Η αποθηκευτικότητα S είναι ένα αδιάστατο μέγεθος που εκφράζει τον όγκο του νερού που απομακρύνεται ή προστίθεται στο συνολικά αποθηκευμένο όγκο νερού ανά μονάδα επιφάνειας του υδροφορέα εξαιτίας μιας μοναδιαίας αύξησης ή μείωσης αντίστοιχα του υδραυλικού ή πιεζομετρικού φορτίου. Τα δύο μεγέθη σχετίζονται μεταξύ τους με τη σχέση S= Ss x b Λατινόπουλος, (2008) και Παπανικολάου, (2007). Σε φρεάτιους υδροφορείς, όπου το υδραυλικό ύψος ταυτίζεται με το γεωμετρικό, η μείωση του αποθηκευμένου όγκου του νερού ΔV μετά από μείωση του υδραυλικού φορτίου, δηλαδή ταπείνωση της στάθμης Δh=Δz, οφείλεται στο άδειασμα ενός τμήματος του πορώδους μέσου, αυτού που βρίσκεται μέσα στη ζώνη πάχους Δz, στο οποίο τα νερό αντικαθίσταται από αέρα (στην ουσία ταυτίζεται με την ενεργή απόδοση). Σε έναν υπό πίεση υδροφορέα η μείωση της πίεσης δεν συνοδεύεται με αντικατάσταση του νερού από αέρα, αφού ο υδροφορέας δεν επικοινωνεί με τον ελεύθερο αέρα και συνεπώς παραμένει κορεσμένος σε όλο του το πάχος. Στην περίπτωση αυτή η μείωση της πίεσης έχει τις εξής συνέπειες: i. Ο όγκος του αποθηκευμένου νερού διαστέλλεται ελαστικά, λόγω της μικρότερης πίεσης ii. Ο εδαφικός σκελετός συστέλλεται και ο όγκος των πόρων μειώνεται, καθώς το βάρος των υπερκείμενων υλικών εξισορροπείται από τις δυνάμεις του στερεού ιστού του υλικού (αφού η υδραυλική πίεση έχει μειωθεί) Έτσι στους υπό πίεση υδροφορείς η ειδική αποθηκευτικότητα συνδέεται με τη συμπιεστότητα του ρευστού και τη συμπιεστότητα του πορώδους μέσου. Η τιμή της παραμέτρου στους φρεάτιους υδροφόρους ισούται με την ειδική απόδοση και κυμαίνεται από 0.1 ως 0.3 ενώ είναι πολύ μικρότερη στους υπό πίεση υδροφόρους, όπου κυμαίνεται από 10-4 ως 10-5 σύμφωνα με τον Λατινόπουλο, 2008 ή από 10-6 μέχρι 5 x 10-3 σύμφωνα με τους Κουτσογιάννη και Ξανθόπουλο, 1999. Σύμφωνα με τη Sogreah-Grenoble, (1974) η ειδική αποθηκευτικότητα στην ανατολική υδρογεωλογική λεκάνη κυμαίνεται : 36

Βορειοανατολικό τμήμα από 0.007-0.13 Περιοχή Βορειοανατολικού ορίου (περιοχή Ελευθέριο Καλαμάκι) από 0.005-0.03 Υπόλοιπες περιοχές από 0.03-0.07. Ενώ για τα μαθηματικά ομοιώματα η Sogreah-Grenoble χρησιμοποίησε τις τιμές: Από 10-2 8 x 10-2 με ένα μόνο μικρό διαπερατό στρώμα (ημιδιαπερατός υδροφόρος ορίζοντας) Από 8 x 10-2 -12 x 10-2 στις περιοχές όπου ο υδροφόρος σχηματισμός δεν καλύπτεται με άργιλο (διαπερατά υδροφόρα στρώματα) 4.3 Τύποι υδροφόρων Τρείς είναι οι κύριοι τύποι υδροφόρων οριζόντων που αναπτύσσονται και στις δύο λεκάνες και στα κράσπεδα αυτών: Οι ελεύθερης πιεζομετρικής επιφάνειας υδροφόροι ορίζοντες Οι υπό πίεση υδροφόροι ορίζοντες Οι καρστικοί υδροφόροι ορίζοντες Μαρίνος κ.ά. (1995). Οι περιοχές των κύριων υδροφόρων εμφανίζονται στο σχήμα 4.2 και οι τύποι των υδροφόρων στο σχήμα 4.3 4.3.1 Πάχος Υδροφόρου Το βάθος του αδιαπέραστου υπόβαθρου διαφέρει σε κάθε σημείο της λεκάνης. Σε γενικές γραμμές, είναι μεγάλο στη μέση της λεκάνης και γίνεται μικρό στα άκρα. Στο βορειοδυτικό τμήμα είναι σημαντικό (500 m), στο κεντρικό τμήμα συναντάται το μεγαλύτερο πάχος των αλλουβίων, το οποίο φθάνει τα 550 m και στο νοτιοανατολικό τμήμα της λεκάνης είναι μικρό κυμαίνεται μεταξύ 50 και 250 m. Στο τμήμα αυτό το υπόβαθρο αναδύεται κατά θέσεις, λόγω τεκτονισμού και σχηματίζει μικρούς λόφους Constantinidis, (1978) και Μαρίνος κ.ά., (1995). 37

Σχήμα 4.2: Υδροφορείς θεσσαλικής πεδιάδας Μαρίνος κ.ά, (1995) από Sogreah-Grenoble,1974 4.4 Υδροφόροι σχηματισμοί και υδροφόρα στρώματα 4.4.1 Υδροφόροι σχηματισμοί Ο κύριος υδροφορέας συνίσταται από τις αλλουβιακές αποθέσεις, οι οποίες έχουν επιχώσει την τεκτονική ύφεση της ανατολικής Θεσσαλίας, όλη η εν λόγω λεκάνη βυθίστηκε, λόγω υποχώρησης του υποβάθρου, υπό την πίεση των εναποτεθέντων σε αυτή φορτίων. Στην ανατολική Θεσσαλία συναντάται μία ζώνη ποτάμιων-χειμμαρικών φερτών υλικών και μία ζώνη αργιλο-ιλυωδών ιζημάτων πιο ήρεμου περιβάλλοντος. Γενικά, η ποτάμια χειμαρρική ζώνη φερτών υλικών καταλαμβάνει το βορειοδυτικό ήμισυ της πεδιάδας και μια λωρίδα κατά μήκος των πρόποδων των περιφερειακών λόφων από τη Νίκαια προς Βελεστίνο. Η ζώνη των αργιλικών αποθέσεων είναι το χαμηλότερο τμήμα της πεδιάδας, εκείνο το οποίο καταλάμβανε η τέως λίμνη Κάρλα. 38

Ένα άλλο συγκρότημα υδροφόρων σχηματισμών συνίσταται από τα μάρμαρα και τους καρστικούς ασβεστόλιθους. Πρόκειται κυρίως για μάρμαρα που ανήκουν στο Πελαγωνικό σύστημα, τα οποία σχηματίζουν: Το υψίπεδο, το οποίο διαχωρίζει την πεδιάδα της Ελασσόνας από την περιοχή του Τυρνάβου Τους λόφους και τα υψίπεδα τα οποία ορίζουν την πεδιάδα ανατολικά μεταξύ Καλαμάκι και Κανάλια και νοτιοανατολικά μεταξύ Κανάλια και Αγίου Γεωργίου Ένα τμήμα του υπεδάφους της πεδιάδας της Κάρλας Η ένωση μαρμάρων σχιστόλιθων δεν είναι σπάνια, οι σχιστόλιθοι δύναται να αποφράζουν τοπικά την μάζα των μαρμάρων, με αποτέλεσμα να αποκόπτουν τις υπόγειες ροές. 4.4.2 Υδροφόρα στρώματα Βορειοδυτικό τμήμα Το υλικό των υδροφόρων στον Τιταρήσιο συνίσταται από κροκάλες και χαλίκια, μετά την είσοδο του Τιταρήσιου εντός της θεσσαλικής πεδιάδας. Είναι σημαντικού πάχους και σχετικώς ομοιογενή πλησίον του Τυρνάβου, όπου η υπόγεια ροή του ύδατος λαμβάνει χώρα σε ελεύθερη επιφάνεια. Προς τα κατάντη, τα υδροφόρα στρώματα εμφανίζονται σε στρώματα μεγάλου πάχους, τα οποία χωρίζονται από αργιλικά επίπεδα. Το όριο σε αυτά τίθενται υπό πίεση. Βόρεια, ανατολικά ή νότια του Αμπελώνα, ο υδροφόρος ορίζοντας καθίσταται λεπτός και βαθύς. Ανατολικά του Πηνειού, τα αμμοχάλικα βρίσκονται σε μεγάλο βάθος. Στα αβαθή στρώματα, τα υδροφόρα στρώματα συνίστανται από άμμους διαφορετικής κοκκομετρικής σύνθεσης, τα οποία επικαλύπτονται από λιμναίες εναποθέσεις, τοπικώς αλατούχες ιδιαιτέρως στην Γυρτώνη. Κεντρικό τμήμα Τα εκμεταλλευόμενα υδροφόρα στρώματα στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης συνίστανται από χαλικώδεις σχηματισμούς και άμμο, παρεμβαλλόμενης εντός των τεταρτογενών αλλουβίων. Νοτιοανατολικό τμήμα Σύμφωνα με τη Sogreah-Grenoble (1974), δεν υπάρχουν εκμεταλλευόμενα υδροφόρα στρώματα στο συγκεκριμένο τμήμα της λεκάνης. 39

4.5 Ο φρεάτιος/ελεύθερος υδροφόρος ορίζοντας Ο ελεύθερος υδροφόρος ορίζοντας αποτελεί ένα τμήμα ενός συνόλου στρωμάτων, τα οποία επικάθονται του υπόγειου υδροφόρου. Κατά γενικό κανόνα, τα στρώματα αυτά περιλαμβάνουν: α) ένα επιφανειακό ορίζοντα, διαπερατό στην περιφέρεια αλλά μικρής διαπερατότητας στο κέντρο της πεδιάδας. β) έναν ή περισσότερους ιζηματογενείς ορίζοντες μάλλον ή ήταν χονδρόκοκκοι και διαπερατοί, γενικώς μικρού πάχους, εντός των οποίων σχηματίζονται οι φρεάτιοι ορίζοντες. Οι φρεάτιοι υδροφόροι ορίζοντες χωριζόμενοι με αργιλικά στρώματα, ευρίσκονται σε μικρό βάθος από την επιφάνεια του εδάφους και είναι μικρή σε έκταση. γ) έναν ορίζοντα μάλλον ή ήταν σημαντικού πάχους, μικρής διαπερατότητας, ο οποίος διαχωρίζει το ελεύθερο υδροφόρο από τον υπόγειο. Ο ελεύθερος υδροφόρος ορίζοντας αποτελεί μία ενδιάμεση δεξαμενή μεταξύ της επιφάνειας του εδάφους και του υπόγειου υδροφόρου, όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 4.3 Βορειοδυτικό τμήμα Εντός των περιφερειακών ζωνών και του ανώτερου κώνου του Τιταρήσιου, οι αλλουβιακοί σχηματισμοί είναι γενικώς χονδρόκοκκοι σε ολόκληρο το πάχος τους και σχηματίζουν μία αρκετά ομοιογενή μάζα μεγάλης υδροπερατότητας. Συνέπεια αυτού, δεν υφίσταται σαφής διαχωρισμός μεταξύ του ελεύθερου υδροφόρου και του υπόγειου. Τα ύδατα από την επιφανειακή απορροή διηθούνται με μεγάλη ευκολία εντός των ζωνών, όπου η υπόγεια ροή λαμβάνει χώρα από ελεύθερη επιφάνεια και όπου η πιεζομετρική στάθμη ευρίσκεται, πάντοτε, σε βάθος πολλών μέτρων κάτω του εδάφους. Απορρέοντα προς τα κατάντη τα ύδατα της διήθησης τροφοδοτούν αφενός τα επιφανειακά και αφετέρου τα βαθύτερα στρώματα όταν υπάρχει διαχωρισμός μεταξύ τους. Η πιεζομετρική στάθμη του ελεύθερου υδροφόρου είναι γενικώς κατώτερη από του υπόγειου υδροφόρου υπό πίεση, συνέπεια των απωλειών φορτίου των οφειλομένων στις κατακόρυφες ροές δια μέσου των αργιλικών στρωμάτων. Επί της νοτιοδυτικής περιφέρειας και εντός του ανάντη τμήματος του κώνου του Τιταρήσιου, το βάθος του ύδατος υπερβαίνει, τοπικώς τα 10 m από το έδαφος. Εντός της πεδιάδας το ύδωρ βρίσκεται παντού σε βάθος μικρότερο των 5 m από το έδαφος. 40

Κεντρικό τμήμα Το νερό του ελεύθερου υδροφόρου ορίζοντα χρησιμοποιείται κατά την άρδευση με τη βοήθεια πολυάριθμων φρεάτων και ιδιωτικών γεωτρήσεων. Η εκμετάλλευση του φρεάτιου υδροφόρου ορίζοντα είναι ενίοτε εντατική. Η ποσότητα ύδατος δύναται τοπικώς να υπερβεί το διαθέσιμο δυναμικό του υδροφόρου ορίζοντα. Αυτό συμβαίνει στην νοτιοδυτική περιφέρεια της πεδιάδας μεταξύ Λάρισας και Κυψέλης, όπου παρατηρείται ελαφρή πτώση στάθμης αλλά συνεχής από έτος σε έτος. Αντιθέτως, δεν υπάρχουν ουσιαστικά σημεία ύδατος στο κέντρο της λεκάνης, μεταξύ Ελευθερίου και Κάρλας. Η απουσία ελεύθερων υδροφόρων οριζόντων οφείλεται στο γεγονός ότι: Τα αλλούβια είναι πάρα πολύ αργιλικά σε ολόκληρο το πάχος τους και πολύ μικρής διαπερατότητας Η αλατότητα του ύδατος, το οποίο κυκλοφορεί εντός των σπανίων οριζόντιων λεπτόκοκκων άμμου, των παρεμβαλλόμενων εντός των αργίλων είναι γενικώς αρκετά υψηλή Νοτιοανατολικό τμήμα Βαθείς στραγγιστικοί τάφροι έχουν διανοίξει στα χαμηλότερα τμήματα, οι οποίοι συντελούν στη διατήρηση της στάθμης σε βάθος 1 έως 4 m περίπου. Πρόκειται, ιδιαιτέρως για την περιοχή της παλιάς Κάρλας, η οποία έχει αποστραγγισθεί τεχνητώς. Ο φρεάτιος υδροφόρος ορίζοντας τροφοδοτείται: Από τα διηθούμενα ύδατα των βροχοπτώσεων και της επιφανειακής απορροής κυρίως από την περιφέρεια της πεδιάδας 41

Σχήμα 4.3: Τύποι υδροφόρων οριζόντων Βουδούρης, (2006) 4.6 Αλλουβιακά υδροφόρα στρώματα Το υπόγειο υδροφόρο σύστημα των αλλουβίων αποτελείται από λεπτόκοκκη άμμο είναι αδιαπέρατο ή ελάχιστα διαπερατό επί μεγάλου τμήματος της πεδιάδας. Μόνο στην περιοχή της Κάρλας και σε μία πολύ μικρή ζώνη νότια της Κυψέλης υπάρχει κάποια διαπερατότητα εξαιτίας των ρηγματώσεων. Ο υδρογεωλογικός ρόλος του υπόγειου υδροφόρου συστήματος είναι συναρτήσει της λιθολογικής φύσεως του. Εκεί όπου αποτελείται από σχιστόλιθους είναι πρακτικώς αδιαπέρατο και το μέτωπο επαφής αλλούβιων υπόγειου υδροφόρου συστήματος ορίζει κατά συνέπεια, το χώρο κίνησης των υπόγειων υδάτων. Βορειοδυτικό τμήμα Η ζώνη των αλλουβιακών αποθέσεων του Τιταρησίου εκτείνεται ευρέως προς την ανατολή, του σημερινού ρου το Πηνειού και φθάνει κατά προσέγγιση μέχρι τους πρόποδες των λόφων του πράσινου μαρμάρου, κοντά στο Ελευθέριο. 42

Οι πιο χονδρόκοκκες εναποθέσεις ευρίσκονται εντός της μάζας της περιλαμβανομένης μεταξύ Τυρνάβου, Αμπελώνα και Δένδρων. Πλησίον του Τυρνάβου υπάρχουν σε μικρό βάθος λιγότερο διαπερατά στρώματα, τα οποία δυσχεραίνουν την διήθηση των επιφανειακών υδάτων προς τους βαθύτερους ορίζοντες. Τα πλουσιότερα και ευκολότερα προς εκμετάλλευση υδροφόρα στρώματα είναι εκείνα του κεντρικού αλλουβιακού κώνου του Τιταρήσιου. Οι παροχές των γεωτρήσεων είναι συνήθως ανώτερες των 150 m 3 /h. Τα αλλούβια είναι χονδρόκοκκα και οι συνήθεις απολήψεις των υδάτων μαζί με τις αντλήσεις είναι εξαιρετικές παντού. Η ανώτερη ζώνη που περιγράφηκε περιβάλλεται από έναν τομέα εντός του οποίου οι παροχές κυμαίνονταν από 60 έως 150 m 3 /h, στην δεκαετία του '70. Στη βάση των αλλουβίων ευρίσκεται το υπόβαθρο σχηματισμένο από γνευσίους ή φυλίτες. Στην περιοχή Πλατανούλια στη νότια άκρη του αλλουβιακού κώνου, το υπόβαθρο συνίσταται από ένα σχηματισμό ψαμμιτικό-ασβεστολιθικό του Πλειόκαινου. Οι ψαμμίτες αυτοί είναι πολύ λιγότερο διαπερατοί από τα αλλούβια και επομένως θεωρούμε ότι η επιφάνεια επαφής αλλουβίων-υποβάθρου είναι το κατώτερο όριο των υπόγειων ροών στο σύνολο του βορειοδυτικού στρώματος. Στην συνέχεια αναλύονται μαζί το κεντρικό και το νοτιοανατολικό τμήμα διότι είναι δύσκολο να επιτευχθεί σαφής διαχωρισμός μεταξύ των αλλουβιακών υδροφόρων στρωμάτων των 2 τμημάτων. Κεντρικό και νοτιοανατολικό τμήμα Το υπόβαθρο των αλλούβιων συνίσταται από μεταμορφωμένους σχιστόλιθους ή από φυλλίτες στο νοτιοανατολικό τμήμα της λεκάνης. Ανατολικότερα, εντός της περιοχής της λίμνης της Κάρλας, τα αλλούβια επικάθονται σε κρυσταλλικούς ασβεστόλιθους και σχιστόλιθους ενωμένα, πιθανώς με τους ασβεστόλιθους. Το όριο της ζώνης με σχιστολιθικό και εκείνης με ασβεστο-σχιστολιθικό υπόβαθρο διέρχεται μεταξύ της περιοχής Νίκης και Αρμενίου. Στην λωρίδα κατά μήκος των περιφερειακών λόφων νότια της πεδιάδας, το υπόβαθρο συνίσταται από σχιστόλιθους με μικρή ποσότητα μη μεταμορφωμένων ασβεστόλιθων, οι οποίοι βρίσκονται πλησίον της Κυψέλης 43

Στην περιοχή ανατολικώς του Αρμενίου, το υπόγειο υδροφόρο σύστημα είναι διαπερατό κατά το μεγαλύτερο μέρος, λόγω των ρηγματωμένων μαρμάρων, τα οποία εγκλείει. Τα μάρμαρα αποτελούν ένα υδροφόρο πέτρωμα, το οποίο συμμετέχει στο χώρο της υπόγειας ροής. Υπάρχουν ακόμη στην ανατολική Θεσσαλία δύο ακόμη ζώνες, εντός των οποίων δύναται παροχές να ξεκινούσαν από 60 έως 150 m 3 /h τη δεκαετία του 70, οι οποίες είναι: η ζώνη της Χάλκης η ζώνη Ριζόμυλου-Στεφανοβικείου. Η τροφοδοσία των υδροφόρων στρωμάτων των δύο αναφερόμενων ζωνών δεν είναι σημαντική διότι δεν υπάρχουν στην περιοχή ποταμοί για διηθήσεις. Για τον λόγο αυτό, το δυναμικό στα υπόγεια ύδατα είναι περιορισμένο ακόμη και όταν η υδραυλική αγωγιμότητα των υδροφόρων στρωμάτων είναι καλή. Σε ολόκληρο το κεντρικό τμήμα της πεδιάδας, μεταξύ Πλατύκαμπου και Κάρλας, τα αλλούβια είναι πολύ μικρής διαπερατότητας και τα υδροφόρα στρώματα μικρού πάχους και ανεπαρκώς τροφοδοτούμενα. Η ποσότητα των χαλίκων και της άμμου εντός των αλλουβίων ελαττώνεται προοδευτικώς προς τα βορειο-ανατολικά και η επικράτηση των ιλυο-αργιλωδών στοιχείων καθίσταται σαφώς εντονότερη, όσο απομακρυνόμαστε από την περιοχή των φερτών υλικών Sogreah-Grenoble, (1974). 4.6.1. Τροφοδότηση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος Η βασική τροφοδοσία του υπόγειου υδροφόρου συστήματος εξασφαλίζεται κυρίως από διηθήσεις της απορροής ποταμών στα άναντη τμήματά τους, σε δεύτερο βαθμό από κατευθείαν κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις και πολύ λιγότερο από υπόγειες πλευρικές μεταγγίσεις Μαρίνος και Περλέρος, (1990). Βορειοδυτικό τμήμα Η περιοχή αυτή οφείλει τον πλούτο της σε υπόγεια ύδατα στην παρουσία του Τιταρήσιου. Ο αλλουβιακός υδροφόρος ορίζοντας δέχεται κατά τη διάρκεια του χειμώνα άφθονη τροφοδοσία, εντοπιζόμενη κυρίως στον τομέα του ποταμού που κείται στα ανάντη του Τυρνάβου. Το διηθούμενο ύδωρ πληροί καταρχήν τον ελεύθερο ορίζοντα, ο οποίος διαδραματίζει ρόλο ενδιάμεσης δεξαμενής και ρυθμίζει την παροχή, η οποία διηθείται προς τα βαθύτερα στρώματα. 44

Τα περιεχόμενα εντός των αλλουβίων ύδατα ρέουν κατά ακτινωτή κατεύθυνση με κέντρο τη ζώνη διηθήσεως. Κατά τη διαδρομή των υδάτων η παροχή αυξάνει προοδευτικά, ενώ ένα τμήμα αυτής της παροχής αντλείται από τους παραγωγούς κατά τη διάρκεια του έτους. Το τμήμα της αρχικής παροχής, το οποίο φθάνει μέχρι την περιφερειακή ζώνη του αλλουβιακού κώνου αναβλύζει εκεί ολόκληρο, διότι ο υδροφόρος ορίζοντας είναι υπό πίεση. Ένα τμήμα του ύδατος το οποίο ανέρχεται στην επιφάνεια καταναλώνεται από την εξατμισοδιαπνοή, το δε υπόλοιπο συλλέγεται από τον Πηνειό. Ο Πηνειός στραγγίζει τα υπόγεια ύδατα προερχόμενα από τους περιφερειακούς λόφους του νότου. Η τροφοδότηση των αλλουβιακών υδροφόρων στρωμάτων του βορειοδυτικού τμήματος δύναται να λάβει χώρα συγχρόνως με τρείς τρόπους: Με την τοπική διήθηση μέρους των υδάτων των βροχών εντός των διαπερατών αλλούβιων Με την διήθηση μέρους ύδατους από τον Τιταρήσιο μέσω της κοίτης αυτού συνιστάμενης με πολύ διαπερατά αλλουβιακά στρώματα. Το ύδωρ καταλήγει στο αλλουβιακό υδροφόρο στρώμα, στη ζώνη ελεύθερης ροής πέριξ του Τυρνάβου. Η τροφοδότηση αυτή είναι σημαντική και εκτιμάται η παροχή της να φθάνει τα 1.1 m 3 /sec κατά το μέσο έτος. Σε ορισμένες εποχές δύναται να λάβει χώρα εισροή στο υδροφόρο στρώμα του Τυρνάβου προς των καρστικών σχηματισμών. Ο καρστικός υδροφόρος τροφοδοτείται από διηθήσεις ενός τμήματος των υδάτων του Τιταρήσιου κατάντη του Δαμασίου και των υδάτων των βροχών, τα οποία διηθούνται εντός των μαρμάρων. Οι κύριοι έξοδοι του υδροφόρου είναι οι αναβλύσεις των πηγών Μάτι Τυρνάβου και Αγίας Άννας. Κεντρικό τμήμα Στο κεντρικό τμήμα το υπόγειο υδροφόρο σύστημα τροφοδοτείται από τοπικές διηθήσεις των βροχών και από τις ροές που προέρχονται από τους περιμετρικούς λόφους. και από διηθήσεις των επιστροφών της άρδευσης ως ακολούθως: διήθηση της βροχής 0.5 10 6 m 3 διήθηση στην κοιλάδα του Κουσμπασανιώτη 7.2 10 6 m 3 45

Ροή εκ των υπωρειών των λόφων 0.6 10 6 m 3 Διήθηση από τις αρδευόμενες εκτάσεις 0.7 10 6 m 3 Σύνολο 9 10 6 m 3 Νοτιοανατολικό τμήμα Η κύρια ζώνη τροφοδοσίας του υπόγειου υδροφόρου συστήματος είναι οι πρόποδες της νοτιοδυτικής περιφέρειας. Εκεί γίνεται η διήθηση των απορρεόντων υδάτων του λόφου και επιπροσθέτως υπάρχει μία υπόγεια ροή, μόνιμης σχεδόνδίαιτας, κατευθυνόμενη προς την πεδιάδα και τροφοδοτούμενη από τους μικρούς υδροφόρους ορίζοντες των λόφων αυτών. Εντός της πεδιάδας η υπόγεια ροή κατευθύνεται βόρεια. Σχεδόν όλο το ύδωρ, το οποίο δεν καταναλώνεται από τις αρδεύσεις αναβλύζει με διάχυτο τρόπο εντός της ζώνης που βρίσκεται κάτω από τα 60 m υψόμετρο. Ένα μικρό μέρος της αναβλυζούσης παροχής συλλέγεται από τους τάφρους της πεδιάδας της Κάρλας και το υπόλοιπο εξατμίζεται. Υπό την επίδραση των αντλήσεων και των αυτομάτων αναβλύσεων η απορρέουσα παροχή εντός της πεδιάδας μειώνεται προοδευτικώς κατά την κατεύθυνση της ροής. Οι μικρές ποσότητες ύδατος, οι οποίες φθάνουν μέχρι της ανατολικής άκρης της πεδιάδας εισέρχονται εντός του καρστικού υδροφόρου των περιφερειακών λόφων, των οποίων η στάθμη είναι πολύ κατώτερη. Διαπιστώνεται ότι λαμβάνει χώρα μόνιμα ένα είδος υπόγειας υπερχείλισης, της οποίας το ύδωρ διαφεύγει οριστικώς στη Θεσσαλία και από εκεί στη θάλασσα, δια μέσου μιας καρστικής υδροφορίας. Ο εμπλουτισμός του υδροφορέα στο νοτιοανατολικό τμήμα γίνεται με δύο μορφές : πλευρική ροή υπόγειων νερών από τους τριτογενείς λόφους στο νοτιοδυτικό όριο της πεδιάδας της Κάρλας Διήθηση όμβριων υδάτων στα ελεύθερα επιφανειακά αλλούβια υδροφόρα στρώματα στο νοτιοδυτικό όριο της πεδιάδας Η πλευρική ροή των υπόγειων νερών από τα αλλούβια υδροφόρα στρώματα στο νοτιοδυτικό μέρος της πεδιάδας μπορεί να θεωρηθεί ασήμαντη, λαμβάνοντας υπόψη την πολύ μικρή συνιστώσα της πιεζομετρικής κλίσης από τα βορειοδυτικά στα νοτιοανατολικά σημεία και της χαμηλής μεταβιβαστικότητας στα αλλούβια. 46

4.7 Καρστικά υδροφόρα στρώματα Βορειοδυτικό τμήμα Στα ανάντη του Τυρνάβου υπάρχει ένας σημαντικός καρστικός υδροφόρος ορίζοντας, εντός των λόφων και των ασβεστολιθικών υψιπέδων, τα οποία ορίζουν την πεδιάδα. Οι διηθήσεις του Τιταρήσιου στον τομέα Δαμασίου διαδραματίζουν τον κυριότερο ρόλο στην τροφοδοσία του εν λόγω υδροφόρου ορίζοντα μαζί με τις διηθήσεις από τις βροχοπτώσεις επί του συνόλου του καρστικού όγκου. Ο καρστικός αυτός υδροφόρος ορίζοντας εγκλείει σημαντικό όγκο ύδατος. Η υπόγειος ροή εντός του καρστικού υδροφόρου έχει κατεύθυνση βορειοανατολική με έξοδο τις πηγές Μάτι Τυρνάβου και Αγίας Άννας Αξίζει να αναφερθεί πως υπάρχει επικοινωνία μεταξύ του αλλουβιακού και καρστικού υδροφόρου συστήματος στα ανάντη του Τυρνάβου. Νοτιοανατολικό τμήμα Οι ανεπτυγμένοι καρστικοί σχηματισμοί που περιβάλλουν τα νοτιοανατολικά όρια της πεδιάδας δεν τροφοδοτούν τις υδροφορίες των αλλούβιων γιατί αποτελούνται από μάρμαρα, χαλαζίτες και μεταμορφωμένους σχιστόλιθους. Αντίθετα ένα μέρος των νερών των τελευταίων μεταγγίζεται σε ορισμένες θέσεις (βραδέως) μέσα στο καρστ, το οποίο κανονικώς εδώ έχει χαμηλότερη πιεζομετρία και αποστραγγίζεται μαζί με τα καρστικά νερά προς τη θάλασσα Sogreah-Grenoble, (1974) και Μαρίνος κ.ά.,(1995). 4.8 Υδατικό δυναμικό υπόγειων υδάτων Αρδευτική και υδρευτική εκμετάλλευση του υπόγειου υδροφορέα Βορειοδυτικό τμήμα Το υδατικό δυναμικό των υπογείων υδάτων της ζώνης του Τυρνάβου χρησιμοποιείται για την άρδευση της μεγαλύτερης δυνατής εκτάσεως: Εντός της περιμέτρου της ζώνης του ΤΟΕΒ Μάτι-Τυρνάβου, η οποία εν μέρει μόνο άρδευση του συνόλου της διαθέσιμης προς καλλιέργεια εκτάσεως (22.500 στρέμματα). Στο υπόλοιπο τμήμα της πεδιάδος Τυρνάβου εκτός της περιμέτρου Μάτι τα υπόγεια ύδατα είναι άφθονα. 47

Ανατολικώς του Πηνειού δεν τροφοδοτούνται καλώς και ως αποτέλεσμα αυτού το δυναμικό είναι μικρό. Κεντρικό τμήμα Η διαθέσιμη ποσότητα υπόγειων υδάτων εντός της ζώνης είναι περιορισμένη. Εξάλλου, έχει διαπιστωθεί ότι στην γειτονική ζώνη του Νέου Περιβολίου, οι υδροφορείς ήδη από τη δεκαετία του 70 εκμεταλλεύονταν πλέον του δέοντος και οι στάθμες είχαν ξεκινήσει να πέφτουν Νοτιοανατολικό τμήμα Η συγκεκριμένη ζώνη στερείται σημαντικών υδροφορέων. Η δυνατότητα ανάπτυξης της περιοχής της Κάρλας περιορίζεται από τους υπόγειους υδατικούς πόρους. Οι υπόγειοι υδατικοί πόροι περιορίζονται από την απουσία ποταμών ικανών για αξιόλογη διήθηση και επίσης από τη χαμηλή διαπερατότητα των αλλουβίων 4.8.1 Αρδευτική εκμετάλλευση του υπόγειου υδροφορέα Οι κυριότερες καλλιέργειες που καλλιεργούνται στην πεδινή περιοχή είναι το βαμβάκι, το σιτάρι και το καλαμπόκι, ενώ μήλο, βερίκοκο, κεράσι, ελιές και σταφύλια καλλιεργούνται στους πρόποδες των βουνών, στα ανατολικά Loukas et al., (2006). Βορειοδυτικό τμήμα Σύμφωνα με τη Sogreah-Grenoble το 1974, το βορειοδυτικό τμήμα μαζί με τις κοινότητες Γυρτώνη, Ομορφοχωρίου, Κουλούρι, Μελισσοχώρι κάλυπτε μια αρδευόμενη έκταση της τάξης των 145500 στρέμματα, από τα οποία τα 84300 αρδευότανε από τον Τιταρήσιο και τον Πηνειό και τις πηγές Μάτι Τυρνάβου, Αγίας Άννας. Τα υπόλοιπα 61200 στρέμματα αρδευότανε από γεωτρήσεις και φρεάτια. Κεντρικό τμήμα Το κεντρικό τμήμα χωρίς τις περιοχές Γυρτώνη, Ομορφοχωρίου, Κουλούρι, Μελισσοχώρι κάλυπτε την άρδευση 15000 στρεμμάτων. Η άρδευση των 14250 στρεμμάτων καλυπτότανε από αντλήσεις γεωτρήσεων και φρεατίων. Τα υπόλοιπα 750 στρέμματα αρδευότανε από τον Πηνειό ποταμό και πηγές. 48

Νοτιοανατολικό τμήμα Το νοτιοανατολικό τμήμα κάλυπτε την άρδευση 29200 στρεμμάτων. Η άρδευση των 14400 στρεμμάτων γινότανε από ποταμούς και από πηγές. Τα υπόλοιπα 148000 αρδευότανε από γεωτρήσεις και φρεάτια. Παρά τις περιορισμένες ποσότητες νερού που διαθέτει τους θερινούς μήνες η Θεσσαλία, η αρδευόμενη έκταση αυξήθηκε 229 % σε σχέση με το 1962 και 46 % σε σχέση με το 1980. Συγκεκριμένα το έτος 1962 αρδεύονταν 524 x 10 3 στρέμματα, το έτος 1980 1728 x 10 3 στρέμματα και το έτος 2004 αρδεύονταν 2525 x 10 3 στρέμματα Πολύζος κ.ά (2006). Βορειοδυτικό τμήμα Αρδευτικό καθεστώς Αρδευόμενη έκταση 98000 στρέμματα i. Από συλλογικές γεωτρήσεις {ΤΟΕΒ και Δημοτικών Διαμερισμάτων (Δ.Δ) } ΤΟΕΒ ΤΥΡΝΑΒΟΥ αρδευόμενη έκταση 8.850 στρέμματα ΤΟΕΒ Αγίας Σοφίας αρδευόμενη έκταση 12.070 στρέμματα ΤΟΕΒ Μάτι Τυρνάβου αρδευόμενη έκταση 12.840 στρέμματα Σύνολο 33.760 στρέμματα Δ.Δ Αργυροπουλίου αρδευόμενη έκταση 1.500 στρέμματα Δ.Δ Δελέρια αρδευόμενη έκταση 1.950 στρέμματα Δ.Δ Ροδιάς αρδευόμενη έκταση 700 στρέμματα Σύνολο 4.150 στρέμματα Γενικό Σύνολο 39.910 στρέμματα ii. Από επιφανειακά νερά Πηγές Μάτι Τυρνάβου Πηνειός ποταμός Σύνολο 6000 στρέμματα iii. Από ιδιωτικές γεωτρήσεις 98000 στρέμματα (39910+6000 στρέμματα) = 54090 στρέμματα 49

Υδατικό ισοζύγιο Οι απολήψιμες παροχές νερού από το υπόγειο υδατικό δυναμικό για το βορειοδυτικό τμήμα αντιστοίχως έχουν ως εξής (πίνακας 4.1): Πίνακας 4.1: Οι απολήψιμες παροχές νερού από το υπόγειο υδατικό δυναμικό για το βορειοδυτικό τμήμα για άρδευση (έχει υπολογισθεί ότι οι ανάγκες άρδευσης για ένα στρέμμα είναι 400-500 m 3 /y) Ευαγγελόπουλος και Μπελέσης, (2011) Προέλευση νερού Στρέμματα x m 3 Σύνολο (m 3 ) Από συλλογικές γεωτρήσεις 43.900 στρέμματα x500 m 3 23.x 10 6 m 3 Από ιδιωτικές γεωτρήσεις 54.000 στρέμματα x 400 m 3 29.16 x 10 6 m 3 Σύνολο: 52.87 x 10 6 m 3 Στον πίνακα 4.2 παρουσιάζονται οι σημερινές καλλιέργειες και τα στρέμματα που αυτές καλύπτουν στο βορειοδυτικό τμήμα Πίνακας 4.2: Kαλλιέργειες και τα στρέμματα που αυτές καλύπτουν στο βορειοδυτικό τμήμα (Ευαγγελόπουλος και Μπελέσης,2011) Είδος καλλιεργειών ανά μονάδα στρέμματος Δ.Δ. Βαμβά Τεύ Μηδι Καπν Καλαμπό ΣΥΝΟΛΟ Δένδρα Αμπέλι Κηπευτι Μποστάνια κι τλα κή ός κι κά Τύρνα βος 851 53 01 0 787 6511 5560 59 604 15.526 Αργυρο πούλι 100 0 50 00 980 980 734 2 412 4.288 Δελέρια 100 0 200 0 250 151 120 250 500 2.671 Ροδιά 510 0 75 80 750 790 220 7 350 3.592 Αμπελώ νας 1679 133 742 3 1433 2881 2735 768 119 12.553 Φαλάνη 15500 1000 2000 0 250 3000 250 500 1500 24.000 Γιάν νουλη 4082 50 0 0 192 1018 15 0 200 5.687 50

Δένδρα/ Πλατανο ύλια Βρυότο πος 5430 47 68 0 1309 5493 666 47 1958 15.718 3269 72 57 100 1260 637 1280 50 8.036 ΣΥΝΟΛΟ 92.071 Κεντρικό τμήμα Στο κεντρικό τμήμα, οι αρδευόμενες καλλιέργειες, με καταιονισμό και σταγόνες, αποτελούν το ~ 70% και οι ξηρικές, κυρίως σιτηρά, το υπόλοιπο. Από τις αρδευόμενες, το βαμβάκι καταλαμβάνει το ~85% ενώ το υπόλοιπο καλλιεργείται κυρίως από καλαμπόκι, μηδική και βιομηχανική ντομάτα (Κωτσόπουλος κ. ά. 2007). Η αρδευομένη έκταση είναι περίπου 85.000 στρέμματα από τα οποία: 10.000 στρέμματα αρδεύονται από γεωτρήσεις του Τ.Ο.Ε.Β Πηνειού Οπότε 10.000 x 500 m 3 =5 x 10 6 m 3 27.000 στρέμματα αρδεύονται από ιδιωτικές γεωτρήσεις 5.000 x 500 m 3 =2.5 x 10 6 m 3 Οπότε στο σύνολο έχουμε 7.5 x 10 6 m 3 70.000 στρέμματα αρδεύονται από το επιφανειακό δίκτυο του Πηνειού ποταμού Να ληφθεί υπόψη ότι σε ξηρές χρονιές, από τα 70.000 στρέμματα που αρδεύονται από επιφανειακά νερά λόγω έλλειψης των βροχοπτώσεων, οι αρδευτικές ανάγκες καλύπτονται από αρδευτικές γεωτρήσεις κυρίως παράνομες σε μεγάλο ποσοστό της αρδευτικής έκτασης των 70.000 στρεμμάτων Νοτιοανατολικό τμήμα Η αρδευομένη έκταση είναι περίπου 180.000 στρέμματα και έχουμε την παρουσία μόνο ιδιωτικών γεωτρήσεων οπότε: 180.000 x 500 m 3 = 97.20 x 10 6 m 3 Οι αρδευόμενες καλλιέργειες του νοτιοανατολικού τμήματος παρουσιάζονται στον πίνακα 4.3 51

Πίνακας 4.3: Οι αρδευόμενες καλλιέργειες του νοτιοανατολικού τμήματος Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011) Δ.Δ. Πλατύκα μπος Γαλήνη Bαμ βάκι Β Τεύτλα Είδος καλλιεργειών ανά μονάδα στρέμματος Κ Καλα Καπνός Δένδρα Αμπέλι μπόκι Μηδι κή Κηπευ τικά Μπο στάνια ΣΥΝΟΛΟ 7818 600 867 0 80 142 0 550 0 30.857 Χάλκη 9183 150 400 0 75 90 30 1000 150 31.778 Γλαύκη 20000 2000 1000 0 1000 0 0 100 0 24.100 Νέο Περιβόλι Μεγάλο Μοναστήρι 556 127 0 0 5 0 4 0 30 7.792 5000 500 200 0 400 0 10 10 50 Αγναντερή 416 340 0 0 7 0 0 7 0 5.810 Αρμένιο 6100 200 100 0 400 0 0 0 0 16.800 6.170 Νίκη 5000 700 0 0 500 40 0 0 0 16.240 Μέλισσα 1423 678 0 0 01 70 16 620 0 13.408 Κιλελέρ 9000 40 110 0 82 0 0 0 0 19.932 Αχίλλειο 780 0 0 0 0 0 0 0 0 9.007 Σωτήριο 9000 600 300 0 400 200 0 0 0 10.500 Νάματα 500 800 200 0 0 0 0 0 0 10.550 Καλαμάκι 3300 1550 400 0 97 1750 2 0 0 16.199 Αμυγδαλή 272 200 50 0 0 96 0 20 0 2.638 Καστρί Πλασιά 1200 1500 200 0 800 1605 0 417 0 15.722 Δήμητρα 853 500 10 0 45 268 2 3 0 7.871 Μαρμαρίνη 00 80 0 14 200 600 9 400 0 1.903 Ελευθέριο 122 144 230 0 20 0 0 27 0 8.643 Μελία 4500 2000 250 0 900 0 15 7 0 17.672 ΣΥΝΟΛΟ 273.592 52

4.8.2 Υδρευτική εκμετάλλευση του υπόγειου υδροφορέα Η εκμετάλλευση των υπόγειων υδροφορέων κρίνεται αναγκαίο να προβλέπει και τη ύδρευση της Λάρισας και τις υδατικές ανάγκες της. Σήμερα οι υδρευτικές ανάγκες αντιστοιχούν για περίπου 220.000 πληθυσμό (Λάρισας Ευρύτερη περιοχή Τυρνάβου Νίκαια κλπ), οι οποίες υδατικές ανάγκες διαμορφώνονται ως εξής: 220.000 x 0.3 m 3 /d (ανά κάτοικο) x 360 days = 24 x 10 6 m 3 x 0.30 που αντιστοιχούν σε 7 x 10 6 m 3 που αντιστοιχούν για 17000 στρέμματα άρδευσης (17 x 10 6 m 3 : 500 m 3 /στρέμμα = 34000 στρέμματα)το 30% του υδρευτικού νερού λαμβάνεται από την προσχωματική περιοχή και το 70% από το καρστ Κουτσόχειρου- Μάτι Τυρνάβου. Έτσι έχουμε 34000 στρέμματα (30%) x 500 στρέμματα = 5.1 x 10 6 m 3 Άρα γενικό σύνολο αντλούμενου νερού είναι 5.1 x 10 6 m 3 + 17 x 10 6 m 3 = 22.1 x 10 6 m 3 Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011) 4.9 Πιεζομετρία Διαχρονική μεταβολή της Πιεζομετρία ονομάζεται η δισδιάστατη απεικόνιση της κατανομής του υδραυλικού φορτίου και της ροής του υπόγειου νερού σε κατάσταση ισορροπίας Μάμασης, (2009). Μεταξύ Πηνειού και Τιταρήσιου το ύδωρ ρέει προς νοτιοανατολικά με κλίση ομαλή, αναλόγως των τοπικών ιδιομορφιών των υδροφόρων στρωμάτων. Στο σχήμα 4.4 δίνεται η πορεία της πιεζομετρίας της περιοχής για τη δεκαετία του 1970. Η πιεζομετρία της ανατολικής λεκάνης έχει αρχίσει να δείχνει πάρα πολύ ανησυχητική από τα μέσα της δεκαετίας του 70 καθότι η πτωτική τάση αυτής έχει φθάσει σε απειλητικά επίπεδα στο κεντρικό και νοτιοανατολικό τμήμα της λεκάνης όπως αυτή εμφανίζεται τόσο στο σχήμα 4.5 όπου καταγράφεται η διαχρονική πτωτική μεταβολή της πιεζομετρίας σχηματικά όσο και στο σχήμα 4.6 όπου παρατηρείται η διαχρονική πτωτική μεταβολή της πιεζομετρίας με βάση την κλίση και την πορεία που ακολουθούν οι ισοπιεζομετρικές καμπύλες. 53

Σχήμα 4.4: Πιεζομετρία Constantinides, (1978). Στο σχήμα 4.5 παρουσιάζεται η μεταβολή της πιεζομετρίας σε μία περίοδο 29 χρόνων από το 1974-2003. Σχήμα 4.5: Η μεταβολή της πιεζομετρίας σε περίοδο 29 χρόνων από το 1974-2003 Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011 ) 54

Σχήμα 4.6: Κλίση πιεζομετρίας ανατολικής υδρογεωλογικής Θεσσαλίας ως προς τις πτωτικές τάσεις Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011 ) Σχήμα 4.6: Κλίση πιεζομετρίας ανατολικής υδρογεωλογικής Θεσσαλίας ως προς τις πτωτικές τάσεις Ευαγγελόπουλος & Μπελέσης, (2011 ) 55

5. ΚΩΔΙΚΑΣ MODFLOW 5.1 Μαθηματικό υπόβαθρο Για την προσομοίωση της υδροδυναμικής κατάστασης των υδροφορέων χρησιμοποιείται από πολλούς ερευνητές ο κώδικας Modflow (Modular three dimensional finite difference ground water flow model) της Αμερικανικής Υπηρεσίας Γεωλογικών Ερευνών (U.S.G.S.), Το πρόγραμμα στηρίζεται στην αριθμητική επίλυση μιας κύριας διαφορικής εξίσωσης, η οποία προκύπτει από την εφαρμογή της εξίσωσης διατήρησης της μάζας και του νόμου του Darcy. Πρόκειται για ένα μοντέλο πεπερασμένων διαφορών με επίλυση των εξισώσεων στο κέντρο των κυψελίδων του καννάβου. Εφαρμόζεται, τόσο σε μόνιμα, όσο και σε μη μόνιμα προβλήματα ροής και υπολογίζει τις μεταβολές του φορτίου στα σημεία πεδίου σε όλη τη διάρκεια του χρόνου για ομοιογενή ετερογενή, ισότροπο ή ανισότροπο υδροφορέα. Επίσης έχει τη δυνατότητα προσομοίωσης μεγάλου αριθμού πηγαδιών, της κατείσδυσης, της επίδρασης στραγγιστηριών, ποταμών και λιμνών κ.α. όπως θα παρουσιαστούν στη συνέχεια. δ εξίσωση 5.1 Έστω η ταχύτητα Darcy και p η πυκνότητα του ρευστού, τότε η ροή της μάζας ανά μονάδα χρόνου θα είναι. Αν το ρευστό εισέρχεται ή εξέρχεται από το χώρο κατά W(x,y,z,t) ανά μονάδα χρόνου και μονάδα όγκου, η προστιθέμενη μάζα ανά μονάδα χρόνου και όγκου είναι p w. Επειδή η μάζα διατηρείται, θα ισχύει : εξίσωση 5.2 Όπου ο πρώτος όρος είναι το επιφανειακό ολοκλήρωμα, που λαμβάνεται σε όλη την κλειστή επιφάνεια του δv και οι άλλοι δύο όροι ολοκληρώματα όγκου που εκτείνονται στον όγκο του στοιχείου. Σύμφωνα με το θεώρημα της απόκλισης, το επιφανειακό ολοκλήρωμα μπορεί να γραφεί σαν ολοκλήρωμα όγκου : εξίσωση 5.3 56

Κατά τον Hantush (1964) : = = x dφ εξίσωση 5.4 όπου Ss είναι η ειδική αποθηκευτικότητα με διαστάσεις L -1. Έτσι η εξίσωση 5.4 γράφεται: φ ή Σύμφωνα με το Hantush (1964), η μεταβολή της πυκνότητας του νερού είναι πολύ μικρή και θεωρείται σταθερή στα περισσότερα προβλήματα υπόγειας υδραυλικής, οπότε μπορεί να παραληφθεί από την εξίσωση 4.6. Οι συνιστώσες της ταχύτητας Darcy στις τρεις διαστάσεις, δίνονται από τη σχέση : εξίσωση 5.5 Η Εξ. 5.4, λόγω της Εξ.5.5 γίνεται : εξίσωση 5.6 H γενική μορφή της εξίσωσης 5.6 γίνεται: Για τους ελεύθερους υδροφορείς 57

Για τους υπό πίεση υδροφορείς όπου : K xx, K yy, K zz οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας κατά τις διευθύνσεις X, Y, Z αντίστοιχα σε μονάδες [ ]. T xx, T yy, T zz οι τιμές της μεταβιβαστικότητας κατά τις διευθύνσεις X, Y, Z αντίστοιχα σε αντίστοιχα σε μονάδες h το πιεζομετρικό φορτίο σε [L]. W είναι η ποσότητα της ροής ανά μονάδα όγκου και αντιπροσωπεύει εισροές ή εκροές νερού προς ή από το σύστημα [ Τ -1 ] W i S Sy S S είναι η ποσότητα της ροής ανά μονάδα όγκου και αντιπροσωπεύει εισροές ή εκροές νερού προς ή από το σύστημα [ L x Τ -1 ] η ειδική αποθηκευτικότητα η ειδική απόδοση του πορώδους υλικού η ειδική αποθηκευτικότητα του πορώδους υλικού σε [L -1 ], ή το αποτελεσματικό πορώδες ανά μέτρο βάθους του υδροφορέα t ο χρόνος [Τ] ( Bear, 1979). Η εξίσωση 5.6 είναι η τρισδιάστατη διαφορική εξίσωση με μερικές παραγώγους, που περιγράφει την κίνηση του υπόγειου νερού σε υπό πίεση υδροφορείς και χρησιμοποιείται από το MODFLOW. H εξίσωση αυτή περιγράφει την κίνηση του υπόγειου νερού κάτω από συνθήκες μη μόνιμης ροής, σε ετερογενές και ανισότροπο μέσο, με την προϋπόθεση ότι οι κύριοι άξονες της υδραυλικής αγωγιμότητας, ταυτίζονται με τους άξονες του καρτεσιανού συστήματος συντεταγμένων. Τα S s, K xx, K yy, K zz στην Εξ. 5.6 μπορεί να είναι συναρτήσει του χώρου (S S = S S (x,y,z), K xx = K xx (x,y,z), K yy = K yy (x,y,z), K zz = K zz (x,y,z) ) και το W συναρτήσει του χώρου όσο και του χρόνου (W = W(x,y,z,t)). 58

Η εξίσωση 5.6 σε συνδυασμό με τις οριακές συνθήκες του υδροφορέα και με καθορισμό της αρχικής συνθήκης πιεζομετρίας, αποτελεί ένα μαθηματικό μοντέλο ενός υπόγειου υδροφορέα. Εκτός από περιπτώσεις πολύ απλών συστημάτων υδροφορέων, αναλυτικές λύσεις της εξίσωσης 5.7 είναι πολύ δύσκολο και τις περισσότερες φορές αδύνατο να επιτευχθούν. Γι αυτό το λόγο έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια μαθηματικά μοντέλα, που στηρίζονται σε αριθμητικές μεθόδους επίλυσης των διαφορικών εξισώσεων και δίνουν προσεγγιστικές λύσεις. Τέτοιες αριθμητικές μέθοδοι είναι οι πεπερασμένες διαφορές, τα πεπερασμένα στοιχεία, τα πολλαπλά κελιά, τα οριακά στοιχεία κ.α. Το MODFLOW με τη βοήθεια του οποίου γίνεται η επίλυση της εξίσωση 5.6, χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στις τρεις διαστάσεις όπου το συνεχές σύστημα που περιγράφεται από την εξίσωση 5.7, αντικαθίσταται από ένα πεπερασμένο αριθμό διακριτών σημείων, τόσο ως προς το χρόνο όσο και ως προς το χώρο. Οι μερικές παράγωγοι αντικαθίστανται από όρους που υπολογίζονται ως διαφορές στην πιεζομετρία για τα συγκεκριμένα αυτά σημεία και η διαδικασία αυτή τελικά οδηγεί σε συστήματα γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων με πεπερασμένες διαφορές και συγκεκριμένα πίσω διαφορές. Η αριθμητική λύση των συστημάτων αυτών δίνει τιμές για το φορτίο σε συγκεκριμένα σημεία και για συγκεκριμένα χρονικά βήματα. Οι τιμές αυτές αποτελούν μία προσέγγιση της αναλυτικής λύσης της εξίσωσης η οποία, σε αντίθεση με την αριθμητική λύση, δίνει συνεχείς τιμές της κατανομής φορτίου, για οποιοδήποτε σημείο και για οποιοδήποτε χρόνο. 5.2 Διακριτοποίηση Στο σχήμα 5.1 φαίνεται η χωρική διακριτοποίηση ενός υδροφορέα, με ένα πλέγμα ορθογώνιων υποπεριοχών, προσανατολισμένων σύμφωνα με το καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, που λέγονται κελιά (cells). Κάθε υποπεριοχή αποτελείται από ένα χαρακτηριστικό σημείο, το οποίο είναι το κέντρο βάρους του κελιού και στο οποίο ζητείται να υπολογιστεί η τιμή του h. Χρησιμοποιούνται δείκτες (i,j,k) όπου : i = 1, 2,.., nrow, j = 1, 2,.., ncol, k = 1, 2,.., nlay, αντιπροσωπεύει τον αριθμό των γραμμών, αντιπροσωπεύει τον αριθμό των στηλών, αντιπροσωπεύει τον αριθμό των επιπέδων στην κατακόρυφη 59

διεύθυνση, Σχήμα 5.1: Χωρική διακριτοποίηση ενός τρισδιάστατου υδροφορέα Όπου Ενεργό κελί Ανενεργό κελί ---- όρια υδροφορέα Δr j : οι διαστάσεις του κελιού κατά μήκος της διεύθυνσης των γραμμών, ο δείκτης j υποδεικνύει τον αριθμό της στήλης Δc i : οι διαστάσεις του κελιού κατά μήκος της διεύθυνσης των στηλών, ο δείκτης i υποδεικνύει τον αριθμό της γραμμής Δv k : οι διαστάσεις του κελιού κατά μήκος της διεύθυνσης των επιπέδων, ο δείκτης k υποδεικνύει τον αριθμό των επιπέδων 5.2.1 Εξίσωση Πεπερασμένων διαφορών Η ανάπτυξη της εξίσωσης 5.6 υπό μορφή πεπερασμένων διαφορών, απαιτεί την εφαρμογή της εξίσωσης συνέχειας. Με την προϋπόθεση ότι η πυκνότητα ρ του υπόγειου νερού είναι σταθερή, η εξίσωση συνεχείας που εκφράζει το ισοζύγιο της ροής για ένα κελί, δίνεται από την έκφραση: 60

εξίσωση 5.7 Όπου: Q i το σύνολο των πραγματοποιούμενων εισροών ή εκροών στα όρια του κελιού που προέρχονται από γειτονικά κελιά [L 3 T -1 ] S S η ειδική αποθηκευτικότητα ή το ενεργό πορώδες ανά μέτρο βάθους του υδροφορέα. Αυτή μπορεί να οριστεί και ως ο όγκος του νερού που αντλείται ανά μονάδα όγκου του υδροφορέα και ανά μονάδα μεταβολής του φορτίου [L -1 ] ΔV ο όγκος του κελιού [L 3 ] Δh Δt η μεταβολή της πιεζομετρίας [L] το χρονικό βήμα [T] Οι όροι στο δεξί μέλος της εξίσωση 5.7, είναι ισοδύναμοι με τον όγκο του νερού που αποθηκεύεται σ ένα χρονικό διάστημα Δt, κατά το οποίο παρατηρείται αλλαγή της στάθμης κατά Δh. Σύμφωνα με το Σχήμα 5.2 από την διακριτοποίηση της εξίσωσης 5.7 προκύπτει ένα κεντρικό κελί (i,j,k), και έξι γειτονικά του τα (i-1,j,k), (i+1,j,k), (i,j-1,k), (i,j+1,k), (i,j,k-1), (i,j,k+1). Σχήμα 5.2: Το κελί (i,j,k) και τα γειτονικά του. 61

Η εισροή στο (ι,j,k) λαμβάνεται με θετικό πρόσημο, ενώ η εκροή με αρνητικό. Σύμφωνα με τo νόμο του Darcy, για τις ροές των 6 γειτονικών κελιών προς το κεντρικό (ι,j,k), θα ισχύει : 1). Ροή από το κελί (i,j-1,k), στο (ι,j,k) κατά τη διεύθυνση γραμμών (Σχ.5.3) : εξίσωση 5.8 όπου h i,j,k h i,j-1,k q i,j-1/2,k το φορτίο στον κόμβο (ι,j,k) [L] το φορτίο στον κόμβο (ι,j-1,k) [L] η παροχή στην κοινή πλευρά των ορθογώνιων στοιχείων (ι,j,k) και (ι,j-1,k) [L 3 T -1 ] KR i,j-1/2,k η υδραυλική αγωγιμότητα κατά τη διεύθυνση των γραμμών, στην κοινή πλευρά των στοιχείων (ι,j,k) και (ι,j-1,k) [LT-1] Δci Δvk το εμβαδό της πλευράς του στοιχείου που είναι κάθετη στη διεύθυνση των γραμμών [L 2 ] Δr j-1/2 η οριζόντια απόσταση ανάμεσα στα κέντρα των στοιχείων (ι,j,k) και (ι,j-1,k) [L] Σχήμα 5.3: Ροή από το κελί (ι,j,k) στο (ι,j-1,k) κατά τη διεύθυνση των γραμμών 62

Παρόμοιες εκφράσεις μπορούν να γραφούν προσομοιώνοντας τις ροές προς το κελί (ι,j,k) για τις υπόλοιπες 5 επιφάνειες, ως εξής : 1). Ροή από το κελί (i,j+1,k), στο (ι,j,k) κατά τη διεύθυνση γραμμών : εξίσωση 5.9 2). Ροή από το κελί (i-1,j,k), στο (ι,j,k) κατά τη διεύθυνση στηλών : εξίσωση 5.10 3). Ροή από το κελί (i+1,j,k), στο (ι,j,k) κατά τη διεύθυνση στηλών : Εξίσωση 5.11 4). Ροή από το κελί (i,j,k-1), στο (ι,j,k) κατά τη κατακόρυφη διεύθυνση : εξίσωση 5.12 5). Ροή από το κελί (i,j,k+1), στο (ι,j,k) κατά τη κατακόρυφη διεύθυνση : εξίσωση 5.13 όπου οι παράγοντες των παραπάνω γινομένων δικαιολογούνται ανάλογα με την εξίσωση 5.10. Οι διαστάσεις των στοιχείων (Δr, Δc και Δv) και η υδραυλική αγωγιμότητα Κ, μπορούν να εκφραστούν με μία σταθερή ποσότητα αγωγιμότητας, με διαστάσεις μεταβιβαστικότητας [L 2 T -1 ] ως εξής : 63

εξίσωση 5.14 Οι εξισώσεις 5.9-5.13 με τη βοήθεια της εξίσωσης 5.14 μετατρέπονται σε εξισώσεις με λιγότερο πολύπλοκη μορφή : εξίσωση 5.15 Οι εξισώσεις 5.15 ισχύουν μόνο για εσωτερικές ροές από τα έξι στοιχεία προς το στοιχείο (i,j,k). Για την περίπτωση κατά την οποία συμβαίνουν εισροές ή εκροές από εξωτερικές πηγές όπως ποτάμια, λίμνες, πηγάδια, εξατμισοδιαπνοή κ.ά., οι ροές αυτές αντιπροσωπεύονται από την έκφραση : 64

a i,j,k,n = p i,j,k,n x h i,j,k, + q i,j,k,n εξίσωση 5.16 όπου : a i,j,k,n αντιπροσωπεύει τη ροή από τη n-οστή εξωτερική πηγή στο κελί (ι,j,k) σε [L 3 T -1 ] p i,j,k,n σταθερή ποσότητα σε μονάδες [L 2 T -1 ] q i,j,k,n σταθερή ποσότητα σε μονάδες [L 3 T -1 ] Για το σύνολο των πραγματοποιούμενων εξωτερικών εισροών ή εκροών από Ν εξωτερικές πηγές προς το κελί (i,j,k), μπορεί να γραφτεί : εξίσωση 5.17 όπου καθένας από τους όρους της Εξ. 5.17, είναι ίσος με : α εξίσωση 5.18 άρα για το σύνολο των εξωτερικών ροών θα ισχύει : QSi,j,k = Pi,j,k hi,j,k + Qi,j,k εξίσωση 5.19 Εφαρμόζοντας την εξίσωση συνέχειας εξίσωση 5.7 για το στοιχείο (i,j,k) και λαμβάνοντας υπ όψη τις ροές από τα έξι γειτονικά του στοιχεία εξίσωση 5.15 καθώς και το σύνολο των εξωτερικών ροών εξίσωση 5.19 προκύπτει : 65

εξίσωση 5.20 όπου : είναι η προσέγγιση της παραγώγου του φορτίου ως προς το χρόνο [LT -1 ] η ειδική αποθηκευτικότητα του στοιχείου (i,j,k) [L -1 ] ο όγκος του στοιχείου (i,j,k) [L 3 ] Αν αντικατασταθούν οι εξισώσεις 5.15 και 5.19 στην 5.20 τότε η εξίσωση πεπερασμένων διαφορών γράφεται : εξίσωση 5.21 όπου m το χρονικό βήμα Αν αντικατασταθεί η προσέγγιση της παραγώγου του φορτίου με διαφορές ανάμεσα σε μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή t m όπου το φορτίο είναι άγνωστο και ίσο με hmi,j,k και σε μία χρονική στιγμή αμέσως προηγούμενη, την t -1 m όπου το φορτίο είναι γνωστό και ίσο με hm-1i,j,k, θα προκύψει ένα σχήμα πίσω διαφορών ή πεπλεγμένο υπολογιστικό σχήμα : εξίσωση 5.22 Άλλο σχήμα που μπορεί εναλλακτικά να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά, είναι το σχήμα των εμπρός διαφορών (forward differences ) ή ρητό υπολογιστικό σχήμα : εξίσωση 5.23 66

Στο σχήμα αυτό το φορτίο σε μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή tm+1 είναι άγνωστο και ίσο με h m+1 i,j,k, ενώ σε μια χρονική στιγμή αμέσως προηγούμενη, την tm, είναι γνωστό και ίσο με h m i,j,k. Το ρητό υπολογιστικό σχήμα είναι απλούστερο στην επίλυση, γιατί σε κάθε εξίσωση υπάρχει μόνο ένας άγνωστος και μπορεί να λυθεί απευθείας, δίνει όμως αστάθεια στις λύσεις με αποτέλεσμα η αριθμητική λύση να αποκλίνει τελείως από την αναλυτική. Αντίθετα, το πεπλεγμένο υπολογιστικό σχήμα, είναι μεν πιο πολύπλοκο, αφού κάθε εξίσωση έχει 7 αγνώστους και η λύση απαιτεί την ταυτόχρονη επίλυση ενός συστήματος εξισώσεων, αλλά δίνει ευσταθείς αριθμητικές λύσεις, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να συγκλίνουν. Το πεπλεγμένο υπολογιστικό σχήμα ή πίσω διαφορών είναι ευσταθές άνευ όρων, όπως αποδεικνύεται παρακάτω στην ανάλυση ευστάθειας και γι αυτό το λόγο χρησιμοποιείται στο μοντέλο MODFLOW. Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση 5.22, η εξίσωση 5.21 γράφεται : εξίσωση 5.24 Η εξίσωση των πεπερασμένων διαφορών (εξίσωση 5.24) αποτελεί μία προσομοίωση της διαφορικής εξίσωσης κίνησης του υπόγειου νερού σε τρεις διαστάσεις με μερικές παραγώγους. Όλοι οι συντελεστές είναι γνωστοί, καθώς επίσης και το φορτίο στην χρονική στιγμή m-1. Άγνωστοι είναι τα φορτία στο κελί (i,j,k) και στα 6 γειτονικά του τη χρονικής στιγμή m, δηλαδή 7 άγνωστοι που πρέπει να βρεθούν στην χρονική στιγμή m. Αν το i παίρνει τιμές από 1 ως NROW, το j από 1 ως NCOL και το k από 1 ως NLAY, θα έχουμε ένα σύστημα εξισώσεων (NROW-2 ) (NCOL -2 ) (NLAY-2 ) με αγνώστους (NROW NCOL NLAY). Άρα χρειάζονται 6 επιπλέον εξισώσεις οι οποίες προκύπτουν από τις οριακές συνθήκες του προβλήματος. Επίσης χρειάζεται και μία αρχική συνθήκη που θα δίνει τα φορτία h στην χρονική στιγμή m=1. Επομένως η εξίσωση 4.26 γράφεται για κάθε ένα από τα στοιχεία του πλέγματος και σε συνδυασμό με την αρχική συνθήκη πιεζομετρίας και τις 6 οριακές συνθήκες ροής (σταθερό φορτίο, αδιαπέρατο όριο, σταθερή ροή) στα όρια του υδροφορέα, προκύπτει τελικά ένα σύστημα 67

n- αλγεβρικών εξισώσεων με n- αγνώστους. Αν στην εξίσωση 5.24 χωρίσουμε γνωστούς από αγνώστους για το συγκεκριμένο στοιχείο (i,j,k) προκύπτει : CVi,j,k 12+CVi,j,k+1 2+ HCOFi,j,k x hi,j,km=rhsi,j,k εξίσωση 5.25 Όπου [L 2 T -1 ] [L 3 T -1 ] [L 2 ] εξίσωση 5.26 η οποία γράφεται με τη μορφή μητρών, για n-αριθμό στοιχείων (i,j,k) ως εξής : [Α] [h] = [q] εξίσωση 5.27 όπου [Α] η μήτρα των σταθερών συντελεστών των φορτίων [h] ο πίνακας - διάνυσμα των αγνώστων τιμών των φορτίων στο χρονικό βήμα m [q] ο πίνακας - διάνυσμα των σταθερών όρων και φορτίων που αντιστοιχούν στη χρονική στιγμή m-1 και περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία του πλέγματος. 5.2.2 καθορισμός των οριακών συνθηκών Στο MODFLOW, για τις ανάγκες της προσομοίωσης των οριακών συνθηκών του εκάστοτε προβλήματος, τα κελιά που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό κατατάσσονται στις ακόλουθες κατηγορίες: α. Κελιά σταθερού φορτίου, όπου το υδραυλικό φορτίο καθορίζεται εκ των προτέρων και παραμένει σταθερό σε όλα τα βήματα της προσομοίωσης. 68

β. Ανενεργά ή αδιαπέρατα κελιά, στα οποία η ροή δεν επιτρέπεται από ή προς αυτά καθ όλη τη διάρκεια της προσομοίωσης. γ. Κελιά μεταβλητού φορτίου. Είναι όλα τα υπόλοιπα, στα οποία τα φορτία δεν καθορίζονται, αλλά μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Οι οριακές συνθήκες ενός προβλήματος προσεγγίζονται μόνο από κελιά σταθερού φορτίου και ανενεργά ή αδιαπέραστα. Τα πρώτα μπορεί να προσομοιώνουν την επικοινωνία του υδροφορέα με επιφανειακούς πόρους (όπως λίμνες ή ποτάμια), ενώ τα δεύτερα κελιά τα αδιαπέραστα όριά του. Όπου υπάρχουν όρια σταθερής εισροής ή μεταβαλλόμενης με το φορτίο μπορούν να προσομοιωθούν ως εξωτερικές πηγές ή ως συνδυασμός αδιαπέραστων κελιών και εξωτερικής πηγής. Στο αμέσως επόμενο σχήμα παρουσιάζεται η διακριτοποίηση ενός υποθετικού υδροφορέα με τις οριακές του συνθήκες. Σχήμα 5.4: Τύποι κελιών και προσομοίωση οριακών συνθηκών. 5.2.3 Πακέτα υποστήριξης του MODFLOW Στο Modflow εκτός από το κεντρικό πρόγραμμα περιλαμβάνεται και μια σειρά από ανεξάρτητα υποπρογράμματα (packages). Tα υποπρογράμματα συνίστανται από υπορουτίνες (modules). H κάθε υπορουτίνα επιτελεί συγκεκριμένους υπολογισμούς. Με απλά λόγια τα 69

modules έχουν ομαδοποιηθεί με τη μορφή «πακέτων» και κάθε πακέτο είναι μια ομάδα από modules, που σχετίζεται με μια φάση της προσομοίωσης. Κατά το τρέξιμο του προγράμματος χρησιμοποιούνται μόνον εκείνα από τα προσφερόμενα πακέτα, τα οποία είναι απαραίτητα για τη συγκεκριμένη περίπτωση προσομοίωσης. Τα κυριότερα υποπρογράμματα (packages) είναι τα εξής: Basic package BCF2 (block centered flow) package River package ή Stream package Well package Recharge package Drain package Evapotranspiration package General-head package Constant head package SIP solution package SSOR solution package PCG2 solution package Output control package Μια γρήγορη παρουσίαση αυτών γίνεται παρακάτω : 1. Βασικό πακέτο (Basic Package, BAS) Τα δεδομένα που εισάγονται στο βασικό πακέτο αφορούν: - τον αριθμό των γραμμών και στηλών - τον αριθμό των υδροφόρων στρωμάτων - τη χρονική περίοδο προσομοίωσης και το βήμα κάθε περιόδου - τον καθορισμό των μονάδων μέτρησης - τις οριακές συνθήκες σε κάθε κόμβο του καννάβου Ως αρχική συνθήκη εισάγεται η πιεζομετρία στην αρχή της χρονικής περιόδου, που προέρχεται από μετρήσεις πεδίου. 2. Block-Centered Flow Package (BCF) Στο πακέτο αυτό εισάγονται πληροφορίες που αφορούν: 70

- τον τύπο του υδροφορεα (ελεύθερος, υπό πίεση, ημιελεύθερος) - τις συνθήκες ροής (μόνιμη ή μη μόνιμη κατάσταση ροής) - τις διαστάσεις των κυψελίδων κατά τη διεύθυνση των αξόνων x και y - τις συνιστώσες της υδραυλικής αγωγιμότητας για τους ελεύθερους υδροφόρους ορίζοντες ή της μεταβιβαστικότητας για τους υπό πίεση υδροφόρους ορίζοντες - τον συντελεστή εναποθήκευσης ή το ενεργό πορώδες Απαραίτητη προϋπόθεση είναι κάθε κόμβος να εντοπίζεται στο κέντρο κάθε κυψελίδας του μοντέλου. 3. Υδατορεύματα (Rivers, RIV) Το πακέτο αυτό προσομοιώνει τη ροή νερού μεταξύ υδατορεύματος (ποταμού, λίμνης) και υδροφορέα. Τα υδατορεύματα τροφοδοτούν τον υδροφορεα ή τροφοδοτούνται από αυτόν ανάλογα με την υδραυλική κλίση μεταξύ του επιφανειακού υδάτινου σώματος και του υδροφορέα. Το πακέτο Rivers απαιτεί τις παρακάτω πληροφορίες για κάθε κυψελίδα που περιέχει όριο ποταμού: - Το υψόμετρο της στάθμης του υδατορεύματος, το οποίο μπορεί να αλλάζει με το χρόνο - Το υψόμετρο του πυθμένα του υδατορεύματος (υψόμετρο κοίτης) - Tην αγωγιμότητα (C). Είναι μια αριθμητική παράμετρος που αντιπροσωπεύει την αντίσταση στη ροή μεταξύ υδατορεύματος και υδροφόρου στρώματος. Υπολογίζεται από το μήκος του υδατορεύματος ανά κυψελίδα (L), το εύρος του υδατορεύματος ανά κυψελίδα (W), το πάχος του υποστρώματος της κοίτης (M) και την υδραυλική αγωγιμότητά τους (K). Έτσι η αγωγιμότητα δίνεται από τη σχέση: εξίσωση 5.28 4. Γεωτρήσεις (Well Package) Το πακέτο αυτό αναφέρεται στα δεδομένα των γεωτρήσεων άντλησης ή εμπλουτισμού σε ένα υδροφορέα για μια δεδομένη περίοδο. Θετικές τιμές της παροχής υποδηλώνουν εμπλουτισμό, 71

ενώ οι αρνητικές κατάσταση άντλησης. Ο ρυθμός άντλησης θεωρείται ανεξάρτητος, τόσο από την έκταση της κυψελίδας, όσο και από την πιεζομετρική στάθμη σ αυτή. 5. Εμπλουτισμός (Recharge Package, RCH) Το πακέτο αυτό προσομοιώνει την επιφανειακή κατανομή του εμπλουτισμού προς το υπόγειο υδροφόρο σύστημα. Ο εμπλουτισμός αναφέρεται, είτε στην κατείσδυση από τις βροχοπτώσεις, είτε σε τεχνητό εμπλουτισμό. O εμπλουτισμός μπορεί να εισαχθεί μόνο στο ανώτερο στρώμα (top layer). Έτσι δεν χρειάζεται ο υπολογισμός του εμπλουτισμού, που λαμβάνει χώρα ταυτόχρονα σε πολλαπλά επίπεδα μιας κατακόρυφης στήλης, επειδή ο φυσικός εμπλουτισμός εισέρχεται στον υδροφορέα από την επιφάνεια του εδάφους. 6. Στραγγιστήρια (Drains) Το πακέτο αυτό έχει σχεδιασθεί για να προσομοιώνει τα αποτελέσματα της επιστροφής του αρδευτικού νερού στον υδροφόρο ορίζοντα. Τα δεδομένα εισόδου που απαιτεί είναι το βάθος των στραγγιστηρίων και η αγωγιμότητα C. 7. Evapotranspiration (ΕΤ) Το πακέτο αυτό προσομοιώνει τα αποτελέσματα της διαπνοής των φυτών και της εξάτμισης από την επιφάνεια του εδάφους. Στο Modflow η εξατμισιδιαπνοή εισάγεται στην οροφή του ανώτερου στρώματος το οποίο απαιτεί το ύψος της εξατμισοδιαπνοής σε mm ή m σε κάποια χρονική μονάδα sec. 8. General Head Boundary (G.H.B.) Το πακέτο αυτό χρησιμοποιείται κυρίως για να προσομοιώσει την υπόγεια υδραυλική επικοινωνία γειτονικών υδροφορέων. Έτσι αυτό το πακέτο μπορεί να προσομοιώσει την υδραυλική σύνδεση με έναν υδροφορέα, που βρίσκεται εκτός των ορίων της προσομοιούμενης περιοχής και υποδηλώνει την ύπαρξη πλευρικής τροφοδοσίας. Τα αντικείμενα, για την προσομοίωση των οποίων χρησιμοποιείται το πακέτο αυτό, μπορούν να καθοριστούν με τη χρήση σημείων, τόξων ή πολυγώνων. Η παροχή τροφοδοσίας είναι ανάλογος προς τη διαφορά της στάθμης ανάμεσα στην εξωτερική αυτή πηγή και σε κάθε κυψελίδα στην περιοχή του μοντέλου. Η παροχή αυτή επίσης εξαρτάται από την αγωγιμότητα (conductance) των υλικών ανάμεσα στην εξωτερική πηγή και στην κυψελίδα ή τις κυψελίδες του μοντέλου με τις οποίες γειτνιάζει. Η αγωγιμότητα είναι μια αριθμητική παράμετρος και ορίζεται ως η οριζόντια υδραυλική αγωγιμότητα της κυψελίδας 72

πολλαπλασιαζόμενη με την εγκάρσια διατομή αυτής και διαιρούμενη με την απόστασή της από την εξωτερική πηγή τροφοδοσίας. Το πακέτο αυτό απαιτεί, για κάθε κυψελίδα που περιέχει το όριο αυτό: - Το γενικό φορτίο: Αυτό το φορτίο είναι το επίπεδο της υδάτινης επιφάνειας στο όριο. Αυτό μπορεί να είναι φυσικά καθορισμένο όπως π.χ. η επιφάνεια μιας λίμνης ή μπορεί να ληφθεί από τη ρύθμιση του μοντέλου. - Την αγωγιμότητα: Αντιπροσωπεύει την αντίσταση της ροής ανάμεσα στο όριο γενικού φορτίου και τα υπόγεια νερά της προσομοιούμενης περιοχής. 9. Constant head Tα όρια σταθερού φορτίου μένουν αμετάβλητα κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Αυτό προϋποθέτει ότι στην έναρξη και στο τέλος της προσομοίωσης τα φορτία είναι σταθερά ζητούνται απλά τιμές υδραυλικού φορτίου στα άκρα του ορίου. 10. Ισχυρά πεπλεγμένη μέθοδος (Strongly Implicit Procedure Package, SIP) Το πακέτο αυτό συνιστά μια μέθοδο επίλυσης του συστήματος γραμμικών εξισώσεων, που προκύπτει με τη χρήση επαναληπτικών διαδικασιών. Όπως έχει προαναφερθεί για κάθε κυψελίδα χρησιμοποιείται μια εξίσωση πεπερασμένων διαφορών. Το σύνολο των εξισώσεων του καννάβου πρέπει να επιλύεται ταυτόχρονα σε κάθε βήμα. Η επίλυση συνίσταται στη λήψη μιας τιμής της πιεζομετρικής στάθμης για κάθε κόμβο. 11. Έλεγχος Αποτελεσμάτων (Output Control) Στο πακέτο αυτό καθορίζεται ο τρόπος και η μορφή των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Έχει τη δυνατότητα σύνδεσης με άλλα βοηθητικά προγράμματα για τη γραφική απεικόνιση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Γίνεται λοιπόν αντιληπτό από τα παραπάνω ότι τα απαραίτητα δεδομένα εισόδου (input data) για την εφαρμογή του Modflow είναι: - Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υδροφορέα - Αρχικές συνθήκες, δηλ. οι τιμές του πιεζομετρικού φορτίου σε όλους τους κόμβους του καννάβου. - Οριακές συνθήκες είτε με τιμές πιεζομετρικού φορτίου, είτε με τη μορφή ροής στα όρια του καννάβου. - Βάθη υδροφόρων στρωμάτων. 73

- Υδραυλικές παράμετροι (υδραυλική αγωγιμότητα, συντελεστής αποθηκευτικότητας κ.ά.) - Παροχές αντλήσεων ή εμπλουτισμού. - Δεδομένα κατείσδυσης, που προκύπτουν από τις βροχοπτώσεις, την εξατμισιδιαπνοή και το είδος των γεωλογικών σχηματισμών. - Διηθήσεις από ποταμούς ή χειμάρρους. - Επιστροφές άρδευσης 74

6. ΣΥΝΤΑΞΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της περιοχής ήταν το λογισμικό πακέτο USGS MODFLOW 2000 (4.2 Premium edition) Το MODFLOW αποτελεί ένα εύχρηστο και διαδεδομένο τριδιάστατο μοντέλο προσομοίωσης για την υπόγεια ροή του ύδατος στην κορεσμένη ζώνη. Με τη βοήθειά του γίνεται η μελέτη των επιδράσεων των γεωτρήσεων, ποταμών, εξατμισοδιαπνοής, και των εισροών και εκροών ακόμη και σε υδροφορείς έντονης ετερογένειας και σύνθετων οριακών συνθηκών Mc Donald and Harbaugh, (1988). Το μοντέλο MODFLOW χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στις τρεις διαστάσεις, όπου το συνεχές σύστημα αντικαθίσταται από ένα πεπερασμένο αριθμό διακριτών σημείων τόσο ως προς το χώρο, όσο και ως προς το χρόνο Τζιμόπουλος και Μπαλλάς, (2005). 6.1 Δημιουργία εννοιολογικού μοντέλου Δημιουργήθηκε κάνναβος με διαστάσεις κελιών 200 m x 200 m όπως παρουσιάζεται στο σχήμα 6.1. Το σύνολο των κελιών είναι 39917 εκ των οποίων τα 12017 είναι ενεργά κελιά και τα 27900 ανενεργά. Η περίοδος προσομοίωσης επιλέχθηκε να είναι από 1/04/1973-1/04/1974. Η προσομοίωση έγινε σε συνθήκες transient state (μη μόνιμης ροής). 75

Σχήμα 6.1: Η περιοχή έρευνας με τον κάνναβο στο μοντέλο Όλα τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην προσομοίωση του μοντέλου ελήφθησαν από τις μελέτες: Sogreah- Grenoble 1974. Μελέτη αναπτύξεως υπογείων υδάτων πεδιάδος Θεσσαλίας. Τελική έκθεση, R 11971, Sogreah- Grenoble 1979. Έργο αναπτύξεως υπογείων υδάτων Θεσσαλίας, Μαθηματικά Ομοιώματα Και από το διδακτορικό Costandinidis D. 1978. Hydrodynamique d un système aquifère hétérogène, Hydrogéologie de la Thessalie Orientale. Doctora D Etat, Grenoble. 6.1.1 Μέθοδος Παρεμβολής Η μέθοδος παρεμβολής (interpolation) που επιλέχθηκε για όλα τα δεδομένα του μοντέλου ήταν η μέθοδος Kriging. Η μέθοδος Kriging επιλέχθηκε γιατί είναι η μόνη μέθοδος που ενσωματώνει κατευθείαν το μοντέλο της χωρικής μεταβλητότητας των δεδομένων 76

6.2 Εισαγωγή υψομέτρων Αρχικώς ξεκίνησε η εισαγωγή των στοιχείων με την είσοδο του υψόμετρου οροφής (ground surface elevation) και το υψόμετρο του δαπέδου του υδροφόρου (well bottom elevation) όπως αυτά προκύπτουν από χάρτες της Sogreah- Grenoble (σχήμα 6.2). Σχήμα 6.2: Υψόμετρα οροφής και υποβάθρου υδροφορέα Sogreah-Grenoble, (1974) 77

Το υψόμετρο οροφής κυμαίνεται από 0 έως 100 m, και η κατανομή του παρουσιάζεται στο σχήμα 6.3. To υψόμετρο του δαπέδου του υδροφόρου κυμαίνεται από 0 έως - 500 m και η κατανομή του παρουσιάζεται στο σχήμα 6.4 Σχήμα 6.3: Κατανομή του υψομέτρου οροφής του υπόγειου υδροφόρου συστήματος 78

Σχήμα 6.4: Κατανομή του δαπέδου του υπόγειου υδροφόρου συστήματος 6.3 Εισαγωγή υδραυλικών παραμέτρων Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε η εισαγωγή των υδραυλικών παραμέτρων της υδραυλικής αγωγιμότητας και της αποθηκευτικότητας όπως αυτές υπολογίσθηκαν από τη Sogreah-Grenoble το 1974 και εμφανίζονται στο σχήμα 6.5 79

Σχήμα 6.5: Χάρτης αποθηκευτικότητας και υδραυλικής αγωγιμότητας (Sogreah-Grenoble, 1979) 80

Οι τιμές της υδραυλικής αγωγιμότητας κυμαίνονται από 0.00086 έως 43.2 m/d. Οι τιμές της αποθηκευτικότητας κυμαίνονται από 0.01 0.09. Στα σχήματα 6.6 και 6.7 παρουσιάζεται η κατανομή της υδραυλικής αγωγιμότητας και της αποθηκευτικότητας αντίστοιχα. Σχήμα 6.6: Κατανομή υδραυλικής αγωγιμότητας στην περιοχή μελέτης 81

Σχήμα 6.7: Κατανομή της αποθηκευτικότητας στην περιοχή μελέτης Η ολοκλήρωση της εισαγωγής των υδραυλικών ιδιοτήτων έγινε με την είσοδο των αρχικών υψών των υδροστατικών στάθμεων 12 γεωτρήσεων παρατήρησης, οι οποίες έδωσαν την εικόνα του υδροφορέα για την 1/04/1973 όπως αυτά φαίνονται στον πίνακα 6.1. Η κατανομή των αρχικών υψών παρουσιάζεται στο σχήμα 6.9 και στο σχήμα 6.10 παρουσιάζεται η πιεζομετρική στάθμη της περιοχής για την περίοδο προσομοίωσης. 82

Σχήμα 6.8: Οι θέσεις των γεωτρήσεων παρατήρησεις 83

Πίνακας 6.1: Αρχικά ύψη υδροστατικής στάθμης του υδροφόρου για την 1/04/1973 Code X-EGSA Y-EGSA Head SR30 374865.00 4380188.00 76.96 SR 32 380065.74 4374376.53 69.15 SR35 374456.00 4390926.00 55.51 AD16a 370193.27 4380458.80 80.76 AG14 386729.83 4375304.93 52.21 AG17a 391073.89 4364555.62 59.94 AD9a 371403.04 4387922.58 64.68 AD11 379415.00 4381031.00 61.60 AD13a 391487.00 4365172.00 45.05 PZ7 395074.88 4390032.76 49.61 402 391625.39 4380243.61 43.80 SR39b 354354.29 4402468.59 78.02 Σχήμα 6.9: Η κατανομή των αρχικών υψών της υδροστατικής στάθμης στην περιοχή έρευνας 84

Σχήμα 6.10: Πιεζομετρία της περιοχής έρευνας για την περίοδο από 1/04/1973-1/04/1974. 6.4 Εισροές στο μοντέλο Στο μοντέλο χρησιμοποιήθηκαν δύο ειδών εισροές για το υπόγειο υδροφόρο σύστημα: Gonstant Head Υδραυλική επικοινωνία στο βορειοδυτικό όριο με δύο πηγές, πηγή Μάτι Τυρνάβου και πηγή Αγίας Άννας με φορτίο H=75 m 85

Recharge Σύμφωνα με τον Constantinidis, (1978) η διήθηση είναι μεταβλητή στα βράχια της υπό μελέτη λεκάνης. Βάση των μετρήσεων, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν στους σταθμούς έχουμε τις ακόλουθες τιμές: 70% της βροχής διηθείται στους ασβεστόλιθους και πηγάζει από καρστικές πηγές, οι οποίες εμπλουτίζουν το υπόγειο υδροφόρο σύστημα 10% της βροχής διηθείται στην επιφάνεια των αλλουβίων στα υπόγεια ύδατα Σε άλλα πετρώματα ημιδιαπερατά ή αδιαπέρατα στα άκρα της λεκάνης η κατείσδυση είναι μικρή της τάξης των 6 έως 8% σε μια μεγάλη περιοχή Επομένως έχουμε κατά μέσο όρο 10% διείσδυση της βροχής στον κάμπο. 10% για τον κάμπο του Πηνειού και 10% στον κάμπο της Κάρλας. 6.5 Εκροές-Αντλήσεις Μοναδική έξοδος ύδατος από το υπόγειο υδροφόρο σύστημα θεωρήθηκαν οι αντλήσεις από τις γεωτρήσεις που εισήχθησαν στην περιοχή μελέτης, οι οποίες φαίνονται στο σχήμα 6.11 Σχήμα 6.11: Kαταγραφή γεωτρήσεων άντλησης 86

Οι ζώνες άντλησης χωρίστηκαν σύμφωνα με τη Sogreah-Grenoble, 1974 όπως φαίνεται στο σχήμα 6.12 και η κάθε ζώνη έπρεπε να καλύπτει τα εξής m 3 : 2) Ευρύτερη Ζώνη Τυρνάβου 38800 x 10 3 m 3 /yr 3) Zώνη Χάλκης 6560 x 10 3 m 3 /yr 4) Βορειοανατολικό όριο 420 x 10 3 m 3 /yr 5) Ζώνη Στεφανοβικείου 6430 x 10 3 m 3 /yr Υπόλοιπο πεδιάδας 23900 x 10 3 m 3 /yr Σχήμα 6.12: Ζώνες άντλησης (Sogreah-Grenoble, 1979) Οι αντλήσεις χωρίστηκαν σε 6 stress period: i. Απρίλιος Μάιος: 0-61 ημέρες με άντληση ii. Ιούνιος Ιούλιος: 61-122 ημέρες με άντληση iii. Αύγουστος Σεπτέμβριος: 122-183 ημέρες με άντληση iv. Οκτώβριος- Νοέμβριος: 183-244 ημέρες χωρίς άντληση v. Δεκέμβριος Ιανουάριος: 244-306 ημέρες χωρίς άντληση 87

vi. Φεβρουάριος- Μάρτιος: 306-365 ημέρες χωρίς άντληση Το υδατικό ισοζύγιο για τη περίοδο προσομοίωσης διαμορφώνεται ως εξής πίνακας 6.2 Πίνακας 6.2: Υδατικό ισοζύγιο για την περίοδο ρύθμισης 1/04/1973-1/04/1974 Εισροές (m 3 /yr) Εκροές (m 3 /yr) Πλευρικές Κατείσδυση Πλευρικές εισροές εισροές 30905280 33536000 30905280 644941280 65510000 Έλλειμα 568720 Από τον πίνακα προκύπτει πως για την περιοχή έχουμε έλλειμα της τάξεως των 568720 m 3. Το οποίο καλύπτεται με πιο εντατικές αντλήσεις 6.6 Οριακές συνθήκες Οι οριακές συνθήκες επιλέχθηκαν ώστε να εκφραστούν με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια οι ροές από το περιβάλλον στην πεδιάδα και αντίστροφα, τόσο υπό τις παρούσες συνθήκες και στο μέλλον όταν το υδροφόρο στρώμα θα λειτουργεί εντονότερα. Οι οριακές συνθήκες του μοντέλου ακολουθούν λίγο πολύ τη γραμμή επαφής μεταξύ της τεταρτοταγής αλλούβιας πεδιάδας και της παλιότερης (γραμμής) που περιβάλλει την πεδιάδα. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα στα βορειοανατολικά όρια από το Αργυροπούλι έως το Καλαμάκι αντιπροσωπεύουν μία αδιαπέρατη οριακή συνθήκη 88

Σχήμα 6.13: Οι οριακές συνθήκες 6.7 Ρύθμιση του μοντέλου Σε αυτό το σημείο είναι απαραίτητο να τονισθεί ότι σημαντικό μέρος κάθε προσομοίωσης υπόγειων νερών αποτελεί η εργασία ρύθμισης του μοντέλου (Model Calibration), η οποία και διασφαλίζει την επιτυχή προσομοίωση της συμπεριφοράς του υδροφορέα. Πρόκειται για μια διαδικασία κατά την οποία ορισμένες από τις παραμέτρους του μοντέλου, όπως π.χ η επαναφόρτιση και η υδραυλική αγωγιμότητα, τροποποιούνται συστηματικά και το μοντέλο επαναπροσδιορίζεται συνεχώς, έως ότου η υπολογισμένη λύση ταιριάξει πλέον με τις παρατηρημένες τιμές του πεδίου, σε αποδεκτά επίπεδα ακριβείας. H ρύθμιση στοχεύει στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων που υπεισέρχονται στην επίλυση του μοντέλου, ακολουθώντας την ανάστροφη μέθοδο προσέγγισης του προβλήματος, μέσα από μια συνεχή διαδικασία δοκιμής και επανάληψης. 89

Στην προκειμένη περίπτωση η ρύθμιση το calibration του μοντέλου αφορούσε στις στάθμες και τις αντλήσεις της περιοχής όπου είχαμε τα εξής αποτελέσματα συνολικά και για τις έξι stress period. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η πορεία των γεωτρήσεων για κάθε stress period ξεχωριστά. Σχήμα 6.14: Συνολική απεικόνιση αποτελεσμάτων ρύθμισης του μοντέλου για όλες τις γεωτρήσεις. 90

1 stress period: 61 ημέρες 2 stress period: 122 ημέρες 91

3 stress period: 183 ημέρες 4 stress period: 244 ημέρες 92

5 stress period: 306 ημέρες 6 stress period: 365 ημέρες 93

6.8 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ Θέλοντας να παρατηρηθεί η μελλοντική πορεία των αντλήσεων του υπόγειου υδροφόρου συστήματος σε μια 20ετία, το μοντέλο έτρεξε για 20 χρόνια (7300 μέρες) με τις υποθέσεις ότι: Οι αντλήσεις των γεωτρήσεων διατηρούνται στα ίδια επίπεδα Οι εισροές του συστήματος, δηλαδή το constant head και το recharge παραμένουν επίσης σταθερά Τα συνολικά αποτελέσματα της προσομοίωσης παρουσιάζονται στο σχήμα 6.15 Σχήμα 6.15: Ενδεικτικά αποτελέσματα όσον αφορά την πορεία της υδροστατικής στάθμης στην εικοσαετία Μελετώντας τα αποτελέσματα του διαχειριστικού σεναρίου παρατηρούμε ότι κατά τη διάρκεια της εικοσαετίας ορισμένες γεωτρήσεις παρουσιάζουν πτώση, κάποιες παρουσιάζουν αυξομείωση και μία παραμένη σταθερή σε ότι αφορά την πορεία της υδροστατικής στάθμης. Πιο συγκεκριμένα: 94

Στο βορειοδυτικό τμήμα η γεώτρηση παρατήρησης SR39b παρουσιάζει καθολική φθίνουσα πορεία της υδροστατικής στάθμης. Στο νοτιοανατολικό τμήμα η ΑD16a παρουσιάζει φθίνουσα πορεία όπως και η SR 30, η οποία ανήκει στο ίδιο τμήμα αλλά διαφοροποιείται λίγο η πορεία γιατί η φθίνουσα πορεία της δεν είναι καθολική αλλά εμφανίζει αυξομειώσεις. Στο νοτιοανατολικό τμήμα η ΑG17a και SR30 η πορεία της υδροστατικής στάθμης συμβαδίζει με την πορεία της στάθμη της SR32 γιατί η φθίνουσα πορεία της δεν είναι καθολική αλλά παρουσιάζει αυξομειώσεις. Η υδροστατική στάθμη της γεώτρησης ΑD13a για όλη την εικοσαετία παρουσιάζει μια σταθερή πορεία. 6.8.1 Υδατικό ισοζύγιο μετά την περίοδο του διαχειριστικού σεναρίου Βάση των υποθέσεων, οι οποίες ελήφθησαν υπόψη οι εισροές και οι εκροές του υπόγειου υδροφόρου συστήματος για την εικοσαετή περίοδο του διαχειριστικού σεναρίου (1974-1994) παρέμειναν στα ίδια περίπου επίπεδα με τη χρονική περίοδο ρύθμισης. 95

7. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Προτού αρχίσει η μελέτη για την υφιστάμενη κατάσταση είναι καλό να παρατεθούν 3 διαγράμματα ένα για κάθε τμήμα, στα οποία καταγράφεται η πορεία της πιεζομετρικής στάθμης Στα διαγράμματα 7.1, 7.2 και 7.3 καταγράφεται η διαχρονική μεταβολή της πιεζομετρικής στάθμης για το βορειοδυτικό τμήμα, το κεντρικό και το νοτιοανατολικό τμήμα αντίστοιχα Διάγραμμα 7.1: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το βορειοδυτικό τμήμα από το 1972 έως το 2011 Διάγραμμα 7.2: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το κεντρικό τμήμα από το 1972 έως το 2011 96

Διάγραμμα 7.3: Διαχρονική μεταβολή στάθμης για το νοτιοανατολικό τμήμα από το 1972 έως το 2011 Στον πίνακα 7.1 εμφανίζεται το υδατικό ισοζύγιο ζωνών Υδροφορίας (Απολήψιμες παροχές νερού από το υπόγειο υδατικό δυναμικό Ανανεώσιμα αποθέματα Μόνιμα Αποθέματα), σήμερα όπως αυτά παρουσιάστηκαν από τους Ευαγγελόπουλο και Μπελέση, (2011) Πίνακας 7.1: Υδατικό ισοζύγιο ζωνών Υδροφορίας Ευαγγελόπουλο και Μπελέση, (2011) Ζώνη Υδροφορίας Αρδευόμενη Έκταση στρ. Απολήψιμες ποσότητες m 3 Ανανεώσιμα αποθέματα m 3 Μόνιμα Αποθέματα m 3 ΒΔ/κο τμήμα Αν. Θεσ. Κεντρικό τμήμα Αν. Θεσ ΝΑ Τμήμα Αν. Θεσ. 111.900 59,87 x10 6 53,27 x10 6 6,6 x10 6 15.000 7,5 x 10 6 6,10 x 10 6 2,00 x 10 6 180.000 97,20 x 10 6 12,20 x 10 6 85,00 x 10 6 97

7.1 Επιφανειακά Αρδευτικά δίκτυα Βορειοδυτικό τμήμα Το βορειοδυτικό τμήμα δεν αντιμετωπίζει σοβαρό πρόβλημα σε ότι αφορά την έκταση των αρδεύσεων διότι αυτές καλύπτονται κυρίως από τον Τιταρήσιο ποταμό και από άλλους επιφανειακούς υδατικούς πόρους όπως είναι το φράγμα Μάτι Τυρνάβου και στην περιοχή της πηγής Μάτι Τυρνάβου δημιουργήθηκε το ομώνυμο φράγμα. Το πρόβλημα έχει αρχίσει να εμφανίζεται στο υπόγειο υδροφόρο σύστημα της περιοχής από το γεγονός ότι στην περιοχή έχουν ανορυχθεί γεωτρήσεις για την κάλυψη των υδρευτικών αναγκών της διευρυμένης περιοχή της Λάρισας, οι οποίες είναι όλο και αυξανόμενες. Κεντρικό και νοτιοανατολικό τμήμα Στο κεντρικό τμήμα της ανατολικής υδρογεωλογικής λεκάνης της Θεσσαλίας, δεν υπάρχουν συστηματικά αρδευτικά έργα, δηλαδή έργα που περιλαμβάνουν δίκτυα άρδευσης, αποχέτευσης- στράγγισης και αγροτικής οδοποιίας με τα σχετικά τεχνικά έργα και τα κατάλληλα όργανα και συσκευές. Τα υπάρχοντα αρδευτικά έργα είναι απλά έργα (κινητά σωληνωτά δίκτυα, χάνδακες, μικρά αντλιοστάσια), που αποτελούν ατομικές ή ομαδικές προσπάθειες για άρδευση περιορισμένων εκτάσεων με τη χρησιμοποίηση του νερού ιδιωτικών γεωτρήσεων και γεωτρήσεων του Πρόγραμμα Ανάπτυξης Υπόγειων υδάτων Θεσσαλίας (Π.Α.Υ.Υ.Θ.) ή του νερού των αποχετευτικών και αποστραγγιστικών τάφρων Παπανίκος, (2008). Έχουν δημιουργηθεί μικροί ταμιευτήρες όπως φαίνεται στο σχήμα 4.7 για την κάλυψη των αναγκών σε αρδευτικό νερό Πατέρας κ.ά. (1996). Οι ταμιευτήρες Ελευθερίου και Δήμητρας που καλύπτουν έκταση 0,3 m 2 και έχουν ωφέλιμη χωρητικότητα 0,7x10 6 m 3 ο καθένας Ο ταμιευτήρας Πλατύκαμπου που καλύπτει έκταση 0,25 km 2 και έχει ωφέλιμη χωρητικότητα 0,5x10 6 m 3. Ο ταμιευτήρας Ναμάτων που καλύπτει έκταση 0,57 km 2 και έχει ωφέλιμη χωρητικότητα 1,5 x10 6 m 3. Ο ταμιευτήρας Στεφανοβικείου που καλύπτει έκταση 4 km 2 και έχει ωφέλιμη χωρητικότητα 10 x 10 6 m 3 Ο ταμιευτήρας Καλαμακίου που καλύπτει έκταση 2 km 2 και έχει ωφέλιμη 98

χωρητικότητα 6 x 10 6 m 3 (Κωτσόπουλος κ.ά., 2007) Στον πίνακα 7.2 παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των επιφανειακών ταμιευτήρων καθώς και οι περιοχές τις οποίες αρδεύουν Πίνακας 7.2: Τεχνικά χαρακτηριστικά ταμιευτήρων, περιοχές που εξυπηρετούν και επιμέρους καλλιέργειες επί της % του συνόλου (Κωτσόπουλος κ.ά., 2007) Ταμιευτήρας Τεχνικά χαρακτηριστικά ταμιευτήρων Χωρητικότητα x 10 6 m 3 Έκταση (στρέμματα) Αρδευόμενη έκταση Εξυπηρετούμενη περιοχή Βαμβάκι % Καλαμπόκι % Μηδική Ελευθερίου Ι, ΙΙ 1.70 600 4000 85 15 Δήμητρας 1.00 400 2600 85 15 Πλατύκαμπου Ι 0.50 250 1500 85 10 5 Πλατύκαμπου ΙΙ 1.45 500 4560 85 10 5 Γλαύκης 2.10 550 5415 85 10 5 Ναμάτων Ι, ΙΙ 2.90 983 10000 85 10 5 5 Καστρίου 1.10 350 4900 85 15 Καλαμακίου Ι, ΙΙ 8.00 2750 20000 85 15 % Βιομηχ. ντομάτα % 99

Σχήμα 7.1: Μικροί ταμιευτήρες στο κεντρικό και στο νοτιοανατολικό τμήμα της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας (Κωτσόπουλος κ. ά., 2007) Νοτιοανατολικό τμήμα Ίσως το σημαντικότερο έργο που έγινε ποτέ στην ελληνική επικράτεια και από τα σπουδαιότερα στον ευρωπαϊκό χώρο είναι η μερική ανασύσταση της τέως λίμνης Κάρλας. Ένα από τα σπουδαιότερα διότι πρόκειται για μερική ανασύσταση λίμνης με τεχνητό ταμιευτήρα, η οποία ήταν φυσική και αποξηράνθηκε το 1964. Όπως σε όλα τα πράματα που συμβαίνουν στην χώρα μας ούτε και εδώ έλειψε η ελληνική πρωτοτυπία και αυτό διότι: Η προμελέτη λοιπόν, προέβλεπε ταμιευτήρα 42 km 2, ενώ τελικά κατασκευάζεται ταμιευτήρας 38 km 2 Ο ταμιευτήρας των 42 km 2 θα είχε ικανότητα να αποθηκεύει 135 x 10 6 m 3 νερού για άρδευση, ενώ ο κατασκευαζόμενος μόνο 84 x 10 6 m 3 Η αρδευόμενη έκταση που μπορούσε να εξυπηρετήσει ήταν 185 km 2 ενώ τελικά η αρδευόμενη έκταση είναι η μισή 92,5 km 2. Η περιοχή του ταμιευτήρα παρουσιάζεται στο σχήμα 7.2 100

Με την ολοκλήρωση του έργου σύμφωνα με τον Σιδηρόπουλο (2007) προβλέπεται. Το ενεργειακό ισοζύγιο να αποκτήσει θετικό πρόσημο, να επιτευχθεί η κατάργηση των περισσοτέρων γεωτρήσεων αλλά πρέπει να υπάρξει και καλή συντήρηση του δικτύου με στόχο να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες νερού. Η αποδέσμευση των απαραιτήτων ποσοτήτων ύδατος για την ύδρευση αλλά και η ζήτηση της άρδευσης, η οποία προβλέπεται να καλυφθεί στη συντριπτική της πλειοψηφία από τα νερά της Κάρλας θα ωφελήσουν τον εμπλουτισμό του υπόγειου υδροφόρου συστήματος και γενικότερα την προστασία του περιβάλλοντος Πέππας κ.ά (2005). Σχήμα 7.2: Ο ταμιευτήρας της Κάρλας. Τα δεδομένα αναφέρονται στον Λουκά, (2010) 7.2 Ποσοτική κατάσταση υπόγειου υδροφόρου συστήματος Σύμφωνα με τα σχέδια διαχείρισης υδατικών πόρων για το υδατικό διαμέρισμα Θεσσαλίας η υφιστάμενη κατάσταση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος της Ανατολικής Υδρογεωλογικής Λεκάνης Θεσσαλίας χαρακτηρίζεται από υπερεκμετάλλευση όπως φαίνεται και στο σχήμα 7.3 101

Σχήμα 7.3: Συνθήκες εκμετάλλευσης του υπόγειου υδροφόρου συστήματος του υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας Παπαγρηγορίου κ.ά, (2011) Ένας τρόπος για να κατανοηθεί σχηματικά το φαινόμενο της υπερεκμετάλλευσης του υπόγειου υδροφόρου συστήματος δίνεται από την Kontogianni et al., (2007). 102

Σχήμα 7.4: Απεικόνιση διαφοράς της επιφάνειας του εδάφους ανάμεσα σε κανονικές συνθήκες άντλησης και συνθήκες υπεράντλησης Kontogianni et al., (2007). Οι επιπτώσεις της υπερεκμετάλλευσης από την συνεχή πτώση της στάθμης του υπόγειου υδροφόρου συστήματος είναι πολλές (σχήμα 7.4) Μεταξύ των σημαντικών επιπτώσεων περιλαμβάνονται και όλες εκείνες που συνδέονται με καθιζήσεις που άρχισαν να λαμβάνουν χώρα σε διάφορες περιοχές από το τέλος του 1990, όπως αυτές στην περιοχή του Ριζόμυλου - Στεφανοβικείου του Νομού Μαγνησίας και στην περιοχή Νίκης - Μελίας του Νομού Λάρισας στην νοτιοανατολική Θεσσαλική πεδιάδα. Οι καθιζήσεις αυτές προκάλεσαν σημαντικές ρωγματώσεις στην επιφάνεια του εδάφους που πρωτοεμφανίστηκαν το 1990 στα χωριά Καστρί (κυρίως), Νίκη, Γλαύκη, Μέλισσα, Χάλκη, Στεφανοβίκειο, Ρυζόμυλος κ.ά, στην περιοχή εξάπλωσης των τεταρτογενών αλλουβιακών αποθέσεων. Τα φαινόμενα αυτά επανεμφανίστηκαν με μεγαλύτερη ένταση και σε μεγαλύτερη έκταση το θέρος του 1993 με επιπτώσεις σε σπίτια των χωριών Ριζόμυλος, Στεφανοβίκειο, Μέλισσα, Νίκη, κ.ά. Μερικές από τις διαρρήξεις που προκλήθηκαν είχαν μήκος 1 έως 2 km και πλάτος μερικές δεκάδες εκατοστών. Αρκετοί δρόμοι κόπηκαν από τις διαρρήξεις αυτές και αρκετά 103

σπίτια ρωγματώθηκαν στους τοίχους, στα δάπεδα και στις οροφές. Στο χωριό Νίκη μια κατοικία υπέστη σοβαρές ζημιές. Τόσο το 1990 όσο και το 1993 ήταν ιδιαίτερα ξηρά έτη και κατά συνέπεια η αναπλήρωση των υδροφόρων στρωμάτων περιορισμένη και οι αντλήσεις από αυτά αυξημένες. Έχει υπολογισθεί ότι για να ισορροπήσουν οι υδροφόροι ορίζοντες στις στάθμες που είχαν το 1994, θα έπρεπε να μειωθούν οι αντλούμενες ποσότητες υπόγειων νερών από 10% έως και πάνω από 40% ανάλογα με την περιοχή, έτσι ώστε να υπάρξει συνολική μείωση των αντλούμενων ποσοτήτων στο Θεσσαλικό κάμπο ίση με 100 x10 6 m 3 ετησίως.. Μείωση των αντλήσεων κατά ποσοστά από 40 έως 47% θα έπρεπε να έχει γίνει στις περιοχές: Κάρλα, Κάρλα Γυρτώνη καθώς και σε άλλες περιοχές της Θεσσαλίας (Βλάχου-Βλαβιανού, αχρονολόγητο). Επιπλέον, αξίζει να αναφερθεί ότι στα πλαίσια εκπόνησης των σχεδίων διαχείρισης υδατικών πόρων για το υδατικό διαμέρισμα Θεσσαλίας κατέληξαν ότι και αυτό το υδατικό διαμέρισμα υφίσταται τις συνέπειες και ενός από τα πιο σύγχρονα και ανησυχητικά προβλήματα που συναντώνται στις μέρες μας στον τομέα διαχείρισης των υδατικών πόρων και πιο συγκεκριμένα στον τομέα των υπόγειων υδάτων, το οποίο καλείται ως υφαλμύριση. Στο σχήμα 7.5 απεικονίζεται η κατάσταση του υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας ως προς το πρόβλημα της υφαλμύρισης. Σύμφωνα με το Louka et al., (2006) η ποιότητα των υδατικών πόρων, τα προβλήματα ποσότητας αυτών καθώς και η υφαλμύριση των παράκτιων υπόγειων υδάτων λόγω διείσδυσης θαλασσινού νερού κάνει το νερό ακατάλληλο για αρδευτικούς σκοπούς, προκαλεί συνθήκες ερημοποίησης και την υποβάθμιση του περιβάλλοντος των οικοσυστημάτων. 104

Σχήμα 7.5: Κατάσταση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος του υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας ως προς την υφαλμύριση Παπαγρηγορίου κ.ά (2011) Από την υπερεκμετάλλευση του υπόγειου υδροφόρου συστήματος επηρεάζεται και η ποιοτική κατάστασή του. Αυτό οφείλεται κυρίως σε ανθρωπογενείς παράγοντες και πιο συγκεκριμένα στην αγροτική δραστηριότητα στα πλαίσια της οποίας γίνεται υπερβολική χρήση λιπασμάτων, τα υπολείμματα των οποίων εξαιτίας των βροχοπτώσεων και των ποτισμάτων εισέρχονται στο υπόγειο υδροφόρο σύστημα. 7.3 Ποιοτική κατάσταση υδάτων Η Θεσσαλία είναι η πιο σημαντική γεωργική περιοχή Ελλάδα. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από σημαντική γεωργική δραστηριότητα και οι υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών στα υπόγεια ύδατα σχετίζονται με την υπερβολική λίπανση. Τη δεκαετία του 70 με βάση τη μελέτη της Sogreah-Grenoble, (1974) δεν είχαν παρατηρηθεί σημαντικές επιπτώσεις στην ποιότητα των 105