Υδρογεωλογική έρευνα λεκανών του ελληνικού χώρου. Παράδειγμα από τη λεκάνη Αγίων Αναργύρων (Καστοριά)

Abstract

Τhe area that was examined during this study is the hydrological basin of Agioi Anargiroi, which is extended at the Kastoria Prefecture, at the east of the city and the lake of Kastoria and covers an area of 89.25 Km2, of which 24.6 Κm2 belong to lowlands and 64.65 Km2 belong to mountainous areas. The distribution of the area at the different elevations is normal. The altitude ranges from 649 m to 1680 m with a mean value of 984 m above sea level and the mean slope is 28.58%. The hydrographic network in mountainous area is highly developed. The basin is drained by the Xiropotamos torrent which is classified as fifth class according to the classification suggested by Horton (1945). From a geological point of view the geological formations of the studied area belong to Pelagonian geotectonic zone. The basin of Agioi Anargiroi is covered by recent deposits (27.6%) in the lowlands and crystalline and metamorphic rocks (72.4%) in the mountainous area. Specifically the lowlands are covered by Quaternary deposits, whereas in the mountainous and semi-mountainous areas occur schists and phyllites at the southeastern part, granite-gneiss at the northern part of the basin and gneisses and amphibolites, which cover the largest part of the basin. The mean annual precipitation in the area of study amounts to 663 mm (period 2004- 2007). The total runoff is equal to16.73x106 m3. A productive aquifer is developed in the alluvial deposits. Based on borehole lithological profiles, the thickness of the alluvial deposits ranges from 40 m to 100 m. Groundwater recharge in the alluvial aquifer occurs via the following mechanisms: direct infiltration of rainfall, infiltration through torrent beds and return flow of irrigated water. Groundwater flow is mainly from North-Eastward to South-Westward. The mean hydraulic gradient was 1.5x10-3, as was measured from the compiled piezometric maps. The average hydraulic conductivity value k was 10-5 m/s, as deduced from the conducted pumping test analyses. Transmissivity (T) and Storage coefficient (S) values varied between 1.4x10-3 - 1.1x10-2 m2/s and 1.9x10-4 - 9.3x10-3, respectively. Hydrochemical analyses of groundwater, surface water and water of springs took place for the determination of the hydrochemical characteristics and quality of the studied area’s waters. The groundwater quality is generally suitable for domestic supplies and irrigation use. The predominant water type of groundwater is Ca-HCO3. High nitrate concentrations were locally recorded, due to intensive agricultural activities which, amongst others, entail fertilization often practiced without following the rules set by the existing Code for Good Agricultural Practice. An increase of the electrical conductivity of the groundwater was generally observed from the recharge area to the downwards. The cations relationship for the groundwater and surface water was Ca2+>Mg2+>Na+>K+ and anions relationship was HCO3 ->SO4 2->NO3 ->Cl-. Groundwater flow simulation with the use of mathematical model (Modflow Code) was attempted. This effort was proved successful, due to the fact that dominant flow conditions do adequately resemble those of porous media. MODFLOW model has simulated almost perfectly the piezometry for the period of May 2004.

Η περιοχή έρευνας που εξετάζει η διδακτορική αυτή διατριβή είναι η υδρολογική λεκάνη Αγίων Αναργύρων, που βρίσκεται στο νομό Καστοριάς, στα ανατολικά της πόλης και της λίμνης της και καταλαμβάνει έκταση 89,25 Km2. Μορφολογικά η λεκάνη αποτελείται από ένα πεδινό τμήμα με έκταση 24,6 Km2 και τη γύρω ορεινή ζώνη έκτασης 64,65 Km2. Η περιοχή διακρίνεται από έντονο ανάγλυφο και από μέτριες έως μεγάλες κλίσεις. Επιπλέον παρατηρείται ομοιόμορφη κατανομή της επιφάνειας στα διάφορα υψόμετρα. Το μέσο υψόμετρο της λεκάνης ανέρχεται σε 984 m και η μέση κλίση είναι 28,58%. Αναφορικά με το υδρογραφικό δίκτυο της ερευνούμενης λεκάνης αυτό έχει κύριο κλάδο το χείμαρρο Ξηροπόταμο. Ο κύριος κλάδος του υδρογραφικού δικτύου εκτιμήθηκε σε 5ης τάξης σύμφωνα με την κατάταξη κατά Horton (1945). Η λεκάνη του Ξηροποτάμου έχει καλά ανεπτυγμένο υδρογραφικό δίκτυο δενδριτικής μορφής με υψηλό συντελεστή διακλάδωσης. Η περιοχή έρευνας εντάσσεται γεωτεκτονικά στην Πελαγονική ζώνη. Η λιθολογική σύσταση της λεκάνης είναι: σύγχρονες προσχώσεις και κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα που καλύπτουν ποσοστό 27,6% και 72,4% της συνολικής έκτασης, αντίστοιχα. Πιο συγκεκριμένα οι τεταρογενείς χερσαίες αποθέσεις συναντώνται στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης και συνίστανται από εναλλαγές αδρομερών και λεπτόκοκκων υλικών. Πρόκειται για τεταρτογενή ιζήματα, ολοκαινικής και πλειστοκαινικής κυρίως ηλικίας, τα οποία αποτελούν λιμναίες και ποταμοχειμάρριες αποθέσεις. Στα πετρώματα του υποβάθρου περιλαμβάνονται οι εξής σχηματισμοί: Φυλλίτες και σχιστόλιθοι Περμιο-Τριαδικής ηλικίας απαντώνται στο νοτιοανατολικό τμήμα της λεκάνης, ο γνευσιακός πλουτωνίτης της Καστοριάς του Άνω Λιθανθρακοφόρου συναντάται κυρίως στο βόρειο-βορειοδυτικό τμήμα της λεκάνης και γνεύσιοι και αμφιβολίτες που καλύπτουν μεγάλο τμήμα της περιοχής έρευνας και συνιστούν το Παλαιοζωικό κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο της Πελαγονικής ζώνης. Το μέσο ετήσιο ύψος βροχής στη λεκάνη έρευνας ανέρχεται σε 663 mm (περ. 2004- 2007). Η ολική απορροή ισούται με 16,73x106 m3, εκ των οποίων τα 9,42x106 m3 απορρέουν επιφανειακά και τα υπόλοιπα κατεισδύουν. Το υδρογεωλογικό ενδιαφέρον εστιάζεται κυρίως στις σύγχρονες προσχώσεις της λεκάνης, όπου αναπτύσσεται αξιόλογος υδροφορέας που αποτελείται από επάλληλα υδροφόρα στρώματα. Το συνολικό πάχος των υδροφόρων στρωμάτων κυμαίνεται από 40-50 m και φτάνει έως και 90-100 m. Η τροφοδοσία του υδροφορέα γίνεται κυρίως από την απευθείας κατείσδυση του νερού της βροχόπτωσης, από διήθηση από τις κοίτες του υδρογραφικού δικτύου, από τις επιστροφές του νερού των αρδεύσεων και σε πολύ μικρό βαθμό πλευρικά από τα μεταμορφωμένα πετρώματα. Η διεύθυνση ροής του υπόγειου νερού, όπως προκύπτει από τους πιεζομετρικούς χάρτες, είναι BBΑ-NNΔ. Το υδραυλικό φορτίο κυμαίνεται από +645 στην έξοδο της λεκάνης έως +715 στην ανάντη περιοχή. Η υδραυλική κλίση είναι 1,5‰ . Ο συντελεστής μεταβιβαστικότητας Τ κυμαίνεται από 1,4x10-3 έως 1,1x10-2 m2/sec και ο συντελεστής εναποθήκευσης S από 1,9x10-4 έως 9,3x10-3, όπως προέκυψε από την ανάλυση αντλητικών δεδομένων. Η υδραυλική αγωγιμότητα (k) είναι της τάξεως του 10-5 m/sec. Για τον καθορισμό της ποιότητας και των χημικών χαρακτηριστικών των νερών της περιοχής έρευνας πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες υπόγειου και επιφανειακού νερού, καθώς και νερού πηγών. Το υπόγειο νερό είναι ελαφρό, μαλακό, καλής ποιότητας για ύδρευση και άρδευση. Ο επικρατών υδροχημικός τύπος υπόγειων νερών είναι ο οξυανθρακικός-ασβεστούχος. Καταγράφεται μια αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στην κατάντη περιοχή. Από την κατανομή των ιόντων ασβεστίου προκύπτει ότι οι υψηλότερες τιμές καταγράφονται κοντά στην έξοδο της λεκάνης. Υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών ιόντων καταγράφονται κατά τόπους και αποδίδονται στη χρήση λιπασμάτων. Η σύσταση των επιφανειακών νερών για τα κατιόντα ακολουθεί τη σειρά Ca2+>Mg2+>Na+>K+ ή Ca2+>Na+>Mg2+>K+ και για τα ανιόντα τη σειρά HCO3 ->SO4 2- >NO3 ->Cl-. Οι επικρατέστεροι υδροχημικοί τύποι για τα νερά των πηγών είναι ο ασβεστούχος οξυανθρακικός (Ca-HCO3) και ο μαγνησιούχος οξυανθρακικός (Mg-HCO3). Οι χαμηλές τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας, που εμφανίζουν μερικές από τις πηγές, υποδηλώνουν τον πολύ μικρό χρόνο παραμονής του νερού εμπλουτισμού στο υπέδαφος και τη γρήγορη εκφόρτισή του. Από την εκτίμηση των αποθεμάτων για την εξεταζόμενη λεκάνη προέκυψε για τα ρυθμιστικά αποθέματα (WR) μέση τιμή ίση με 5,4x106 m3, τα μόνιμα αποθέματα (WP) βρέθηκαν ίσα με 135x106 m3 και για τα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα (WE) υπολογίστηκε μέση τιμή ίση με 10,6x106 m3. Η εφαρμογή του κώδικα MODFLOW σε συνθήκες μόνιμης ροής (steady state) για την περίοδο Μαΐου 2004 στο πεδινό τμήμα της λεκάνης Αγίων Αναργύρων, στο οποίο αναπτύσσονται τεταρτογενείς σχηματισμοί που πληρούν τις προδιαγραφές για την εφαρμογή του κώδικα, ήταν επιτυχής. Οι διαφορές μεταξύ των τιμών παρατήρησης και αυτών που υπολογίστηκαν από το πρόγραμμα MODFLOW κυμαίνονται από 0,24 m μέχρι 2,83 m, κάτι το οποίο δείχνει ότι το μοντέλο ανταποκρίνεται ικανοποιητικά στις πραγματικές συνθήκες. Η ρύθμιση που προέκυψε κατάφερε να προσομοιώσει σχεδόν ιδανικά την πιεζομετρία.