Περιβαλλοντική, υδρογεωχημική έρευνα στη λεκάνη των Μεγάρων

Abstract

The objectives of this dissertation are the assessment of groundwater quality in the Megara basin, the evaluation of the suitability of groundwater for various uses and the determination of main factors controlling groundwater quality in the study area. The methodology applied in this study includes: (a) groundwater sampling during wet and dry seasons, (b) soil sampling from locations in the vicinity of the water sampling sites, (c) determination of physicochemical parameters of groundwater, (d) chemical analysis of major and trace elements contents in the groundwater samples, (e) chemical analysis of the trace elements contents and application of sequential extraction procedure in soil samples, (f) calculation of the hydrological budget, (g) statistical treatment of the hydrochemical dataset and interpretation of results, (h) development of a digital database. According to the results of the sequential extraction procedure, the Cd soil contents are attributed to anthropogenic activities such as the usage of fertilizers. Concentrations of Mn and Zn in soils are mainly associated with the manganese oxides which presents within the marls and Neogene formations. Concentrations of Cr, Co and Ni in soils are mainly attributed to the weathering products of ultramafic rocks. Factor analysis applied on the soils dataset revealed two factors which affect the composition of soils: Factor 1 consists of the elements Ni, Co, Mn and Cr and interprets the presence of ultramafic rocks in Neogene formations of the basin. Factor 2 consists of the elements Cu, Zn, Mn and Cd indicating the presence of oxides in the Neogene and Quaternary formations. The higher concentrations of Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻ for both sampling seasons were observed in the coastal areas of Megalo Pefko, Nea Peramos, Lakkoi Kalogirou, Psatha, Ag.Ioannis, Dourakos and the city of Megara. This is attributed to the processes of seawater intrusion and infiltration of domestic sewage. The 58,33% of the groundwater samples collected during the wet season and 61,54% during the dry season, exceeded the parametric values for drinking purposes given by the EU Directive (98/83/EC). The Durov diagram reveals that the prevailing hydrochemical type in the central part of the basin is Mg-HCO₃; while Na-Cl and Mg-Cl are the prevailing hydrochemical types in coastal areas for both sampling seasons. Factor analysis applied in the datasets of both seasons, revealed two common significant factors which affects the composition of groundwater: Factor 1 (salinity factor), which consists of high positive scores of Br⁻, Ca²⁺, Cl⁻, Mg²⁺, Na+, SO₄²⁻ and TDS and Factor 2 (geochemical factor), which consists of high positive scores of Mg²⁺, Br⁻, Cl⁻, Na⁺, SiO₂, TDS, Cr, Ni, NO₃⁻ and Mn. In conclusion, the groundwater quality in Megara basin is mainly controlled by the seawater intrusion, the intensive agricultural practices and the weathering of ultramafic fragments.

Στόχοι της διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της ποιότητας του υπόγειου νερού στη λεκάνη των Μεγάρων, η αξιολόγηση της καταλληλότητας του υπόγειου νερού για διάφορες χρήσεις και ο προσδιορισμός των κύριων παραγόντων που ελέγχουν την ποιότητα του υπόγειου νερού στην περιοχή έρευνας. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει: (α) συλλογή δειγμάτων υπόγειου νερού κατά την υγρή και ξηρή περίοδο, (β) συλλογή δειγμάτων εδαφών από δυο εδαφικούς ορίζοντες πλησίον των θέσεων δειγματοληψίας του υπόγειου νερού, (γ) προσδιορισμό φυσικοχημικών παραμέτρων υπόγειου νερού, (δ) χημικές αναλύσεις κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων των δειγμάτων υπόγειου νερού, (ε) χημικές αναλύσεις ιχνοστοιχείων και διαδοχικές εκχυλίσεις στα δείγματα εδαφών, (ζ) εκτίμηση υδρολογικού ισοζυγίου, (στ) στατιστική επεξεργασία υδροχημικών αναλύσεων και ερμηνεία των αποτελεσμάτων, η) δημιουργία ψηφιακής βάσης δεδομένων. Από τη μέθοδο των διαδοχικών εκχυλίσεων στα εδαφικά δείγματα προέκυψε ότι: τo Cd στα εδάφη σχετίζεται με ανθρωπογενείς δραστηριότητες όπως η χρήση λιπασμάτων. Τα στοιχεία Mn και Zn σχετίζονται με τα οξείδια μαγγανίου που απαντούν στις μάργες των Νεογενών σχηματισμών. Τα στοιχεία Cr, Co, Ni σχετίζονται με τα προϊόντα αποσάθρωσης των υπερβασικών πετρωμάτων. Η παραγοντική ανάλυση των αναλυτικών δεδομένων των δειγμάτων εδάφους, ερμηνεύει το 81,08% της συνολικής διακύμανσης: Ο Παράγοντας 1 αποτελείται από τα στοιχεία Ni, Co, Mn και Cr και αποδίδεται στην παρουσία τεμαχών υπερβασικών πετρωμάτων στους Νεογενείς σχηματισμούς. Ο Παράγοντας 2 περιλαμβάνει τα στοιχεία Cu, Zn, Mn και Cd και αποδίδεται στην παρουσία οξειδίων Mn στους Νεογενείς και Τεταρτογενείς σχηματισμούς. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻ και για τις δυο περιόδους δειγματοληψίας καταγράφονται στις παραλιακές περιοχές Μεγάλο Πεύκο, Νέα Πέραμος, Λάκκοι Καλογήρου, Ψάθα, Αγ. Ιωάννης, Ντουράκος και στην πόλη των Μεγάρων. Αυτό αποδίδεται στη διαδικασία της θαλάσσιας διείσδυσης και στη διήθηση οικιακών λυμάτων. Το 58,33% των δειγμάτων υπόγειου νερού της υγρής περιόδου και το 61,54% της ξηρής περιόδου υπερβαίνουν τις αντίστοιχες παραμετρικές τιμές της Κοινοτικής Οδηγίας (98/83/EΚ). Σύμφωνα με το διάγραμμα Durov ο επικρατέστερος υδροχημικός τύπος στο κεντρικό τμήμα της λεκάνης είναι ο τύπος Mg-HCO₃, ενώ οι τύποι Na-Cl και Mg-Cl είναι οι επικρατέστεροι υδροχημικοί τύποι στις παραλιακές περιοχές. Η παραγοντική ανάλυση ανέδειξε δύο κοινούς σημαντικούς παράγοντες και για τις δυο περιόδους δειγματοληψίας οι οποίοι ελέγχουν τη χημική σύσταση του υπόγειου νερού. Οι παράγοντες είναι: Παράγοντας 1 (παράγοντας αλατότητας) παρουσιάζει υψηλά θετικά φορτία για Br⁻, Ca²⁺, Cl⁻, Mg²⁺, Na+, SO₄²⁻ και TDS και Παράγοντας 2 (γεωχημικός παράγοντας) παρουσιάζει υψηλά θετικά φορτία των παραμέτρων Mg²⁺, Br⁻, Cl⁻, Na⁺, SiO₂, TDS, Cr, Ni, NO₃⁻ και Mn. Συμπερασματικά, η ποιότητα του υπόγειου νερού της λεκάνης των Μεγάρων, καθορίζεται κυρίως από τη θαλάσσια διείσδυση, την εντατική αγροτική δραστηριότητα και την αποσάθρωση των υπερβασικών πετρωμάτων.