Yδρογεωλογικές έρευνες στο πλαίσιο της συνδυασμένης χρήσης και διαχείρισης των επιφανειακών και υπόγειων νερών στο Δέλτα του ποταμού Νέστου

Abstract

This doctoral thesis investigates the relationship between surface water and groundwater in the western part of River Nestos Delta as a result of their combined use. The main purpose of the thesis is to study the geomorphological, hydrological and hydrogeological status of the study area, understand the hydraulic interaction and evolution mechanisms between the unconfined and confined aquifers, and in the end, develop the conceptual model of the hydrogeological system in the study area. The study is located at the western part of Nestos Delta plain and is bounded to the east by River Nestos, to the south and west by the Thracian Sea and to the north by the southern hilly part of the Lekani Mountains. This is a predominantly rural area where water controls the economy. The region is also protected by international environmental treaties. The entire amount of irrigation water originates from the Toxotes flow regulation facility. Irrigation is carried out with open - ended surface networks through channels serving the irrigation of approximately 176,000 hectares, while the use of wells tapping the confined aquifer is limited. The structure and composition of the material in the lowland part of the Nestos Delta directly affects the hydrogeological conditions at the study area. The most recent deposits of the lowland section (Quaternary river deposits) are estimated at a few dozen meters. They consist of alternations of layers of sand, gravel, clay and silt with limited lateral extent and characteristic heterogeneity, which is precisely the result of the deltaic deposition. In the western part of River Nestos Delta, two aquifers are being developed: a) the sedimentary aquifer zone (unconfined) and b) an underlying system of alternating confined aquifers. The doctoral thesis was based on the collection and analysis of existing data and studies and on the collection of primary data during four (4) periods of time (May and October) in the years 2019 and 2020 from a network of 46 wells assumed representative of either the unconfined or the confined aquifer. Both the investigation of the unconfined and the confined aquifer piezometry and the determination of key ions and heavy metals took place. Hydrochemical analysis of the water of River Nestos was also performed at three (3) points, as well as surface water analysis at each of the four (4) major drainage trenches. Piezometric maps as well as hydrochemical parameter distribution maps were compiled for each measurement period and for each aquifer. In addition, consideration of widely used groundwater quality indicators and of a standard for the study area groundwater quality index was made. Subsequently, the development of the hydrogeological system in the study area took place, based on all the primary data of this research but also on background data derived from various sources. The simulation was done through the MODFLOW code, which is the most widely used code for the exploration, interpretation and simulation of groundwater flow.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τη σχέση των επιφανειακών και των υπόγειων νερών του δυτικού τμήματος του Δέλτα του Ποταμού Νέστου ως αποτέλεσμα της συνδυασμένης χρήσης τους. Κύριος σκοπός της διατριβής είναι η διερεύνηση του γεωμορφολογικού, υδρολογικού και υδρογεωλογικού καθεστώς της περιοχής έρευνας, η μελέτη των μηχανισμών επικοινωνίας και λειτουργίας του ελεύθερου και του υπό πίεση υδροφορέα της περιοχής και η δημιουργία του εννοιολογικού μοντέλου του ελεύθερου υδροφορέα της περιοχής έρευνας. Η περιοχή έρευνας καταλαμβάνει το δυτικό τμήμα της πεδιάδας του Δέλτα του Νέστου και οριοθετείται ανατολικά από τον Ποταμό Νέστο, νότια και δυτικά από το Θρακικό Πέλαγος και βόρεια από το νότιο λοφώδες τμήμα των ορέων της Λεκάνης. Πρόκειται για μία κατά βάση αγροτική περιοχή, όπου η χρήση του νερού κυριαρχεί στην οικονομία. Επίσης, η περιοχή προστατεύεται από διεθνείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Το σύνολο της ποσότητας του αρδευτικού νερού προέρχεται από τον ρουφράκτη των Τοξοτών. Η άρδευση πραγματοποιείται με επιφανειακά δίκτυα, ανοιχτού τύπου, μέσω διωρύγων που εξυπηρετούν την άρδευση περίπου 176.000 στρεμμάτων, ενώ είναι περιορισμένη η χρήση των γεωτρήσεων που αφορούν στην υδρομάστευση του υπό πίεση υδροφορέα. Η δομή και η σύσταση των υλικών του πεδινού τμήματος του Δέλτα του Νέστου επηρεάζουν άμεσα τη διαμόρφωση του υδρογεωλογικού καθεστώτος της περιοχής έρευνας. Οι πλέον πρόσφατες αποθέσεις του πεδινού τμήματος (Τεταρτογενείς αποθέσεις του ποταμού) εκτιμώνται σε λίγες δεκάδες μέτρα. Αποτελούνται από εναλλαγές στρώσεων άμμου, χαλικιών, αργίλων και ιλύος με περιορισμένη όμως ανάπτυξη και χαρακτηριστική ετερογένεια που είναι ακριβώς αποτέλεσμα της δελταϊκής απόθεσης. Στο δυτικό τμήμα του Δέλτα του ποταμού Νέστου, αναπτύσσονται δύο υδραποθεματικές ζώνες: α) η ζώνη του προσχωματικού υδροφορέα και β) η ζώνη του συστήματος των υπό πίεση υδροφορέων. Η διατριβή βασίστηκε στη συγκέντρωση και ανάλυση υφιστάμενων στοιχείων και μελετών όσο και στη συλλογή πρωτογενών δεδομένων κατά τη διάρκεια τεσσάρων (4) περιόδων (Μαΐου και Οκτωβρίου) κατά τα έτη 2019 και 2020 από ένα δίκτυο συνολικά 46 γεωτρήσεων που υδρομαστεύουν τον ελεύθερο και τον υπό πίεση υδροφορέα. Έλαβε χώρα, τόσο η ποσοτική διερεύνηση του ελεύθερου και του υπό πίεση υδροφορέα, μέσω της ανάλυσης κυρίως της πιεζομετρίας τους, όσο και ο ποιοτικός προσδιορισμός βασικών ιόντων και βαρέων μετάλλων. Επίσης, πραγματοποιήθηκε και υδροχημική ανάλυση των νερών του Ποταμού Νέστου σε τρία (3) σημεία, καθώς και ανάλυση των επιφανειακών νερών σε κάθε μία από τις τέσσερις (4) κύριες αποστραγγιστικές τάφρους.Δημιουργήθηκαν πιεζομετρικοί χάρτες, καθώς και χάρτες κατανομής των υδροχημικών παραμέτρων για κάθε μία περίοδο μέτρησης και για κάθε τύπο υδροφορέα. Ακόμη, έλαβε χώρα η χρήση ευρέως διαδεδομένων δεικτών ποιότητας των υπογείων νερών καθώς και η χρήση πρότυπου για την περιοχή δείκτη ποιότητας του υπόγειου νερού. Ακολούθησε η ανάπτυξη του εννοιολογικού μοντέλου του ελεύθερου υδροφορέα της περιοχής έρευνας, βασισμένου σε όλα τα πρωτογενή δεδομένα της παρούσας έρευνας, αλλά και σε προϋπάρχοντα στοιχεία που αντλήθηκαν από διάφορες πηγές. Η προσομοίωση έγινε μέσω του κώδικα MODFLOW, ο οποίος είναι ο πιο διαδεδομένος κώδικας προσομοίωσης της ροής του υπόγειου νερού.