Υδρογεωχημική - περιβαλλοντική μελέτη του καρστικού συστήματος Αν. Κωπαΐδας - Υλίκης και προσομοίωση της τρωτότητας του με μεθόδους γεωπληροφορικής

Abstract

The present thesis is focusing on the environmental and hydrogeochemical conditions of the karstic groundwater system of eastern Kopaida plain (central Greece), which extends under a widely cultivated area. The study area is characterized by a vast number of agricultural activities. The specific conditions that configure the general environmental status are associated with paleogeographic evolution, as well as with the major alterations to land use the previous 100 years. The creation of ex-Kopaida Lake, which was located to nowadays fertile parts of Kopaida plain, is a combinational outcome of tectonics and natural erosional processes. These processes are expressed through the extensive karstification of the prevailing geological formations (limestones), contributing in that way to the connection of the karstic Kopaida plain with the adjacent basins of Thiva and Yliki and even with Evoikos Gulf. Apart from that, the marshy condition of Kopaida Lake during geological times, had a deep impact on the chemical composition of sediments and on the general geochemical conditions of the area. The Thesis is subdivided into three individual but simultaneously interconnected parts, which cover a wide spectrum. The final outcome is the combination of the aforementioned parts, which leads to primary and supplementary conclusions about the environmental conditions of the karstic aquifer. In more details the first part (part A’) includes information about geology, hydrogeology, geomorphology etc., which formulate the specific conditions of the area. Moreover, there is a detail presentation of the environmental conditions as they were assessed by the field works, general observations and bibliographic research. The second part (part B’) embraces apart from an introduction an analysis to up-to-date trends in the general field of hydrogeochemistry, the results and treatment of the collected data. In the end of the part, there is an effort to assess the spatial distribution of the main parameters that affect aquifers’ chemistry, with the use of Geoinformatics, as well as the definition of the major affecting processes. The third and the last part (part C’) includes the estimation of karstic aquifer’s intrinsic vulnerability, with the use of Geoinformatic methods. The final result is a map that depicts the spatial contribution of vulnerability at the area, and the correlation of its values with the spatial distribution of the surface-released potential pollutants, that steamed from the previous parts.

Η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο την διερεύνηση των υδρογεωχημικών συνθηκών που επικρατούν στον καρστικό υδροφόρο με δύο προεκτάσεις. Πρώτον την αξιολόγηση της ποιοτικής κατάστασης και την αποσαφήνιση των πιθανών διεργασιών που την διαμορφώνουν και δεύτερον την διερεύνηση της χωρικής κατανομής των κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων αλλά και των ενδεχόμενων δυνητικών ρύπων που υπερβαίνουν τα ανώτατα επιτρεπτά όρια της οδηγίας 98/83/ΕΚ. Για το σκοπό αυτό πέραν της ενδελεχούς βιβλιογραφικής ενημέρωσης τόσο σε θέματα που αφορούν την περιοχή όσο και σε θέματα που άπτονται του ευρύτερου αντικειμένου πραγματοποιήθηκαν εκτεταμένες εργασίες υπαίθρου που περιλάμβαναν δειγματοληψίες νερών (καρστικός υδροφόρος, αλλουβιακός υδροφόρος, επιφανειακό δίκτυο και ταμιευτήρες) δειγματοληψίες εδαφών, δειγματοληψίες γεωλογικών σχηματισμών καθώς και ιζήματος πυθμένα από την λίμνη Υλίκη. Επιπλέον, οι εργασίες υπαίθρου περιλάμβαναν την μακροσκοπική εκτίμηση δυνητικών ρυπογόνων εστιών, την συμπληρωματική χαρτογράφηση σε περιοχές που αυτό απαιτείτο και γενικότερα την συλλογή πρωτογενών δεδομένων και πληροφοριών οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν σε διάφορα στάδια της έρευνας. Η παρούσα διατριβή είναι χωρισμένη σε τρία μέρη τα οποία είναι άμεσα εμπλεκόμενα και αλληλένδετα μεταξύ τους. Περιλαμβάνει συνολικά 173 σχήματα, 33 εικόνες και 61 πίνακες η πλειοψηφία των οποίων είναι αποτέλεσμα της επεξεργασίας των πρωτογενών δεδομένων που συλλέχθησαν. Αναλυτικότερα το Α’ μέρος περιλαμβάνει τις ιδιοσυνθήκες της περιοχής μελέτης (Λιθολογία, Υδρογεωλογία, Γεωμορφολογία, Τεκτονική, Κοιτασματολογία κτλ.) καθώς και τις επικρατούσες περιβαλλοντικές συνθήκες που διαπιστώθηκαν κατά τη διάρκεια των εργασιών υπαίθρου. Το Β’ μέρος περιλαμβάνει πέραν των γενικών θεωρήσεων και σύγχρονων αντιλήψεων στα θέματα της υδρογεωχημείας τα ειδικότερα χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τους ποιοτικούς δείκτες και παραμέτρους για τα νερά της περιοχής, τις χημικές αναλύσεις και την επεξεργασία τους, την προσομοίωση της χωρικής κατανομής κύριων στοιχείων, ιχνοστοιχείων και φυσικοχημικών παραμέτρων σε όλο το εύρος της υπό μελέτη περιοχής με τη βοήθεια μεθόδων Γεωπληροφορικής καθώς και την περιγραφή των κυρίαρχων διεργασιών διαμόρφωσης των υδρογεωχημικών συνθηκών στον υπόγειο καρστικό υδροφορέα. Τέλος, το Γ’ μέρος περιλαμβάνει την εκτίμηση της εσωτερικής τρωτότητας του καρστικού συστήματος με τη βοήθεια προσομοίωσης και μεθόδων Γεωπληροφορικής χρησιμοποιώντας ως εισαγόμενα δεδομένα τα στοιχεία του Α’ και Β’ μέρους και παίρνοντας ως τελικό εξαγόμενο αποτέλεσμα τον χάρτη εσωτερικής τρωτότητας του καρστικού συστήματος Αν. Κωπαΐδας - Υλίκης. Συνάμα πραγματοποιήθηκε συνδυαστική εκτίμηση του παραγομένου χάρτη τρωτότητας με την χωρική κατανομή των επιφανειακά προερχομένων ρύπων εξάγοντας χρήσιμα συμπεράσματα για την προέλευση τους, την ροή και μετανάστευση που υφίστανται καθώς και τις συνθήκες εμπλουτισμού.