Πιέσεις και οικολογική κατάσταση των επιφανειακών υδάτινων σωμάτων σε λεκάνη απορροής ποταμού

Abstract

This thesis was conducted within the research activities carried out to implement the Water Framework Directive 2000/60/E.K. for the water resources in Greece as little effort took place to reflect an integrated and holistic approach to monitor the quality and pressures that occur in one river basin. In detail, the objectives of this study include the identification and quantification of pressures occurring in a basin as a targeted and comprehensive assessment of pressures, the classification of the ecological status of river systems, and eventually investigate the association between pressures and ecological status in the basin. Initially, the Greek part of the transnational river basin of Strymon as the study area for this thesis was selected, methodologies were applied, modified, as provided by Directive 2000/60/E.C. These include the identification of river systems, methodology of typology by selecting the System II plus the recording of a series of river habitats. Methods of identifying and quantifying the sources of point and non pollution sources presented. From point sources of pollution components were determined urban pressures, liquid and solid waste from livestock pressures (loads of livestock units), industrial pressure (recording hazardous industrial units). With regard to non-point pressures recorded, were quantified loads of land cover in urban categories, forest, grassland and agricultural, with extra emphasis on rural as principal, with territorial indicators agricultural intensity and irrigation intensity. The impression of quantified pressures are using GIS in a series of thematic maps in order to reflect clearly the spatial distribution of pressures. Also were identified the hydromorphological pressures (recording hydromorphological alterations). A selection of 21 sampling sites were monitored for four seasons, in April and July 2008 and April and July 2009. The design highlighted important issues on how to choose sampling sites for monitoring. The proposed methodology for assessing the ecological status of river systems include specific components of the three pillars of ecological status in accordance with Directive 2000/60/ΕC: A. Physico-chemical parameters: temperature, turbidity, electrical conductivity, dissolved oxygen, pH, nitrites, nitrates, ammonium and phosphate ions. B. Hydromorphological parameters: hydrological regime, river continuity and morphological conditions. C. Biological parameter: benthic macroinvertebrates. The determination of the ecological status of the river systems in the study area was conducted and were created suitable maps. Afterwards, statistical and geostatistical correlation were applied between all the pressures and the ecological status that was determined by sampling sites. The statistical correlation applied with the help of stepwise regression while geostatistical correlation with the geographical correlation with weights with the software of GIS. In addition, it was selected to perform the additional principal components analysis (PCA), hierarchical analysis (Cluster analysis) & the multidimensional scaling (MDS). The stepwise regression showed sharp results with managerial importance for each period of monitoring. Further suggestions and measures were made for the management of river systems in the study area based on the results of pressure analysis and steps for further research in relation to the current situation.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διενεργήθηκε στο πλαίσιο των ερευνητικών δραστηριοτήτων που αναπτύχθηκαν για την εφαρμογή της Οδηγίας Πλαίσιο 2000/60/Ε.Κ. για τα νερά καθώς στην Ελλάδα ελάχιστες προσπάθειες έλαβαν χώρα ώστε να αποτυπωθεί μία ολοκληρωμένη και ολιστική προσέγγιση της παρακολούθησης της κατάστασης και των πιέσεων που εμφανίζονται σε μία λεκάνη απορροής ποταμού. Αναλυτικά οι στόχοι από την παρούσα διατριβή περιλαμβάνουν τον προσδιορισμό και τη ποσοτικοποίηση των πιέσεων που εμφανίζονται σε μία λεκάνη απορροής ως μία στοχευόμενη και ολοκληρωμένη εκτίμηση πιέσεων, τον προσδιορισμό της οικολογικής κατάστασης των επιφανειακών, και ειδικότερα των ποτάμιων συστημάτων, σε μία λεκάνη απορροής και τελικά η διερεύνηση της συσχέτισης πιέσεων και οικολογικής κατάστασης στη λεκάνη απορροής Αρχικά, στο ελληνικό τμήμα της διακρατικής λεκάνης απορροής του ποταμού Στρυμόνα ως περιοχή μελέτης για την παρούσα διατριβή, εφαρμόστηκαν μεθοδολογίες , ελαφρά τροποποιημένες, που προβλέπονται από την Οδηγία 2000/60/Ε.Κ. Αυτές περιλαμβάνουν τον προσδιορισμό των ποτάμιων συστημάτων, τη μεθοδολογία της τυπολογία με την επιλογή του Συστήματος Β’ και επιπλέον την καταγραφή των ποτάμιων ενδιαιτημάτων με σειρά επιτόπιων επισκέψεων. Ακολούθως, παρουσιάζονται μέθοδοι προσδιορισμού και ποσοτικοποίηση των σημειακών και μη πηγών πιέσεων. Προσδιορίζονται από τις σημειακές πηγές πίεσης οι συνιστώσες των αστικών πιέσεων, υγρά και στερεά απόβλητα των κτηνοτροφικών πιέσεων(φορτία από κτηνοτροφικές μονάδες), των βιομηχανικών πιέσεων (καταγραφή επικινδύνων βιομηχανικών μονάδων). Σε ότι αφορά τις μη σημειακές πιέσεις, καταγράφονται και ποσοτικοποιούνται τα φορτία από την κάλυψη γης, στις κατηγορίες αστική, δασική, χορτολιβαδική και αγροτική, με επιπλέον έμφαση στην αγροτική ως κυριότερη, με χωρικούς δείκτες έντασης της αγροτικής και της αρδευτικής. Η αποτύπωση των ποσοτικοποιημένων μεγεθών των πιέσεων γίνεται με τη χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών σε σειρά θεματικών χαρτών ώστε να αποτυπώνεται ευκρινώς η χωρική κατανομή των πιέσεων. Επίσης προσδιορίζονται και οι υδρομορφολογικές πιέσεις (καταγραφή υδρομορφολογικών τροποποιήσεων). Έγινε επιλογή 21 θέσεων δειγματοληψίας οι οποίες παρακολουθήθηκαν για τέσσερις περιόδους, Απρίλιο και Ιούλιο του 2008 & Απρίλιο και Ιούλιο του 2009. Ο σχεδιασμός ανέδειξε σημαντικά ζητήματα για τον τρόπο επιλογής θέσεων δειγματοληψίας για την παρακολούθηση. Η μεθοδολογία για την εκτίμηση της οικολογικής κατάστασης των ποτάμιων συστημάτων περιλαμβάνει συνιστώσες των τριών πυλώνων σύμφωνα με την Οδηγία 2000/60 Ε.Κ.: Α) Φύσικο-χημικές παραμέτροι παρακολούθησης: θερμοκρασία, θολερότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, διαλυμένο οξυγόνο, pH, ιόντα νιτρικών, νιτρωδών, αμμωνιακών και φωσφωρικών αλάτων. Β) Υδρομορφολογικές παράμετροι: υδρολογικό καθεστώς, η συνέχεια του ποταμού και οι μορφολογικές συνθήκες. Γ) Βιολογικές παράμετροι: βενθικά μακροασπόνδυλα. Προσδιορίσθηκε η οικολογική κατάσταση των ποτάμιων συστημάτων στην περιοχή μελέτης και δημιουργήθηκαν κατάλληλοι χάρτες. Ακολούθως εφαρμόστηκε η στατιστική και η γεωστατιστική συσχέτιση του συνόλου των πιέσεων με την οικολογική κατάσταση που προσδιορίστηκε ανά θέση δειγματοληψίας. Η στατιστική συσχέτιση πραγματοποιήθηκε με τη βηματική παλινδρόμηση ενώ η γεωστατιστική συσχέτιση με τη γεωγραφική συσχέτιση με βάρη. Επιπλέον, εκτελέστηκαν η ανάλυση κυρίων συνιστωσών (PCA), η ιεραρχική ανάλυση (Cluster analysis) & η πολυδιάστατη κλιμάκωση (MDS). Η βηματική παλινδρόμηση ανέδειξε ευκρινή αποτελέσματα διαχειριστικής σημασίας ανά περίοδο δειγματοληψίας για τα δυο έτη μελέτης. Επιπλέον διατυπώνονται προτάσεις για τη διαχείριση των ποτάμιων συστημάτων της περιοχής.