Διαχείριση καρστικών υπόγειων υδροφορέων με μοντέλα προσομοίωσης της υπόγειας ροής: το παράδειγμα του Αλμυρού Ηρακλείου, Κρήτη

Abstract

Municipality of Heraklion, Crete, is one of the largest and fastest growing municipalities in Greece, with a permanent population of 173.450 inhabitants according to the last census (2011), which still suffers from lack of sufficient quantities of water for water supply. The Almyros, Heraklion karst system has preoccupied many researchers since 1964, who tried to understand the mechanism of operation and salinization of Almyros source, for the purpose of exploitation and finally the water supply of the Municipality of Heraklion. The source drains fresh water few days a year, during the winter months. If the hydrodynamic function of the source is known, it is possible to create infrastructure projects that will help solve the problem. This thesis includes processing of water supply measurements, water level, drilling and Almyros source quality, export conclusions about the parameters of the aquifer and simulation of flow and salinization by the method of finite differences (Modflow) and finite elements (Feflow). The simulation was done in order to predict the flow state and salinization of the wider region during various scenarios that have been proposed, their interaction with Almyros source and find the optimal solution for the exploitation of the aquifer. By collecting the necessary data, studies and proposals for the water supply of Heraklion Municipality, population data, flow data, quality data (chloride), an assessment of the water supply needs of Municipality of Heraklion population, was carried out. Hydrogeology of the area was designed in thematic maps using existing geological sections from previous studies. The data collected, were processed and led to quantitative and qualitative conclusions, which have been used to build the models. Because Modflow model cannot simulate salinization, we created scenarios only with Feflow model. Nine different scenarios have been created (prediction models): Scenario 1 - Drilling increase, Scenario 2 - Drilling reduction in half, Scenario 3 - Drilling deactivation near Almyros source, Scenario 4 - Drilling enrichment, Scenario 5 - Rainfall reduction 20%, Scenario 6 - Rainfall increase 10%, Scenario 7 - Rainfall decrease 20% and drilling increase 50%, Scenario 8 - Rainfall increase 10% and drilling decrease 50%, Scenario 9 - Desalination and drilling proportional reduction. Scenarios results were evaluated based on the water supply needs of Heraklion Municipality in 2026. Scenarios 1, 5 and 7 affect negatively the study area. Scenarios 2, 3, 6, 8 and 9 affect positively the study area. Finally, scenario 4 would seem to be a sustainable solution to the problem of Almyros Heraklion.

Ο Δήμος Ηρακλείου Κρήτης, ένας από τους μεγαλύτερους και ταχύτερα αναπτυσσόμενους δήμους στην Ελλάδα, με μόνιμο πληθυσμό 173.450 κατοίκους σύμφωνα με την τελευταία απογραφή (2011), συνεχίζει να ταλαιπωρείται από έλλειψη επαρκών ποσοτήτων νερού για ύδρευση. Το καρστικό σύστημα του Αλμυρού Ηρακλείου έχει απασχολήσει πολλούς ερευνητές από το 1964, οι οποίοι προσπάθησαν να κατανοήσουν τον μηχανισμό λειτουργίας και υφαλμύρισης της πηγής του Αλμυρού, με σκοπό την αξιοποίησή της και εν τέλει την υδροδότηση του Δήμου Ηρακλείου. Η πηγή παροχετεύει γλυκό νερό λίγες μέρες τον χρόνο, τους χειμερινούς μήνες. Εάν είναι γνωστή η υδροδυναμική λειτουργία της πηγής, είναι δυνατό να γίνουν έργα υποδομής τα οποία θα βοηθήσουν στη λύση του προβλήματος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει επεξεργασία μετρήσεων παροχής, στάθμης, ποιότητας γεωτρήσεων και της πηγής του Αλμυρού, την εξαγωγή συμπερασμάτων για παραμέτρους του υδροφορέα και την προσομοίωση της ροής και της υφαλμύρισης με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών (Modflow) και πεπερασμένων στοιχείων (Feflow). Η προσομοίωση έγινε προκειμένου να προβλεφθεί η κατάσταση ροής και υφαλμύρισης της ευρύτερης περιοχής κατά τη διάρκεια διάφορων σεναρίων που προτάθηκαν, η αλληλεπίδραση αυτών με την πηγή του Αλμυρού και να βρεθεί η βέλτιστη λύση για την εκμετάλλευση του υδροφορέα. Με τη συλλογή των απαραίτητων στοιχείων, μελετών και προτάσεων για την ύδρευση του Δήμου Ηρακλείου, πληθυσμιακών δεδομένων, δεδομένων παροχής, δεδομένων ποιότητας (χλωρίοντα), πραγματοποιήθηκε και εκτίμηση των υδρευτικών αναγκών του πληθυσμού του Δήμου Ηρακλείου. Η υδρογεωλογία της περιοχής σχεδιάστηκε σε θεματικούς χάρτες με την χρησιμοποίηση των υπαρχουσών από προηγούμενες μελέτες γεωλογικών τομών. Τα στοιχεία που συλλέχθηκαν, υπέστησαν επεξεργασία και οδήγησαν σε ποσοτικά και ποιοτικά συμπεράσματα, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των μοντέλων. Επειδή το μοντέλο Modflow δεν μπορεί να προσομοιώσει την υφαλμύριση, προχωρήσαμε στη δημιουργία σεναρίων μόνο με το μοντέλο Feflow. Δημιουργήθηκαν εννέα διαφορετικά σενάρια (μοντέλα πρόβλεψης): Σενάριο 1 - Αύξηση Παροχών Γεωτρήσεων, Σενάριο 2 - Μείωση Παροχών Γεωτρήσεων στο μισό, Σενάριο 3 - Απενεργοποίηση γεωτρήσεων κοντά στην Πηγή Αλμυρού, Σενάριο 4 - Γεωτρήσεις Εμπλουτισμού, Σενάριο 5 - Μείωση βροχόπτωσης 20%, Σενάριο 6 - Αύξηση βροχόπτωσης 10%, Σενάριο 7 - Μείωση βροχόπτωσης 20% και αύξηση παροχών γεωτρήσεων 50%, Σενάριο 8 - Αύξηση βροχόπτωσης 10% και μείωση παροχών γεωτρήσεων 50%, Σενάριο 9 - Αφαλάτωση και ανάλογη μείωση παροχών γεωτρήσεων. Τα αποτελέσματα των σεναρίων αξιολογήθηκαν με βάση της υδρευτικές ανάγκες του Δήμου Ηρακλείου το 2026. Τα σενάρια 1, 5 και 7 επιβαρύνουν την περιοχή μελέτης. Τα σενάρια 2, 3, 6, 8 και 9 παρουσιάζουν βελτίωση της περιοχής μελέτης. Τέλος, το σενάριο 4 φαίνεται να δίνει βιώσιμη λύση στο πρόβλημα του Αλμυρού Ηρακλείου.