ΠΟΙΟΤΙΚΑ ΚΑΙ ΠΟΣΟΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΛΟΥΜΙΟΥ ΤΟΥ Π. ΝΕΣΤΟΥ Καμίδης Ν. 1,2, Συλαίος Γ. 2, Τσιχριντζής Β.Α. 2 1 Ινστιτούτο Αλιευτικής Έρευνας, Νέα Πέραμος Καβάλας, nikkami@inale.gr, fri@otenet.gr 2 Εργαστήριο Οικολογικής Μηχανικής & Τεχνολογίας, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Ξάνθη, www.env.duth.gr/eet Περίληψη Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του πλουμίου του ποταμού Νέστου και η επίδραση που αυτό έχει στη παράκτια ζώνη και στον Κόλπο Καβάλας κάτω από συνθήκες διαφορετικών παροχών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπό πλημμυρικές συνθήκες το πλούμιο είναι ικανό να εισέλθει στον Κόλπο Καβάλας, καλύπτοντας μεγάλη επιφανειακή έκταση και έχοντας τον ανάλογο όγκο. Αντίθετα, σε συνθήκες χαμηλών ποτάμιων παροχών το πλούμιο περιορίζεται στη περιοχή του στομίου και είναι αδύναμο. Η περιεκτικότητα, οι συγκεντρώσεις και η στοιχειομετρία των θρεπτικών συστατικών στο πλούμιο εξαρτώνται από τα φορτία των στοιχείων που εξέρχονται από τον Π. Νέστο. Λέξεις κλειδιά: ποτάμιες απορροές, στοιχειομετρία, Θρακικό Πέλαγος, θρεπτικά άλατα QUALITATIVE AND QUANTITATIVE CHARACTERISTICS OF NESTOS RIVER PLUME Kamidis Ν. 1,2, Sylaios G. 2, Tsihrintzis V.A. 2 1 Fisheries Research Institute, Nea Peramos, Kavala, fri@otenet.gr 2 Laboratory of Ecological Engineering and Technology, Environmental Engineering Department, Democritus University of Thrace, Xanthi, www.env.duth.gr/eet Abstract The purpose of this work is to study the Nestos River plume and its impact in the coastal zone and in Kavala Gulf under different discharge conditions. The results showed that under flood conditions the plume is able to enter inside Kavala Gulf, covering a large surface area and having the appropriate volume. Conversely, under low discharge the plume is restricted close to the mouth and it is considered weak. The content, the concentration and the stoichiometry of plume s nutrient elements are depended on the loads outflowing from Nestos mouth. Keywords: river discharges, stoichiometry, Thracian Sea, nutrients 1. Εισαγωγή Τα ποτάμια πλούμια είναι υδρολογικά χαρακτηριστικά μέσης κλίμακας και αποτελούν την συνέχεια των ποτάμιων υδάτων στον ωκεανό. Είναι ικανά κάτω από ορισμένες συνθήκες να μεταφέρουν το ίχνος και τα χαρακτηριστικά των ποτάμιων υδάτων σε μεγάλες αποστάσεις από το στόμιο του ποταμού (Rabalais et al., 2000). Η σημασία τους είναι τεράστια για το παράκτιο περιβάλλον αφού όπως έχει αποδειχθεί επηρεάζουν την παράκτια κυκλοφορία και δίνουν ώθηση στην πρωτογενή παραγωγή με την εισαγωγή θρεπτικών αλάτων. Ο Ποταμός Νέστος πηγάζει από τα Όρη Rila και Pirin που βρίσκονται στο βορειοδυτικό και στο δυτικό τμήμα της Βουλγαρίας, αντίστοιχα. Η συνολική λεκάνη απορροής εκτιμάται σε 6.218 km 2, (Σκουληκάρης 2008), ενώ το συνολικό μήκος του ποταμού ανέρχεται σε 234 km, από τα οποία τα 130 km διαρρέουν το ελληνικό έδαφος (Petalas et al., 2005). Στις κύριες ανθρωπογενείς παρεμβάσεις επί της κοίτης του ποταμού συγκαταλέγονται η κατασκευή δύο υδροηλεκτρικών φραγμάτων (Θησαυρός και Πλατανόβρυση), οι μη-σημειακές πηγές ρύπανσης από την γεωργική δραστηριότητα στο Δέλτα και η διάθεση λυμάτων από αστικές και κτηνοτροφικές δραστηριότητες. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του πλουμίου που 1
δημιουργείται από την έξοδο των υδάτων του Ποταμού Νέστου στη ευρύτερη παράκτια ζώνη και η εκτίμηση των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών του. 2. Υλικά και Μέθοδοι Η εκτίμηση των απορροών των γλυκών υδάτων και των φορτίων των θρεπτικών στοιχείων (DIN, DIP, DSi) που καταλήγουν μηνιαίως στη παράκτια ζώνη πραγματοποιήθηκε με την διεξαγωγή 6 δειγματοληψιών (από δύο δειγματοληψίες τους μήνες Μάιο 2006 και Φεβρουάριο, Μάιο 2007) σε ένα δίκτυο τεσσάρων σταθμών οι οποίοι απεικονίζονται στην Εικ. 1. Η μέτρηση της παροχής πραγματοποιήθηκε μέσω της μέτρησης της στάθμης από έναν τηλεμετρικό σταθμό ο οποίος τοποθετήθηκε 18 km ανάντι του στομίου (Χρυσούπολη). Οι μετρήσεις ήταν ωριαίες, ενώ η συσχέτιση των μετρήσεων στάθμης με την συνολική παροχή του ποταμού στο συγκεκριμένο σημείο διενεργήθηκε με την διεξαγωγή επιπλέον 13 δειγματοληψιών, στις οποίες η παροχή μετρήθηκε χρησιμοποιώντας ρευματογράφο τύπου Aandera RCM9 MkII. Για την εξακρίβωση των χαρακτηριστικών του πλουμίου διενεργήθηκαν συνολικά τρεις δειγματοληψίες ( 2006, Φεβρουάριος και 2007). Οι φυσικές παράμετροι των υδάτων (αλατότητα, θερμοκρασία, πυκνότητα) μετρήθηκαν σε ένα δίκτυο 24 σταθμών οι οποίοι απεικονίζονται στην Εικ. 1 και καλύπτουν τόσο την παράκτια ζώνη των εκβολών, όσο το Στενό της Θάσου και τον Κόλπο Καβάλας. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε όλη τη στήλη του νερού με τη χρήση θερμοαλατόμετρου (CTD). Εικ. 1: Διάταξη των σταθμών δειγματοληψίας στον Ποταμό Νέστου και στη παράκτια ζώνη. Στην εικόνα διακρίνεται και η θέση του τηλεμετρικού σταθμού. Σε όλους τους σταθμούς (ποτάμιους και παράκτιους) ελήφθησαν δείγματα νερού για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων πέντε θρεπτικών αλάτων (νιτρικά, νιτρώδη, αμμωνιακά, φωσφορικά και πυριτικά άλατα). Ο προσδιορισμός όλων των θρεπτικών αλάτων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της φασματοφωτομετρίας μοριακής απορρόφησης. Για τις μετρήσεις χρησιμοποιήθηκε φασματοφωτόμετρο μοντέλου U-2001/UV VISIBLE της HITACHI. Ο προσδιορισμός των θρεπτικών αλάτων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο Parsons et al. (1984). 3. Αποτελέσματα 3.1 ΠΟΤΑΜΟΣ ΝΕΣΤΟΣ Η μέση μηνιαία παροχή του Νέστου τον Μάιο 2006 μετρήθηκε σε πολύ υψηλά επίπεδα (80,5 m 3 /s), ενώ τον Φεβρουάριο 2007 η παροχή ήταν πολύ χαμηλότερη από τα φυσιολογικά επίπεδα 2
της εποχής (μόλις 10,4 m 3 /s). Χαμηλή επίσης μπορεί να χαρακτηριστεί η παροχή που προσδιορίστηκε τον Μάιο 2007 (18,1 m 3 /s). Τα αποτελέσματα όλων των μετρήσεων και για τις τρεις δειγματοληψίες παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Οι συγκεντρώσεις των νιτρικών και πυριτικών αλάτων παρέμειναν σχετικά σταθερές, ενώ οι μέγιστες συγκεντρώσεις των αμμωνιακών και νιτρωδών βρέθηκαν τον Μάιο 2007. Τα φωσφορικά άλατα σημείωσαν την υψηλότερη τους συγκέντρωση τον Μάιο 2006. Ο δυνητικός περιορισμός των θρεπτικών στοιχείων στα ύδατα του ποταμού εξετάστηκε εφαρμόζοντας τους στοιχειομετρικούς λόγους Si/N, Si/P και N/P. Σύμφωνα με τον Redfield (Redfield et al., 1963), ο λόγος των συγκεντρώσεων που χαρακτηρίζει ένα υγιές οικοσύστημα ισούται με Si/N/P = 16/16/1. Οποιαδήποτε απόκλιση του παραπάνω λόγου σηματοδοτεί τον δυνητικό περιορισμό ενός στοιχείου για τη διαδικασία της πρωτογενούς παραγωγής. Το πυρίτιο βρίσκεται πάντα σε περίσσεια σε όλες τις εξεταζόμενες περιόδους διότι οι λόγοι Si/N και Si/P κυμάνθηκαν άνω της μονάδας και του 16, αντίστοιχα. Τον Μάιο 2006 το στοιχείο σε έλλειψη είναι το άζωτο (Ν/Ρ= 7,1), γεγονός που οφείλεται στις υψηλές συγκεντρώσεις του φωσφόρου (4,3 μmol/l). Αντίθετα τον Φεβρουάριο και τον Μάιο 2007 το στοιχείο υπό περιορισμό είναι ο φώσφορος (Ν/Ρ: 17,1 και 22,1 αντίστοιχα). Η αύξηση του λόγου Ν/Ρ τον Μάιο 2007 οφείλεται στην αύξηση του αζώτου με τη μορφή αμμωνιακών αλάτων. Οι μηνιαίες απορροές των γλυκών υδάτων είναι αντίστοιχες των παροχών. Όμοια, τα φορτία των θρεπτικών αλάτων που καταλήγουν στη παράκτια ζώνη εξαρτώνται περισσότερο από τις παροχές και λιγότερο από τις συγκεντρώσεις των θρεπτικών στοιχείων στα ύδατα του ποταμού. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, ο 2006 ξεχωρίζει εξαιτίας των πολύ υψηλών φορτίων για όλα τα στοιχεία. 3.2 ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΜΑΖΩΝ Η αναγνώριση των υδάτινων μαζών που κινούνται στην περιοχή επιτεύχθηκε με την σχεδίαση διαγραμμάτων θερμοκρασίας αλατότητας (Τ-S), οι τιμές των οποίων προέκυψαν από τις μετρήσεις του θερμοαλατόμετρου (Εικ. 2). Έτσι, καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός των ανώτατων και κατώτατων ορίων της θερμοκρασίας, αλατότητας και πυκνότητας που χαρακτηρίζει κάθε σώμα. Σε όλες τις δειγματοληψίες αναγνωρίστηκαν τα ύδατα του πλουμίου (PW) και της Μαύρης Θάλασσας (BSW). Τα ύδατα της Λεβαντίνης (LIW) ανιχνεύτηκαν μόνο κατά τον Φεβρουάριο 2007 σε βάθος κάτω των 46 μέτρων. Τα ανώτατα όρια της αλατότητας που χαρακτηρίζουν το πλούμιο (αλατότητα αναφοράς: S o ), όπως προέκυψαν από τα διαγράμματα T-S για τον Μάιο 2006, τον Φεβρουάριο 2007 και τον Μάιο 2007 υπολογίστηκαν σε 34, 36,1 και 34 psu, αντίστοιχα. 3.3 ΠΛΟΥΜΙΟ Οι επιφανειακές κατανομές της αλατότητας παρουσιάζονται στην Εικ. 3. Τον Μάιο του 2006 το πλούμιο κάτω από συνθήκες υψηλών παροχών καλύπτει ολόκληρο το επιφανειακό στρώμα της περιοχής μελέτης (< 34 psu) και εισέρχεται στον Κόλπο της Καβάλας έχοντας την μορφή σφήνας. Η δυτική εξάπλωση του πλουμίου οφείλεται στην επίδραση του ανέμου, η οποία ωθεί το πλούμιο δυτικά μέσω της μεταφοράς Ekman (Kamidis et al., 2011). Αντίθετα, τον Φεβρουάριο και τον Μάιο του 2007 το πλούμιο περιορίζεται κοντά στο στόμιο. Σε ότι αφορά τα νιτρικά άλατα (Εικ. 3), οι υψηλότερες συγκεντρώσεις ανιχνεύτηκαν όπως ήταν φυσικό κοντά στην εκβολή ( 2006: 18,9 μmol/l, Φεβρουάριος 2007: 1,4 μmol/l, 2007: 15,4 μmol/l). Τον Φεβρουάριο εξαιτίας της πολύ μικρής παροχής και κατ επέκταση των φορτίων αζώτου οι συγκεντρώσεις των νιτρικών αλάτων στη παράκτια ζώνη βρέθηκαν σε πολύ χαμηλά επίπεδα (0,1 1,4 μmol/l). 3
Επίσης στην περίπτωση του Μαΐου 2007 εντοπίστηκε μία δεύτερη πηγή νιτρικών στην αστική περιοχή του Κόλπου Καβάλας (βορειοδυτική ακτογραμμή). Όμοιες επιφανειακές κατανομές προέκυψαν για τα φωσφορικά (Εικ. 4) και τα πυριτικά άλατα. Σε ότι αφορά τα φωσφορικά, τον Μάιο του 2006 τα υψηλά φορτία από τον Νέστο είχαν σαν αποτέλεσμα της αύξηση των συγκεντρώσεων από το στόμιο έως και το στενό της Θάσου (0,8 4,1 μmol/l). Μόνο εντός του Κόλπου Καβάλας οι συγκεντρώσεις σταθεροποιούνται σε 0,4 μmol/l. Τον Φεβρουάριο του 2007 τα φωσφορικά άλατα παρουσιάζονται εξαντλημένα εξαιτίας των χαμηλών φορτίων. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις μετρήθηκαν σε 0,6 μmol/l εντός του πλουμίου (δυτικά του στομίου), ενώ μία άλλη πηγή φωσφόρου εκτός από την ζώνη επίδρασης του ποταμού εμφανίζεται στα βορειοανατολικά (0,5 μmol/l). Τον Μάιο του 2007 η επίδραση του πλουμίου σε ότι αφορά τα φωσφορικά είναι περισσότερο ευδιάκριτη. Στο στόμιο οι συγκεντρώσεις μετρήθηκαν μεταξύ 0,7 και 2 μmol/l, όμως οι συγκεντρώσεις μειώνονται πολύ γρήγορα σε 0,3 μmol/l σε απόσταση 5 km από το στόμιο. Οι μετρήσεις των αμμωνιακών και των νιτρωδών αλάτων έδειξαν ότι ο Νέστος δεν αποτελεί πηγή για τα εν λόγω θρεπτικά άλατα. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις βρέθηκαν είτε στην αστική περιοχή του Κόλπου Καβάλας είτε στα βορειοανατολικά του στομίου όπου εκβάλει μία αρδευτική τάφρος. Πίνακας 1: Μέσες συγκεντρώσεις (τυπική απόκλιση σε παρένθεση) των θρεπτικών αλάτων στα ύδατα του Νέστου, για τις εξεταζόμενες περιόδους. Αναγράφονται επίσης οι μηνιαίες απορροές των γλυκών υδάτων και των φορτίων των θρεπτικών στοιχείων που καταλήγουν στη παράκτια ζώνη από τον Π. Νέστο. Συγκεντρώσεις 2006 Φεβρουάριος 2007 2007 Ν-ΝΟ 3 (μmol/l) 26,9 (0,7) 30,0 (1,8) 29,0 (2,1) Ν-ΝΟ 2 (μmol/l) 0,1 (0,1) 0,1 (0,0) 0,3 (0,2) Ν-ΝΗ 4 (μmol/l) 3,8 (2,6) 3,0 (2,3) 9,7 (2,0) P-PO 4 (μmol/l) 4,3 (0,3) 1,9 (0,1) 1,9 (0,5) SiO 2 (μmol/l) 205 (8) 162 (7,6) 221 (46) Μηνιαίες απορροέςφορτία 2006 Φεβρουάριος 2007 2007 Απορροή (x10 6 m 3 /mo) 208,6 (75,8) 27,0 (15,2) 46,8 (27,6) DIN (t/mo) 90,0 (25,7) 12,5 (4,1) 25,8 (11,4) DIP (t/mo) 28,1 (12,7) 1,6 (0,7) 2,7 (1,5) DSi (t/mo) 1199 (320) 122 (20,1) 290 (30,5) Η ποσοτικοποίηση του πλουμίου διενεργήθηκε με βάση τις αλατότητες αναφοράς (S o ) για κάθε δειγματοληψία, οι οποίες υπολογίστηκαν από τα διαγράμματα Τ-S. Γνωρίζοντας τις αλατότητες αναφοράς έγινε εφικτός ο προσδιορισμός του εύρους των συγκεντρώσεων των θρεπτικών αλάτων από τα οποία χαρακτηρίζεται το πλούμιο. Με αντίστοιχο τρόπο προσδιορίζονται και τα εύρη όλων των παραμέτρων που χαρακτηρίζουν το θαλασσινό νερό. Οι μέσες τιμές των παραμέτρων αυτών από τις οποίες χαρακτηρίζονται τόσο τα ύδατα του πλουμίου όσο και του θαλασσινού νερού παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Είναι φανερό ότι για όλες τις εξεταζόμενες περιόδους και ανεξάρτητα από το μέγεθος της απορροής του Νέστου, υπήρξε σαφής διαφοροποίηση των περισσότερων χαρακτηριστικών του πλουμίου σε σύγκριση με τα ύδατα που βρίσκονται εκτός της επίδρασης του. Οι διαφορές των χαρακτηριστικών μεταξύ των δύο υδάτινων σωμάτων μεταβάλλονται ανάλογα με την παροχή, ενώ οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών αλάτων τείνουν να 4
εξισωθούν σε συνθήκες χαμηλών ποτάμιων απορροών (Φεβρουάριος 2007). Ένα ακόμα χαρακτηριστικό στη σύγκριση μεταξύ των 2 υδάτινων σωμάτων, είναι η έλλειψη ενός συγκεκριμένου προτύπου συμπεριφοράς σε ότι αφορά τις συγκεντρώσεις των αμμωνιακών και των νιτρωδών αλάτων. Στις περισσότερες των περιπτώσεων φαίνεται ότι οι συγκεντρώσεις των 2 αυτών θρεπτικών είναι υψηλότερες στα θαλασσινά ύδατα παρά στα ύδατα του πλουμίου. Το φαινόμενο αυτό ισχύει ακόμα και για τις συνθήκες υψηλών παροχών ( 2006). (α) (β) (γ) Εικ. 2: Διαγράμματα θερμοκρασίας αλατότητας (Τ-S) για τους μήνες: (α) Μάιο 2006, (β) Φεβρουάριο 2006 και Μάιο 2007. Η ποσοτικοποίηση του πλουμίου του Νέστου περιλαμβάνει επίσης και την εκτίμηση του όγκου του πλουμίου καθώς και της επιφανειακής έκτασης που αυτό καταλαμβάνει για όλες τις εξεταζόμενες περιόδους. Για την εκτίμηση του όγκου και της επιφάνειας του πλουμίου είναι για μία ακόμη φορά απαραίτητη η χρήση της αλατότητας αναφοράς (S o ). Ο όγκος του πλουμίου υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας την εξίσωση (Sylaios et al., 2006): V f m n = x= 1 z= 0. 2 ( So S) A z S o 5
όπου V f ο όγκος του αρχικού πλουμίου (του όγκου δηλαδή νερού μηδενικής αλατότητας που προστιθέμενο σε νερό αλατότητας αναφοράς θα δώσει την παρατηρούμενη κατανομή), m ο συνολικός αριθμός των κελιών που αντιπροσωπεύουν τον αριθμό των σταθμών για κάθε δειγματοληψία, n ο αριθμός των στρωμάτων που αποτελούν την υδάτινη στήλη για κάθε σταθμό, S o η αλατότητα αναφοράς για κάθε δειγματοληψία, S η αλατότητα σε όλα τα στρώματα της υδάτινης στήλης (n) από την επιφάνεια έως και τον πυθμένα, ΔΑ η επιφανειακή έκταση για κάθε κελί (m), και Δz το βάθος του κάθε στρώματος από την επιφάνεια (z= 0,2), έως και τον πυθμένα (z= n). W: 2,1 m/s W: 2,1 m/s (α) (α) W:1,9 m/s W:1,9 m/s (β) (β) W:1,5 m/s W:1,5 m/s (γ) (γ) Εικ. 3: Επιφανειακές κατανομές της αλατότητας (αριστερή στήλη) και των συγκεντρώσεων των νιτρικών αλάτων (δεξιά στήλη) για τους μήνες: (α) 2006, (β) Φεβρουάριος 2007 και (γ) 2007. Στις εικόνες απεικονίζονται επίσης η ένταση και η διεύθυνση του ανέμου. Από το βάθος αυτό και έως τον πυθμένα του κάθε σταθμού το Δz ορίστηκε σε 0,5 m. Οι τιμές της αλατότητας προήλθαν από τις μετρήσεις του θερμοαλατόμετρου. Η επιφάνεια που καταλαμβάνει το πλούμιο (Α f ) προέκυψε από την πρόσθεση των επιφανειών ΔΑ των κελιών για τις οποίες ισχύει η συνθήκη S o > S. Η έκταση που αντιπροσωπεύει κάθε σταθμός ορίστηκε από 4 km 2 για τους σταθμούς που βρίσκονται κοντά στο στόμιο έως και 25 km 2 για τους σταθμούς που βρίσκονται στον Κόλπο Καβάλας. Οι παράμετροι V f και A f που υπολογίστηκαν με βάση τις μετρήσεις του πεδίου, εκφράζουν τον όγκο και την επιφάνεια που καταλαμβάνει το πλούμιο κατά την ημέρα τη δειγματοληψίας (Πίνακας 3). 6
Οι υπολογισμοί της επιφανειακής έκτασης και του όγκου του πλουμίου με την παραπάνω μέθοδο, χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό με την συγκέντρωση των θρεπτικών αλάτων που μετρήθηκαν σε όλους τους σταθμούς, έχοντας σκοπό τον προσδιορισμό της μάζας του διαλυμένου ανόργανου αζώτου (DIN), φωσφόρου (DIP) και πυριτίου (DSi), στο επιφανειακό στρώμα των σταθμών στους οποίους ανιχνεύτηκε το πλούμιο. Η μάζα των θρεπτικών συστατικών προκύπτει από την εξίσωση: nutrient m M = V x= 1 surface nutrient όπου Μ nutrient η μάζα του διαλυμένου ανόργανου αζώτου, φωσφόρου ή πυριτίου, m ο αριθμός των σταθμών για τους οποίους ισχύει η συνθήκη S o > S, V surface ο όγκος του νερού στο επιφανειακό στρώμα (0,2 m) των σταθμών για τους οποίους ισχύει η συνθήκη S o > S και C nutrient η συγκέντρωση των θρεπτικών συστατικών στους εν λόγω σταθμούς. Το DIN προκύπτει από το άθροισμα των συγκεντρώσεων των τριών αζωτούχων θρεπτικών αλάτων (Ν-ΝΟ 3 + Ν-ΝΟ 2 + Ν- ΝΗ 4 ). Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 5.3. C (α) (β) (γ) Εικ. 4: Επιφανειακή κατανομή των συγκεντρώσεων των φωσφορικών αλάτων για τους μήνες: (α) Μαίος 2006, (β) Φεβρουάριος 2007 και (γ) 2007. Η μεγαλύτερη επιφανειακή έκταση που κατέλαβε το πλούμιο, καθώς και ο μέγιστος όγκος του πλουμίου υπολογίστηκε τον Μάιο 2006. Όπως είναι φυσικό, η επίδραση του πλουμίου στα επιφανειακά ύδατα της περιοχής μελέτης είναι ανάλογη με την παροχή του Ποταμού Νέστου. Σε αυτό το μήνα τα ύδατα του πλουμίου ανιχνεύτηκαν σε όλους τους σταθμούς, ενώ παρατηρήθηκαν ίχνη του έως και τα 6 m βάθος στην περιοχή του στομίου. Μεγάλες ποσότητες θρεπτικών στοιχείων βρέθηκαν επίσης στα επιφανειακά ύδατα κατά την περίοδο των υψηλών απορροών. Αξιοσημείωτη είναι η συνεισφορά του Νέστου σε πυρίτιο σε όλες τις δειγματοληπτικές περιόδους, το οποίο μετρήθηκε σε πολύ υψηλότερες ποσότητες εντός του πλουμίου σε σχέση με το άζωτο και τον φώσφορο (έως και 32,5t). Η ποσοτικοποίηση του πλουμίου για το έτος 2007, φανέρωσε Q 7 = 21,4 m 3 /s μικρότερη επίδραση των υδάτων του στη παράκτια ζώνη, έχοντας μικρότερη εξάπλωση, όγκο και ποσότητες θρεπτικών συστατικών σε σχέση με τον Μάιο του 2006. 7
Πίνακας 2: Μέσες τιμές (και τυπική απόκλιση σε παρένθεση) των παραμέτρων από τις οποίες χαρακτηρίζονται τα ύδατα του πλουμίου και του θαλασσινού νερού για όλες τις εξεταζόμενες περιόδους. Παράμετροι (2006) Φεβρουάριος (2007) (2007) Πλούμιο Θερμοκρασία ( ο C) 20,1 (1,5) 11,5 (0,1) 20,2 (0,3) Αλατότητα (psu) 31,8 (1,9) 35,9 (0,2) 32,7 (4,9) Πυκνότητα (kg/m 3 ) 22,3 (1,6) 27,4 (0,1) 23,2 (3,7) N-NO 3 (μmol/l) 1,5 (3,8) 1,1 (0,5) 5,2 (7,0) N-NO 2 (μmol/l) 0,09 (0,02) 0,02 (0,0) 0,03 (0,01) N-NH 4 (μmol/l) 0,8 (0,6) 0,3 (0,2) 1,8 (0,9) P-PO 4 (μmol/l) 0,8 (0,8) 0,5 (0,1) 1,2 (0,8) SiO 2 (μmol/l) 15,8 (31,1) 8,1 (3,5) 50,0 (40,0) Παράμετροι Θάλασσα (2006) Φεβρουάριος (2007) (2007) Θερμοκρασία ( ο C) 14,8 (1,4) 12,3 (0,5) 18,0 (2,3) Αλατότητα (psu) 36,3 (1,2) 37,1 (0,4) 36,2 (1,0) Πυκνότητα (kg/m 3 ) 27,1 (1,2) 28,3 (0,3) 26,3 (1,4) N-NO 3 (μmol/l) 0,5 (0,1) 0,6 (0,3) 1,2 (0,7) N-NO 2 (μmol/l) 0,09 (0,01) 0,02 (0,01) 0,04 (0,03) N-NH 4 (μmol/l) 1,0 (1,4) 0,6 (1,0) 2,0 (1,4) P-PO 4 (μmol/l) 0,5 (0,1) 0,3 (0,3) 0,3 (0,2) SiO 2 (μmol/l) 6,3 (1,6) 4,2 (1,7) 2,8 (2,5) Πίνακας 3: Ποσοτικοποίηση του όγκου του πλουμίου και υπολογισμός της μάζας των θρεπτικών συστατικών στο επιφανειακό στρώμα, που διενεργήθηκε με βάση την αλατότητα αναφοράς (S o) για όλες της εξεταζόμενες περιόδους. Μήνες A f (km 2 ) V f ( 10 6 m 3 ) M DIN (t) M DIP (t) M DISi (t) 2006 532,8 169,3 2,6 2,1 32,5 Φεβρουάριος 2007 24,2 0,4 0,1 0,07 1,0 2007 25,2 1,0 0,4 0,2 5,8 3.5 ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ ΕΝΤΟΣ ΤΟΥ ΠΛΟΥΜΙΟΥ Η εξέταση της στοιχειομετρίας των DIN, DIP και DSi στην παράκτια ζώνη πραγματοποιήθηκε προβάλλοντας τους λόγους των εν λόγω θρεπτικών συστατικών από όλες τις δειγματοληψίες σε διαγράμματα, ακολουθώντας την μεθοδολογία των Rocha et al. (2002). Τα διαγράμματα χρησιμοποιούν τον λόγο Ν:Si στον άξονα x και τον λόγο Ν:Ρ στον άξονα y σε λογαριθμική κλίμακα και χωρίζονται σε έξι περιοχές ακολουθώντας τον νόμο Redfield (Si:N:P= 16:16:1). Η κάθε περιοχή υποδηλώνει την προτεραιότητα που έχει ένα συστατικό σε ότι αφορά τον περιορισμό του (απεικονίζεται στο υπόμνημα). Η γραμμή που αντιπροσωπεύει τον λόγο Si:P= 16 8
ορίζεται από δύο σημεία: το πρώτο είναι το σημείο Si:N= 0,1 και Ν:Ρ= 160 έτσι ώστε να ισχύει: Si:N Ν:Ρ = 0,1 160=> Si:P= 16 και το δεύτερο το σημείο Si:N= 1, N:P= 16 όπου και πάλι προκύπτει Si:P= 16. Οπότε το διάγραμμα απεικονίζει στην ουσία και τους τρεις λόγους και τοποθετεί τα σημεία δειγματοληψίας σε μία από τις έξι περιοχές ανάλογα με τις μετρήσεις των συγκεντρώσεων. Επιπλέον, για την απλοποίηση του οπτικού αποτελέσματος, η περιοχή μελέτης χωρίστηκε σε 5 περιοχές αν εξαιρέσουμε το σημείο που αντιστοιχεί στα ύδατα του Νέστου: στόμιο, ανατολικά και νότια στομίου, στενό Θάσου και Κόλπος Καβάλας. Ο κάθε σταθμός δειγματοληψίας ανήκει σε μία μόνο περιοχή. Η εφαρμογή αυτής της μεθοδολογίας στην περιοχή μελέτης και τα αποτελέσματα που προέκυψαν για όλες τις δειγματοληψίες παρουσιάζεται στην Εικ. 5. Τον Μάιο του 2006, τα ύδατα του Νέστου εξήλθαν του στομίου έχοντας ξεκάθαρο περιορισμό αζώτου (Κεφάλαιο 3.1). Αυτό είναι απολύτως λογικό εάν λάβουμε υπόψη τα αυξημένα φορτία του φωσφόρου (Πίνακας 1). Εξαιτίας της υψηλής παροχής αυτά τα χαρακτηριστικά διατηρούνται σε ολόκληρη τη περιοχή μελέτης. Το άζωτο παρέμεινε το υποψήφιο στοιχείο για περιορισμό και η μοναδική μεταβολή που διαπιστώθηκε είναι η εναλλαγή του πυριτίου - φωσφόρου ως δεύτερο υποψήφιο στοιχείο προς περιορισμό. Τον Φεβρουάριο το στοιχείο σε περιορισμό στα ύδατα του Νέστου είναι οριακά ο φώσφορος (Πίνακας 1). Η κατάσταση μεταβάλλεται σε ολόκληρη σχεδόν την περιοχή μελέτης καθιστώντας το άζωτο ως το ελλειμματικό στοιχείο σε όλο το επιφανειακό στρώμα. Όπως ειπώθηκε και στο κεφάλαιο 3.3 το πλούμιο καταλαμβάνει πολύ μικρή έκταση και είναι και η επίδραση του στην ζώνη των εκβολών από μικρή έως αμελητέα. Έτσι τα χαρακτηριστικά των ποτάμιων υδάτων αλλοιώνονται απευθείας με την έξοδο τους από το στόμιο. Τον Μάιο του 2007 ο λόγος N:P στο ύδατα του Νέστου υπολογίστηκε σε 22,1. Στην περιοχή του στομίου όμως είναι εμφανές ότι το άζωτο περιορίζεται σημαντικά, ενώ το ίδιο ίσχυσε νότια και ανατολικά του στομίου και στο στενό της Θάσου. Στον Κόλπο Καβάλας η στοιχειομετρία μεταβάλλεται σε βάρος του πυριτίου και του φωσφόρου. Ο λόγος είναι η εισαγωγή αζώτου υπό μορφή νιτρικών και αμμωνιακών αλάτων στην αστική περιοχή της Καβάλας. Και σε αυτή τη περίπτωση το πλούμιο είναι αδύναμο να μεταφέρει το ίχνος των ποτάμιων υδάτων μακριά από το στόμιο. 4. Συμπεράσματα Τα ύδατα του Ποταμού Νέστου αποτελούν σημαντική πηγή θρεπτικών αλάτων σε μία περιοχή που χαρακτηρίζεται ως ένα από τα μεγαλύτερα αλιευτικά πεδία της Ελλάδας. Οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών αλάτων στα ύδατα του ποταμού κυμαίνονται σε χαμηλά επίπεδα γεγονός που υποδηλώνει την καλή τους ποιότητα, παρόλο τις γεωργικές μη-σημειακές απορροές που δέχεται ο ποταμός στη περιοχή του Δέλτα. Τα φορτία των θρεπτικών στοιχείων που καταλήγουν στη παράκτια ζώνη εξαρτώνται περισσότερο από την ποτάμια παροχή και λιγότερο από τις συγκεντρώσεις. Ο προσδιορισμός των στοιχειομετρικών λόγων στα ύδατα του ποταμού έδειξε ότι το στοιχείο που είναι υπό περιορισμό εναλλάσσεται μεταξύ του αζώτου και φωσφόρου. Σε κάθε περίπτωση όμως η μεταβολή του λόγου N/Ρ είναι περισσότερο ευαίσθητη στις μεταβολές των συγκεντρώσεων του φωσφόρου. Το πυρίτιο βρίσκεται πάντα σε πλεόνασμα, πράγμα το οποίο είναι ενθαρρυντικό για τον Νέστο. Σύμφωνα με πολλές μελέτες που σχετίζονται με τα ποτάμια ύδατα, το φαινόμενο του ευτροφισμού ενισχύεται όχι μόνο από την αθρόα εισαγωγή αζώτου και φωσφόρου, αλλά και από την έλλειψη πυριτίου σε σχέση με αυτά τα θρεπτικά συστατικά. Το πλούμιο που σχηματίζεται από τα ύδατα του Νέστου καταλαμβάνει μεγάλη επιφανειακή έκταση σε συνθήκες υψηλής παροχής. Αντίθετα οι χαμηλές ποτάμιες απορροές έχουν σαν 9
αποτέλεσμα τον σχηματισμό ενός αδύναμου πλουμίου το οποίο περιορίζεται στη περιοχή του στομίου. Η περιεκτικότητα των θρεπτικών στοιχείων στο πλούμιο είναι ανάλογη με το μέγεθος των φορτίων που εξέρχονται του Νέστου. Τα χαρακτηριστικά των γλυκών υδάτων διατηρήθηκαν αναλλοίωτα ακόμα και εντός του Κόλπου Καβάλας κάτω από πλημμυρικές συνθήκες. Αντίθετα, πολύ χαμηλές παροχές έχουν σαν αποτέλεσμα την αλλοίωση των χαρακτηριστικών ακόμα και στη περιοχή του στομίου. Σε αυτή τη περίπτωση η στοιχειομετρία των θρεπτικών συστατικών στον Κόλπο Καβάλας και στο Στενό της Θάσου εξαρτάται περισσότερο από τοπικές προσθήκες παρά από τα ύδατα του Νέστου. N:P 1000 100 10 P,Si,N Si,P,N Si:N=1 P,N,Si Νέστος Στόμιο Ανατολικά Στομίου Νότια Στομίου Στενό Θάσου Κόλπος Καβάλας N:P=16 N,P,Si 1000 100 10 N:P 1 Si,N,P N,Si,P (α) Si:P=16 0.1 0.1 1 10 100 1000 100 10 1 0.1 0.1 1 10 100 1000 100 10 (β) 1 (γ) 0.1 0.1 0.1 1 10 100 0.1 1 10 100 Si:N Si:N Εικ. 5: Δυνητικός περιορισμός των θρεπτικών στοιχείων στο επιφανειακό στρώμα της παράκτιας ζώνης ανά περιοχή: (α) υπόμνημα: (β) 2006, (γ) Φεβρουάριος (2006) και (δ) 2007. 5. Βιβλιογραφικές αναφορές Kamidis, N., Sylaios, G. & Tsihrintzis, V.A., 2011. Modeling the Nestos River plume dynamics using ELCOM. Desalination and Water Treatment, 33: 22-35. Parsons, T.R., Maita, Y., Lalli, C.M., 1984. A manual of chemical and biological methods for seawater analysis. Oxford, Pergamon Press, 45 pp. Petalas, C., Pliakas, F., Diamantis, I. & Kallioras, A., 2005. Development of an integrated conceptual model for the rational management of the transboundary Nestos River, Greece. Environmental Geology, 48: 941-954. Rabalais, N.N., Turner, R.E., Dubravko, J., Dortch, Q., Wiseman Jr., W.J. & Sen Gupta, B.K., 2000. Gulf of Mexico biological system responses to nutrient changes in the Mississippi River. p. 241-268 In: Estuarine Science: A Synthetic Approach to Research and Practice, Hobbie, J.E. (Ed.), Island Press, Washington DC. Redfield, A.C., Ketchum, B.H. & Richards, F.A., 1963. The influence of organism on the composition of seawater. In the Sea, 2: 26-77. Rocha, C., Galvão, H & Barbosa, A., 2002. Role of transient silicon limitation in the development of cyanobacteria blooms in the Guadiana estuary, south-western Iberia. Marine Ecology Progress Series, 228: 35-45. Σκουληκάρης Χ.Χ., 2008. Μαθηματική προσομοίωση για την βιώσιμη διαχείριση έργων υδατικών πόρων σε κλίμακα λεκάνης απορροής: Η περίπτωση του Ποταμού Νέστου. Διδακτορική Διατριβή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Τομέας Υδραυλικής και Τεχνικής Περιβάλλοντος. Θεσσαλονίκη, 2008, pp. 333. 1 (δ) 10
Sylaios, G., Koutrakis, E. & Kallianiotis, A., 2006. Hydrographic variability, nutrient distribution and water mass dynamics in Strymonikos Gulf (Northern Greece). Continental Shelf Research, 26 (2): 217-235. 11