Υδρογεωλογική έρευνα με χρήση σύγχρονων διαχειριστικών εργαλείων στο πλαίσιο της ποιοτικής και ποσοτικής παρακολούθησης του υπόγειου υδατικού συστήματος της υπό-λεκάνης Τυρνάβου (Θεσσαλία)

Abstract

The examination of the geological, hydrological and hydrogeological characteristics of Tirnavos sub-basin was based on both the historical database, as well as on primary data collected in the framework of this study. An extensive inventory of active boreholes and groundwater monitoring points was prepared, in order to design a reliable monitoring network. From the initially recorded network, which consisted of more than 350 boreholes, an operational network for monitoring the qualitative and quantitative characteristics of the aforementioned area was derived, using an algorithm that is based on multi-criteria analysis of 14 factors.The processing of the quantitative data and the use of modern tools for spatial analysis of data of Geographic Information Systems revealed that the most intense level drop problems from 1973 until today, are gradually shifting to the south-southeastern part of the sub-basin, i.e. to the continuation of eastern Thessaly plain. However, the fact that in recent years there has been a relative recovery of the groundwater heads distribution, especially in the western and northern parts of the basin, cannot be ignored.The biggest problem of the research area, with regards to the quality of groundwater, is the increased concentrations of nitrate ions, which were detected in specific parts of the sub-basin in all four sampling periods, which was attributed to specific characteristics of these areas. The use of widespread but also standard quality indicators, showed that in general these are waters suitable for irrigation, of good environmental classification level and most of them suitable, (according to the parameters defined in this study only), for human consumption. The hydrochemical analysis resulted to the recognition of areas of predominance of specific hydrochemical water characteristics, which in turn highlighted the dominant hydrochemical processes that take place in these areas. The results of the extensive statistical processing confirmed the hydrochemical data available until then, but also identified parameters that act identically, thus enabling the identification of possible hydrochemical processes and/or sources that affect them.Based on the isotopic analysis of the groundwater samples, the Local Isotopic regression Line for the research area was compiled, from the comparison of which to other larger scales’ (Thessaly, Greece, World) lines, useful conclusions were deduced for the hydrodynamic conditions of the area. However, the crucial element that emerged from the further processing of the isotopic data was related to the recharge mechanism of the groundwater system. This is because this new insight, leads to the redefinition of the so far explanation for the mechanisms of operation and hydrodynamic evolution of the system under study, that in turn trigger viewpoints for alternative management scenario. All results obtained were used to simulate groundwater flow, with the help of the integrated numerical code MODFLOW, which was used to verify, improve and quantify the wider conceptual model of the area. The results of the calibration, in both steady and transient flow conditions, as well as the verification of the model were highly satisfactory. Hence, this model was then used to simulate the system’s response, in the light of various alternative climate change scenarios. Based on the results, a rational approach to the problem was proposed, which was tested in a new simulation with encouraging results.

Η εξέταση των γεωλογικών, υδρολογικών και υδρογεωλογικών χαρακτηριστικών της υπολεκάνης Τυρνάβου, βασίστηκε τόσο στην προϋπάρχουσα βάση δεδομένων, όσο και στα πρωτογενή δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής. Για το σκοπό αυτό έλαβε χώρα εκτενής απογραφή παραγωγικών γεωτρήσεων αλλά και σημείων παρακολούθησης της υπόγειας στάθμης, έτσι ώστε να συσταθεί ένα αξιόπιστο δίκτυο παρακολούθησης. Από το αρχικά καταγεγραμμένο δίκτυο, το οποίο αποτελούνταν από περισσότερες των 350 γεωτρήσεων, προέκυψε, με τη χρήση αλγορίθμου πολυκριτηριακής ανάλυσης, δίκτυο παρακολούθησης των ποιοτικών και των ποσοτικών χαρακτηριστικών της που συστάθηκε για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής. Από την επεξεργασία των ποσοτικών δεδομένων και τη βοήθεια σύγχρονων εργαλείων χωρικής ανάλυσης δεδομένων των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, προέκυψε ότι τα εντονότερα προβλήματα πτώσης στάθμης από το 1973 έως σήμερα, μετατοπίζονται σταδιακά προς το νότιο-νοτιοανατολικό τμήμα της υπολεκάνης, προς τη συνέχεια δηλαδή της ανατολικής θεσσαλικής πεδιάδας. Ωστόσο, δεν μπορεί να παραβλεφθεί το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια διαφαίνεται μια σχετική επανάκαμψη του συστήματος της υπόγειας στάθμης, κυρίως στα δυτικά και βόρεια τμήματα της υπολεκάνης.Το μεγαλύτερο πρόβλημα της περιοχής έρευνας, αναφορικά με την ποιοτική κατάσταση των υπόγειων υδάτων, αφορά στις αυξημένες συγκεντρώσεις των νιτρικών ιόντων, οι οποίες ωστόσο εντοπίστηκαν σε συγκεκριμένα τμήματα της υπολεκάνης και στις 4 περιόδους δειγματοληψιών, γεγονός που αποδόθηκε σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των περιοχών αυτών. Η χρησιμοποίηση ευρέως διαδεδομένων αλλά και πρότυπων δεικτών ποιότητας, έδειξε ότι σε γενικές γραμμές πρόκειται για νερά κατάλληλα για άρδευση, καλού επιπέδου περιβαλλοντικής κατάταξης και στη συντριπτική πλειοψηφία τους, κατάλληλα (ως προς τις προσδιοριζόμενες παραμέτρους της παρούσας έρευνας και μόνο) για ανθρώπινη κατανάλωση. Από την υδροχημική ανάλυση προέκυψαν περιοχές επικράτησης συγκεκριμένων υδροχημικών χαρακτήρων νερού, οι οποίοι με τη σειρά τους ανέδειξαν τις κυρίαρχες υδροχημικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στις περιοχές αυτές. Τα αποτελέσματα της εκτεταμένης στατιστικής επεξεργασίας ήρθαν να επιβεβαιώσουν τα μέχρι τότε υδροχημικά δεδομένα αλλά και να προσδιορίσουν παραμέτρους που δρουν πανομοιότυπα, βοηθώντας έτσι στον εντοπισμό πιθανών υδροχημικών διεργασιών ή/και πηγών που τις επηρεάζουν. Με βάση τις ισοτοπικές αναλύσεις των δειγμάτων του υπόγειου νερού δημιουργήθηκε η Τοπική Ισοτοπική Γραμμή για την περιοχή έρευνας, από τη σύγκριση της οποίας με άλλες ευρύτερης κλίμακας (Θεσσαλίας, Ελλάδας, Παγκόσμιας), προέκυψαν χρήσιμα συμπεράσματα για τις ιδιοσυνθήκες της περιοχής. Ωστόσο, το κρίσιμο στοιχείο που προέκυψε από την περαιτέρω επεξεργασία των ισοτοπικών δεδομένων, αφορούσε στο μηχανισμό τροφοδοσίας του υπόγειου υδατικού συστήματος. Κι αυτό γιατί με τα νέα αυτά στοιχεία τροφοδοσίας, επαναπροσδιορίζονται τα μέχρι τώρα δεδομένα σχετικά με τους μηχανισμούς λειτουργίας και υδροδυναμικής εξέλιξης του υπό μελέτη συστήματος.Το σύνολο των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση της ροής των υπόγειων υδάτων, με τη βοήθεια του ολοκληρωμένου αριθμητικού κώδικα MODFLOW, με τον οποίο επαληθεύθηκε, βελτιώθηκε και ποσοτικοποιήθηκε το ευρύτερο εννοιολογικό καθεστώς της περιοχής. Τα αποτελέσματα της ρύθμισης, σε συνθήκες μόνιμης αλλά και μη μόνιμης ροής, καθώς και η επαλήθευση του μοντέλου ήταν άκρως ικανοποιητικά. Για το λόγο αυτό στη συνέχεια, το συγκεκριμένο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της απόκρισης του συστήματος, υπό το πρίσμα διάφορων εναλλακτικών σεναρίων κλιματικής αλλαγής. Με βάση τα αποτελέσματα, προτάθηκε ένας ορθολογικός τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος, ο οποίος δοκιμάστηκε σε μια νέα προσομοίωση και τα αποτελέσματα του ήταν ενθαρρυντικά.