Groundwater modelling of a coastal semi-arid hydrogeological system

Abstract

The present study involved the development of a groundwater flow model for the evaluation of different MAR scenarios at the coastal plain of Lavrio, Greece. In the initial steps of the study, an identification of the principal elements of the hydrological cycle and their interrelation was performed, using extended literature review and a series of activities in the field. The main hydrological processes taking place were identified and data that would later be used at the groundwater flow model building were collected. Following that, a groundwater flow model was built for the coastal hydrosystem of Lavrio. The data collected in the previous step was used as an input. The primary goal of the model was to have a qualitative, at least, estimation of the dynamics between the two aquifer systems that are present in the area and the adjacent sea. The sensitivity analysis of the model was thoroughly done and drove to a robust parameter estimation process. In the final step, a model that focused on the karstic aquifer was built. Elements that characterize the karstic system of Lavrio were additionally collected and implemented in the previous model. A sensitivity analysis of the different parts of the different components of the aquifer was performed in order to identify the parts of the model that play a significant role in the model performance. The aim of the model was to pinpoint these essentials and propose a new methodology for obtaining such data. The work was done under the umbrella of the MARSOL FP7 Project (Managed Aquifer Recharge as SOLution to Water Scarcity and Drought, Grant No. 619120, 2013-2016).

Η παρούσα μελέτη αφορούσε την ανάπτυξη ενός μοντέλου ροής υπόγειων υδάτων για την αξιολόγηση διαφορετικών σεναρίων MAR στην παράκτια πεδιάδα του Λαυρίου, Ελλάδα. Στα αρχικά στάδια της μελέτης, πραγματοποιήθηκε αναγνώριση των κύριων στοιχείων του υδρολογικού κύκλου και της αλληλεπίδρασής τους, χρησιμοποιώντας εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση και μια σειρά δραστηριοτήτων στο πεδίο. Προσδιορίστηκαν οι κύριες υδρολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα και συλλέχθηκαν δεδομένα που θα χρησιμοποιηθούν αργότερα στην κατασκευή του μοντέλου ροής υπόγειων υδάτων. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε μοντέλο ροής υπόγειων υδάτων για το παράκτιο υδροσύστημα του Λαυρίου. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο προηγούμενο βήμα χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα εισόδου. Πρωταρχικός στόχος του μοντέλου ήταν μια ποιοτική, τουλάχιστον, εκτίμηση της δυναμικής μεταξύ των δύο συστημάτων υδροφορέων που υπάρχουν στην περιοχή και της παρακείμενης θάλασσας. Η ανάλυση ευαισθησίας του μοντέλου έγινε διεξοδικά και οδήγησε στην διαδικασία εκτίμησης παραμέτρων. Στο τελευταίο βήμα, κατασκευάστηκε ένα μοντέλο που επικεντρώθηκε στον καρστικό υδροφορέα. Στο προαναφερθέν μοντέλο συλλέχθηκαν επιπλέον δεδομένα που χαρακτηρίζουν το καρστικό σύστημα του Λαυρίου. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας των επί μέρους τμημάτων των διαφορετικών συστατικών του υδροφόρου ορίζοντα προκειμένου να εντοπιστούν οι παράμετροι του μοντέλου που παίζουν σημαντικό ρόλο στα αποτελέσματά του. Στόχος του μοντέλου ήταν να εντοπίστουν αυτές οι βασικές παράμετροι και να προταθεί μια νέα μεθοδολογία για τη λήψη τέτοιων δεδομένων. Η εργασία έγινε στα πλαίσια του έργου MARSOL FP7 (Managed Aquifer Recharge as SOLution to Water Scarcity and Dought, Grant No. 619120, 2013-2016).