Διερεύνηση των μηχανισμών λειτουργίας των λιμνών Χειμαδίτιδας και Ζάζαρης της λεκάνης Αμυνταίου του Ν. Φλώρινας από υδρογεωλογική και περιβαλλοντική άποψη

Abstract

This PhD thesis aims to the examination of the processes taking place in the area of two lakes, Zazari and Cheimaditida, located in the Amyntaio basin, in Northern Greece, and in the surrounding environment of the lakes; these processes allow the continuous and balanced interaction between the corresponding surface water, i.e. the lakes, and the ground water. The approach used in this work included the detailed analysis of the geological, hydrogeological and hydrochemical characteristics of the greater area of the lakes. Lakes Zazari and Cheimaditida are located at the south-eastern part of Florina County. The total surface of the target area is 228 km²; the surface of the Cheimaditida lake sub-basin is 34.7 km², while the corresponding area of Zazari Lake is 98.4 km². The distance between the lakes is around 2 km. For the purpose of this study, ground water level of 45 boreholes was measured, between May and June throughout a 4-year period (2008-2011) and piezometric contour maps were drawn. Moreover, water sampling was conducted for two years (2010-2011) during eight sampling intervals (four per year, covering all seasons). Samples were taken from 30 boreholes (a total number of 210 aliquots), from Sklithro stream, from three sampling points within Zazari, four sampling points within Cheimaditis lake and lastly from one spring. The creation of the lakes took place through tectonic formations; the lakes represent tectonic grabens that were formed from geological normal faults developed during the Pliocene era, in a Northeast to Southwest and a Northwest to southeast direction. The systems of the lakes represent closed internal basins where several small torrents are discharged, without being merged to a single common water stream. The monitoring of the water level in selected boreholes of the area, over a time period of 4 years, revealed the formation of two ground aquifers: a) a shallow one formed in the granular surface formations, resulting in the creation of a free water body (shaft) that allows the direct hydraulic connection of the water in the two lakes and b) a lower water system under pressure, which is formed at higher depths than the surface one; this system has been developed as a sole independent aquifer, with no hydraulic connection with the aquifer shaft and the two lakes. Several water samples were collected from the lakes and from a number of boreholes and were analysed for the determination of their chemical properties and especially the concentration of several cations and anions. The corresponding data showed that the quality of the lake water was related only to the corresponding quality of the water of the hydrological shaft; no indication was found that could point towards a hydrochemical similarity between the lakes water and the deeper pressurized aquifer. The results from the chemical analysis of the samples and the evaluation of the water levels showed that the lakes and the ground aquifers represent two hydraulic independent systems, without any interconnection or interaction; the various processes taken place in each system are carried out without affecting the processes in the other systems. The only interconnection of the hydraulic system of the two lakes is attributed to the presence of the hydrologic shaft at the upper surface of the basin. However, this interaction is quite loose, taken place with a low rate, and resulting in controllable, reversible and insignificant impacts on the areas of the two lakes. Consequently, in the case of a significant pollutant loading to the hydrological shaft, there is enough time for the implementation of appropriate measures, aiming at the isolation of the pollutants, their removal from the water system and the remediation of the system, in order to minimise the impact on the ecosystem.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τους μηχανισμούς που λαμβάνουν χώρα στην περιοχή των λιμνών, Ζάζαρης και Χειμαδίτιδας της λεκάνης Αμυνταίου, και στο περιβάλλον τους και επιτρέπουν την αρμονική και αέναη αλληλεπίδραση ανάμεσα στους επιφανειακούς υδατικούς πόρους των λιμνών και στα υπόγεια νερά. Ο παραπάνω στόχος γίνεται προσπάθεια να προσεγγιστεί με τη λεπτομερειακή μελέτη των γεωλογικών, υδρογεωλογικών και των υδροχημικών χαρακτηριστικών της ευρύτερης περιοχής των λιμνών. Οι λίμνες Χειμαδίτιδα και Ζάζαρη βρίσκονται στο νοτιοανατολικό άκρο του Νομού Φλώρινας. Η συνολική έκταση της υπό έρευνα περιοχής ανέρχεται σε 228 km². Το εμβαδόν της υπολεκάνης της Χειμαδίτιδας είναι 34.7 km² και της Ζάζαρης 98.4 km². Η απόσταση μεταξύ των λιμνών είναι περίπου 2 km. Από υδρογεωλογική πλευρά πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της στάθμης του υπόγειου νερού σε 45 γεωτρήσεις, την περίοδο Μαΐου -Σεπτεμβρίου κατά την διάρκεια των ετών 2008-2011 και συντάχθηκαν αντίστοιχοι πιεζομετρικοί χάρτες. Από υδροχημική πλευρά πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες νερού, την περίοδο 2010 -2011 σε Οκτώ περιόδους (τέσσερις ανά έτος) από 30 υδρογεωτρήσεις (συνολικά 210 δείγματα) και ένα σημείο στο ρέμα Σκλήθρου, και από 3 σημεία της λίμνης Ζάζαρης, και από 4 σημεία της λίμνης Χειμαδίτιδας, και από μία πηγή. Από όλα τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι ο σχηματισμός των λιμνών είναι τεκτονικός. Αποτελούν τεκτονικά βυθίσματα που προέκυψαν από τη δράση κανονικών ρηγμάτων με διεύθυνση ΒΑ - ΝΔ και ΒΔ - ΝΑ στην περίοδο του Πλειοκαίνου. Αποτελούν κλειστές εσωτερικές λεκάνες που δέχονται τα νερά των χειμάρρων που καταλήγουν σ’ αυτές χωρίς το σχηματισμό κεντρικού υδατορεύματος. Η διαχρονική παρακολούθηση των διακυμάνσεων της στάθμης στις γεωτρήσεις της περιοχής έδειξε το σχηματισμό δύο υπόγειων υδροφόρων συστημάτων. Ένα αβαθές που αναπτύσσεται στους χονδρόκοκκους επιφανειακούς σχηματισμούς δημιουργώντας έναν ελεύθερο (φρεάτιο) υδροφορέα που αναπτύσσει μια άμεση υδραυλική επικοινωνία με τα νερά των δύο λιμνών και ένα κατώτερο, βαθύτερα αναπτυσσόμενο υπό πίεση υδροφόρο σύστημα, που αποτελεί ανεξάρτητο υδατικό σύστημα μη συνδεδεμένο υδραυλικά με το φρεάτιο υδροφορέα και τις λίμνες. Από τις πολλαπλές χημικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στα νερά των λιμνών και στα νερά των υπόγειων υδροφόρων συστημάτων, διαπιστώθηκε ότι η ποιότητα των νερών των λιμνών σχετίζεται με την ποιότητα των νερών του φρεάτιου υδροφορέα και μόνο. Δεν εντοπίζουμε κάποια υδροχημική εικόνα που να πιστοποιεί κάποια ενδεχόμενη υδροχημική ποιοτική σχέση ανάμεσα στα νερά των λιμνών και στα νερά του υπόγειου υπό πίεση υδροφόρου ορίζοντα. Όλα τα αποτελέσματα συγκλίνουν στην άποψή μας ότι τόσο τα λιμναία συστήματα, όσο και οι υπόγειοι υδροφόροι ορίζοντες αποτελούν δύο υδραυλικά ανεξάρτητα συστήματα, όπου το ένα σύστημα δεν επηρεάζεται από τις δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα στο άλλο σύστημα. Η μόνη συνάφεια και αλληλεξάρτηση που έχει το υδραυλικό σύστημα των δύο λιμνών είναι αυτή που αναπτύσσεται μεταξύ αυτού και του φρεάτιου υδροφορέα που αναπτύσσεται στον παραλίμνιο χώρο. Παρ’ όλα αυτά η συνάφειά τους αυτή είναι χαλαρή, χωρίς δυναμική επιρροή που εκδηλώνεται με βραδείς ρυθμούς χωρίς ανεξέλεγκτες και μη αναστρέψιμες συνέπειες στις δύο περιοχές. Έτσι σε περίπτωση που εμφανιστεί κάποια ρύπανση στο φρεάτιο υδροφορέα υπάρχει ο απαιτούμενος χρόνος για τον εγκλωβισμό της και την εφαρμογή μεθόδων και διαδικασιών απορρύπανσης και εγκλωβισμού της ρυπογόνου ουσίας, κατά τρόπο που να μη μπορεί να επηρεάσει το οικοσύστημα.