Διερεύνηση και προσομοίωση της υδροφορίας ετερογενούς μέσου ασυνεχειών: εφαρμογή στη νήσο Νάξο (Αιγαίο Πέλαγος)

Abstract

Hard rocks are mainly crystalline igneous and metamorphic, but non karstified carbonate rocks, and strongly laminated sedimentary rocks, which occupy a significant part of both global and national surface area. They are often play the role of the principal aquifer in an environment of limited precipitation, strong evaporative conditions and limited island surface. These rocks are involved in the configuration of a specific hydrogeological environment, where the secondary porosity, the anisotropy and the heterogeneity are the main characteristics. Overall, the hydrogeological environment in hard fractured rocks is very complex, as many different hydrogeological conditions are observed, which are dependent by the characteristics of the fracture pattern.The objective of this research is to design an integrated model to simulate the groundwater flow in heterogeneous fractured media, in order to study the hydraulic conditions and the aquifers that are developed in hard fractured rocks. Specifically, all the factors affecting the groundwater flow in hard fractured rocks are studied, such as the geology, the geomorphology, the characteristics of the fracture pattern, etc. (internal factors), simultaneously with the study of the climatic factors and the landuses (external factors). Also, a prediction of the changes in the groundwater systems by the year 2100 has been made, by studying the future climatic conditions due to the climate change in Greece. Finally, an estimation of the hydraulic parameters by using a multi-criteria analysis and the analytic hierarchy process to simulate the groundwater flow has been made. As a result, a three-dimensional representation has been created, by using the finite element method and the software packages SWAT and WASY FEFLOW.The design of the model and the simulation of the groundwater flow is applied in the island of Naxos, which is consisted mainly by hard rocks and the water needs are addressed mainly by the limited underground water resources. While the designed model can be used in the rest of the Cyclades Islands, due to the similar climatic and hydrogeological conditions, the model is referred from now on as the "Cycladic Hydrogeological Model".

Ως σκληρά διερρηγμένα πετρώματα εννοούνται τα κρυσταλλικά πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα, τα μη καρστικοποιημένα ανθρακικά, καθώς και τα ισχυρώς συγκολλημένα ιζηματογενή πετρώματα, τα οποία καταλαμβάνουν σημαντικό μέρος της επιφανειακής έκτασης, τόσο σε παγκόσμιο, όσο και σε εθνικό επίπεδο, και καλύπτουν σημαντικές υδατικές ανάγκες. Τα πετρώματα αυτά εμπλέκονται στη διαμόρφωση του υδρογεωλογικού περιβάλλοντος με την ανάπτυξη υδροφοριών, όπου η εμφάνιση κυρίως του δευτερογενούς πορώδους, η ανισοτροπία και η ετερογένεια είναι τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Το συνολικό υδρογεωλογικό περιβάλλον των σκληρών διερρηγμένων πετρωμάτων είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο, καθώς επικρατούν διαφορετικές υδρογεωλογικές συνθήκες. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι να παρουσιαστεί ένα ολοκληρωμένο μοντέλο για την προσομοίωση της υπόγειας ροής σε ετερογενές μέσο ασυνεχειών, ούτως ώστε να είναι δυνατή η μελέτη των υδροφοριών και των υδραυλικών διασυνδέσεων μεταξύ τους, που αναπτύσσονται σε σκληρά διερρηγμένα πετρώματα. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται λεπτομερής μελέτη όλων των παραγόντων που επηρεάζουν την υπόγεια ροή στο μέσο ασυνεχειών, όπως η γεωλογία, η γεωμορφολογία, τα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών, κ.τ.λ. (ενδογενείς παράγοντες), καθώς και οι κλιματικοί παράγοντες και οι χρήσεις γης (εξωγενείς παράγοντες). Επίσης γίνεται μελέτη και πρόβλεψη των μεταβολών των υπόγειων υδατικών συστημάτων μέχρι το έτος 2100, έχοντας ως γνώμονα τις μελλοντικές κλιματικές συνθήκες που θα επικρατούν, λόγω των κλιματικών αλλαγών. Τέλος, γίνεται εκτίμηση των υδραυλικών παραμέτρων με τη βοήθεια της πολυκριτιριακής ανάλυσης και της αναλυτικής διαδικασίας ιεράρχησης, με σκοπό την προσομοίωση της υπόγειας ροής και την τρισδιάστατη απεικόνιση αυτής, λαμβάνοντας υπόψη τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και χρησιμοποιώντας τα πακέτα λογισμικού SWAT και WASY FEFLOW. Η μελέτη και η προσομοίωση της υπόγειας ροής εφαρμόζεται στη νήσο Νάξο, η οποία αποτελείται κυρίως από σκληρά διερρηγμένα πετρώματα και οι ανάγκες σε νερό εξασφαλίζονται κυρίως από τα περιορισμένα υπόγεια υδατικά αποθέματα, ενώ το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στις υπόλοιπες Κυκλάδες, λόγω των παρόμοιων κλιματικών και υδρογεωλογικών συνθηκών, το οποίο πλέον αναφέρεται ως «Κυκλαδικό Υδρογεωλογικό Μοντέλο».