Περιβαλλοντική υδρογεωλογική μελέτη της λεκάνης του Λούρου ποταμού

• Κύριος συγγραφέας: Κατσάνου, Κωνσταντίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Λαμπράκης, Νικόλαος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Καρστ; Υδρολογία; Μοντέλα; Χρονοσειρές; Γεωστατιστική; Υδροχημεία; Ιχνοστοιχεία; Σταθερά Ισότοπα; Σπάνιες γαίες; Karst; Hydrology; Models; Timeseries; Geostatistics; Hydrochemistry; Trace elements; Stable Isotopes; REE; 551.4

Η παρούσα έρευνα έχει ως στόχο την περιγραφή και το χαρακτηρισμό του καρστ της Ιονίου ζώνης, ως προς το βαθμό καρστικοποίησης των ανθρακικών σχηματισμών και την ανάπτυξη υδροφόρων οριζόντων καθώς και την διερεύνηση των ιδιοτήτων του, όπως της ομοιογένειας, της αποθηκευτικότητας και του συντελεστή κατείσδυσης. Προς τούτου έγινε η υδρογεωλογική διερεύνηση της ορεινής λεκάνης του Λούρου και ο υπολογισμός των παραμέτρων του υδρολογικού ισοζυγίου. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι ημερήσιες μετρήσεις των παροχών του ποταμού στη θέση Παντάνασσα για τα έτη 1956-1967, οι σποραδικές μετρήσεις της παροχής 15 πηγών για τα έτη 1979-1989, τα ημερήσια μετεωρολογικά δεδομένα 18 σταθμών και οι μετρήσεις στάθμης 38 σημείων για 18 διαφορετικές περιόδους (2008-2010). Πραγματοποιήθηκαν επίσης οι χημικές αναλύσεις κυρίων στοιχείων και ιχνοστοιχείων σε 285 δείγματα υπόγειων και επιφανειακών νερών και 42 αντιπροσωπευτικών δειγμάτων πετρωμάτων που λήφθηκαν από τους διαφορετικούς σχηματισμούς της περιοχής, δεκατέσσερις ανά 20-ημερο δειγματοληψίες για τη μελέτη της διακύμανσης των χημικών παραμέτρων 11 πηγών καθώς και αναλύσεις σπανίων γαιών 116 δειγμάτων υπόγειων νερών. Ακόμη προσδιορίστηκαν η ισοτοπική σύσταση των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων των 129 δειγμάτων που λήφθηκαν από τα 5 συλλεκτικά βροχόμετρα, τα οποία τοποθετήθηκαν στην περιοχή, και των 331 δειγμάτων υπόγειων και επιφανειακών νερών. Έγιναν ακόμη μετρήσεις ραδονίου 21 δειγμάτων υπόγειων νερών και μικροβιολογικές αναλύσεις 46 δειγμάτων υπόγειων και επιφανειακών νερών. Οι ημερήσιες τιμές της επιφανειακής απορροής αλλά και οι σποραδικές τιμές της παροχής των πηγών αρχικά συμπληρώθηκαν με τη βοήθεια των κωδίκων προσομοίωσης SAC-SMA και MODKARST και έπειτα έγινε πρόβλεψη των ημερήσιων τιμών τους για τα έτη διεξαγωγής της έρευνας (2008-2010). Η ακρίβεια των προβλέψεων ελέγχθηκε τόσο με στατιστικές μεθόδους όσο και με μετρήσεις παροχής επιλεγμένων πηγών για το ίδιο διάστημα. Η λεκάνη του Λούρου τοποθετείται στα νότια της Ηπείρου και έχει συνολική έκταση 953 km2. Δομείται αποκλειστικά από σχηματισμούς της Ιονίου ζώνης. Την βάση της αποτελούν οι Τριαδικοί εβαπορίτες, που υπόκεινται μιας μεγάλου πάχους ακολουθίας ανθρακικών και κλαστικών πετρωμάτων, η οποία αποτέθηκε με συνεχή ιζηματογένεση από το τέλος του Τριαδικού μέχρι το Ανώτερο Ηώκαινο οπότε και ξεκίνησε η απόθεση του φλύσχη. Η τεκτονική της περιοχής χαρακτηρίζεται από πτυχώσεις, συστήματα οριζόντιας μετατόπισης και φαινόμενα διαπειρισμού. Η ορεινή υδρογεωλογική λεκάνη του ποταμού που βρίσκεται στα ανάντη της θέσης Παντάνασσα όπου υπήρχαν μετρήσεις της ημερήσιας παροχής έχει έκταση 400 km2. Ο υπόγειος υδροκρίτης της λεκάνης συμπίπτει με τον επιφανειακό όπως προκύπτει από την παρουσία του φλύσχη στα δυτικά της περιοχής, της ρηξιγενούς ζώνης Ζηρού-Ζάλογγου στα νότια, της χρήσης των φυσικών ισοτόπων και χαρτών κατανομής υδραυλικού φορτίου στα βόρεια και ανατολικά. Από την επεξεργασία των ημερήσιων μετεωρολογικών δεδομένων προέκυψε ότι ο πλέον υγρός μήνας του έτους είναι ο Δεκέμβριος και ο πλέον ξηρός ο Ιούλιος. Ο χειμώνας συγκεντρώνει το 40-45% και το Φθινόπωρο το 30% των ετήσιων υψών βροχής. Το μέσο ετήσιο ύψος βροχόπτωσης κυμαίνεται από 897,4 έως 2051,77 mm, ενώ από την εξίσωση της βροχοβαθμίδας προκύπτει μεταβολή 84 mm/100 m. Οι μέγιστες θερμοκρασίες (40οC) παρατηρούνται τον Αύγουστο, ενώ οι ελάχιστες τον Ιανουάριο. Από την εξίσωση της θερμοβαθμίδας προκύπτει μεταβολή 0,61οC/100 m. Ο μέγιστος αριθμός ωρών ηλιοφάνειας (377,8 ώρες) καταγράφηκε στο σταθμό Άρτα τον Ιούλιο, ενώ η υψηλότερη σχετική υγρασία (84,2%) από τον ίδιο σταθμό το Δεκέμβριο. Ο σταθμός Πρέβεζα καταγράφει τις υψηλότερες τιμές ταχύτητας ανέμου που είναι συγκρίσιμες με αυτές του σταθμού Ιωάννινα. Η πραγματική εξατμισοδιαπνοή της λεκάνης του Λούρου κυμαίνεται μεταξύ 27 και 39%. Για τα μετεωρολογικά δεδομένα του σταθμού Ιωάννινα, που είναι τα πλησιέστερα σε αυτά της λεκάνης του Λούρου, η τιμή της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής κατά Thornthwaite ανέρχεται σε 785,8 mm και προσεγγίζει αυτή των 722,032 mm ύψους βροχής που δίνει η σχέση Penman-Monteith για τη συνολική έκταση της λεκάνης του Λούρου. Η ολική απορροή, επιφανειακή και βασική, που υπολογίστηκε από τη χρήση του κώδικα SAC-SMA για την περίοδο 2008-2010 κυμαίνεται μεταξύ 61 και 73% επί των βροχοπτώσεων. Από την μελέτη της απορροής και την εφαρμογή του κώδικα προέκυψαν δύο ενδιαφέροντα στοιχεία που επιβεβαιώθηκαν και από άλλες επιμέρους μελέτες στοιχείων της διατριβής. Το πρώτο αναφέρεται στη μέγιστη ποσότητα βαρυτικού νερού που μπορεί να συγκεντρώνεται στην «αποθήκη» της βασικής ροής του καρστικού συστήματος το οποίο είναι πολύ υψηλό για το σύνολο της λεκάνης και φθάνει τα 1200 mm ύψους βροχής και το δεύτερο αναφέρεται στην ποσότητα νερού που διηθείται σε βαθύτερα στρώματα και φθάνει στο 0,098. Μέσω του κώδικα MODKARST πέραν από τη συμπλήρωση των χρονοσειρών των διαθέσιμων στοιχείων και την πρόβλεψη των ημερήσιων τιμών των παροχών για το διάστημα 2008-2010 υπολογίστηκαν επίσης δεδομένα, όπως η επιφάνεια τροφοδοσίας των πηγών, η χρονική υστέρηση των παροχών έναντι της βροχόπτωσης, ο συντελεστής αποθηκευτικότητας στο σύνολο της επιφάνειας απορροής της πηγής κ.ά. Από αυτά υπολογίστηκε ο συντελεστής κατείσδυσης για κάθε έτος και για καθεμία από τις 15 πηγές που για το σύνολο της ορεινής λεκάνης κυμαίνεται μεταξύ 38 και 50% της βροχόπτωσης. Προέκυψε ακόμη μια εκτίμηση της συνολικής επιφάνειας τροφοδοσίας των πηγών ίση με 395 km2 που σχεδόν συμπίπτει με την έκταση της ορεινής λεκάνης του Λούρου. Από τη μελέτη της απόλυτης στάθμης διαπιστώθηκε ότι στο μέσω ρου του Λούρου διαμορφώνεται ένας ενιαίος υδροφόρος ορίζοντας. Η ροή του υπόγειου νερού ακολουθεί κύρια διεύθυνση Β-Ν, που κατά θέσεις διαφοροποιείται σε μία ΒΑ-ΝΔ και μία ΒΔ-ΝΑ. Προέκυψε επίσης ότι η λίμνη του φράγματος στα νότια της περιοχής έχει άμεση υδραυλική σύνδεση με τον υδροφόρο και ένα ρυθμιστικό ρόλο στη διακύμανση της στάθμης του. Οι καμπύλες ίσου φορτίου παρουσιάζουν πύκνωση προς το νότιο τμήμα ως αποτέλεσμα της μείωσης της υδραυλικής αγωγιμότητας των ασβεστολίθων στη θέση Άγιος Γεώργιος. Η μειωμένη υδραυλική αγωγιμότητα στη θέση αυτή, θεωρείται ο λόγος εμφάνισης της ομώνυμης πηγής αν και όπως προέκυψε υπάρχει συνέχεια του υδροφόρου προς νότο και σύνδεσή του με την επιφάνεια της λίμνης του Ζηρού, τις στάθμες των γεωτρήσεων και των πηγών Πριάλας αλλά και νοτιότερα. Η υδραυλική κλίση στην ευρύτερη περιοχή είναι 4-16‰. Οι μεταβολές της απόλυτης στάθμης μεταξύ της ξηρής και της υγρής περιόδου κυμαίνονται μεταξύ 2 m στο νότιο και 15-20 m στο βόρειο τμήμα και μέση τιμή 9 m. Υπολογίστηκε επίσης το υδρολογικό ισοζύγιο της ορεινής λεκάνης του Λούρου για τα έτη 2008-2010, απ’ όπου προέκυψε ότι η βροχόπτωση κυμάνθηκε μεταξύ 5,67E+08 και 9,82E+08 m3, η απορροή στη θέση Παντάνασσα μεταξύ 3,47Ε+08 και 6,83Ε+08 m3 και η πραγματική εξατμισοδιαπνοή μεταξύ 29 και 39% επί της βροχόπτωσης. Η ολική απορροή, βασική και επιφανειακή, κυμάνθηκε μεταξύ 61 και 73%, ενώ η βασική ροή που αντιστοιχεί στην κατείσδυση μεταξύ 34 και 38% της βροχόπτωσης. Με δεδομένη μια μέση διαφορά στάθμης 9 m, μεταξύ ξηρής και υγρής περιόδου οι ποσότητες νερού που αντιστοιχούν στα ρυθμιστικά αποθέματα του υδροφόρου του μέσου ρου της λεκάνης του Λούρου ανέρχονται σε 2025Ε+07 m3. Η στατιστική επεξεργασία των παροχών των πηγών και η ανάλυση των καμπυλών υποχώρησης έδειξαν ότι στην λεκάνη του Λούρου διαμορφώνονται τρία επιμέρους επίπεδα με χαρακτηριστική καρστική διάβρωση τα οποία αντιστοιχούν στον άνω, μέσο και κάτω ρου του ποταμού. Στην περιοχή έρευνας αναπτύσσονται κύρια σύνθετες καρστικές ενότητες, ωστόσο υπάρχουν επίσης και απλές ανεξάρτητες ενότητες. Η απόδοση των αποθηκευμένων ποσοτήτων υπόγειων νερών μέσω των πηγών είναι άμεση αλλά με μεγάλη χρονική διάρκεια, υποδεικνύοντας την αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων νερού και ένα καλά ανεπτυγμένο σύστημα καρστικών αγωγών, το οποίο όμως δεν έχει φθάσει στην τελική του ανάπτυξη. Στο εσωτερικό κάθε ενότητας υπάρχει ομοιογένεια, ενώ καθεμία από αυτές διακρίνεται από τις άλλες από διαφορετικούς συντελεστές στείρευσης. Τα τρία αυτά επίπεδα διακρίνονται και από τις καμπύλες των ταξινομημένων παροχών οι οποίες αναδεικνύουν ανεξάρτητες ενότητες στον άνω ρου, σύνθετες ενότητες που δέχονται αλλά και μεταγγίζουν νερό σε παρακείμενες στο μέσο ρου και σύνθετες που δέχονται μόνο στον κάτω ρου του ποταμού. Κάτι τέτοιο ενισχύεται από την αξιολόγηση των χημικών αναλύσεων που για τον άνω ρου της λεκάνης του Λούρου προβλέπουν νερά αμιγώς Ca-HCO3 τύπου. Ανάλογα συμπεράσματα προκύπτουν από τις ισοτοπικές αναλύσεις των νερών των πηγών αλλά και των περιοχών τροφοδοσίας τους. Για τα δύο άλλα επίπεδα τόσο οι διαφορετικοί υδροχημικοί τύποι νερών, Ca-HCO3-Cl-SO4 για το μέσο ρου και Na-Ca-Cl-SO4 για τον κάτω ρου, όσο και η ισοτοπική σύσταση επιβεβαιώνουν τη διάκριση. Ομοίως και οι σπάνιες γαίες εμφανίζουν χαρακτηριστική διακύμανση και για τις τρεις περιοχές. Η υπόθεση των σχετικά μεγάλων αποθηκευμένων ποσοτήτων νερού που συντελούν στη μεγάλη «μνήμη» των καρστικών ενοτήτων των πηγών, σύμφωνα με τις συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης, ενισχύεται τόσο από τα αποτελέσματα της λειτουργίας του κώδικα SAC-SMA, που «απαιτεί» μια αυξημένη ικανότητα αποθήκευσης βαρυτικού νερού στην κατώτερη ζώνη της βασικής ροής, όσο και από την υδροχημική και ισοτοπική σύσταση των υπόγειων νερών των πηγών. Οι αναλύσεις για τη διερεύνηση των χρονικών μεταβολών έδειξαν μια πολύ μικρή διακύμανση των χημικών παραμέτρων των δειγμάτων, ενώ οι ισοτοπικές αναλύσεις έδειξαν μια σαφή σταθερότητα που μπορεί να ερμηνευτεί από την παρουσία μιας σημαντικής αποθήκης νερού που δρα ως επιβραδυντής σε εξωτερικές μεταβολές. Οι συναρτήσεις ετεροσυσχέτισης περιγράφουν ένα καλά ανεπτυγμένο καρστικό σύστημα, το οποίο δεν έχει φθάσει ωστόσο στην πλήρη ωρίμανσή του, όπως επιβεβαιώνει και η γεωλογική έρευνα πεδίου. Το ίδιο προκύπτει και από την ομοιογένεια ανάπτυξης των καρστικών αγωγών κάθε ενότητας, που διαπιστώθηκε από τη μελέτη των καμπυλών υποχώρησης των υδρογραφημάτων των πηγών. Η υδροχημική έρευνα ανέδειξε τη συμβολή, πέραν από τα ανθρακικά, εβαποριτικών και φωσφορικών ορυκτών στη διαμόρφωση της χημικής σύστασης των υπόγειων νερών και επιβεβαίωσε τις υδραυλικές σχέσεις μεταξύ επιφανειακών και υπόγειων νερών. Η ισοτοπική έρευνα συνέβαλε ακόμη στην διερεύνηση της πιθανής επικοινωνίας της κλειστής λεκάνης των Ιωαννίνων με αυτή του Λούρου αποκλείοντας την. Επιβεβαίωσε την προέλευση των υπόγειων νερών από τα μετεωρικά που δέχεται η λεκάνη, ενώ στις πεδινές περιοχές υπέδειξε μια επίδραση της θάλασσας στη χημική σύσταση των υπόγειων νερών σε συγκεκριμένες θέσεις. Από την μικροβιολογική έρευνα προέκυψε σημειακή μόνο επιβάρυνση των υπόγειων νερών σε μικροοργανισμούς και αραίωση αυτών σε περιόδους των αυξημένων παροχών.