Εφαρμοσμένη υδρογεωλογική έρευνα παράκτιων υδατικών συστημάτων: η περίπτωση του παράκτιου τμήματος Αταλάντης Ν. Φθιώτιδας

Abstract

The objective goal of this doctoral thesis is the profound exploration and understanding of the geological, geomorphological, hydrogeological – hydrological, hydrometeorological – climatological and hydrogeochemical conditions of Atalanti river basin (eastern part of Fthiotida prefecture) in order to establish as accurately as possible the study area’s conceptual model and implement simulation models of groundwater flow, solute transport as well as seawater intrusion derived mainly from wells’ overpumping and overexploitation in coastal zone. The application of these calibrated mathematical models has resulted in the possibility of a future assessment of aquifer’s status and its natural balance restoration. This research aims at detailed knowledge and analysis of aquifers operation so it is possible to make recommendations with particular reference to rational exploitation for the region’s sustainable development while maintaining the quantitative and qualitative status. The present thesis also refers to geophysical soundings in order to explore the aquifer’s thickness as well as the impermeable formation depth. Additionally, floods vulnerability and landslides susceptibility are investigated capturing the areas prone to flood and landslide incidents.Also, the groundwater hydrochemistry is of equal importance in order to draw valuable conclusions concerning the groundwater’s hydrogeochemical origin, the hydrochemical water type classification and the extent of nitrates (NO3-) degradation due to region’s intensive cultivation as a result from the extensive use of fertilizers and pesticides, rich in nitrogen (N). Through hydrochemical knowledge conclusions can be drawn about the alluvial aquifer’s vulnerability defining the areas more susceptible to pollution. The application of modern research methodologies such as isotope hydrology as well as standard ones, is aimed at better understanding the groundwater’s residence time within the geological formations, the flow velocity as well as the recharge elevation (stable isotopes of 18O and 2H). Hydrochemically speaking, the groundwater is considered fresh except for those areas nearby the coastline where seawater intrusion is the dominant factor of local salinization. Moreover, the groundwater is locally overburdened in nitrate salts due to extensive use of fertilizers and pesticides that makes it unsuitable for human consumption and use.The adequate knowledge of the formations’ hydrogeological regime and hydraulic properties combined with the regional hydrometeorological characteristics has resulted in hydrological balance estimation assessing the regulatory, renewable and exploitable groundwater resources. Finally, one of the basic thesis dissertations was the extensive field work taken place in the initial stages for the primary data collection and recording as well as for the certification of the secondary data accuracy and conclusions’ outcome.

Η παρούσα Διδακτορική διατριβή έχει ως αντικειμενικό στόχο τη σε βάθος διερεύνηση των γεωλογικών, γεωμορφολογικών, υδρογεωλογικών – υδρολογικών, υδρομετεωρολογικών – κλιματολογικών και υδρογεωχημικών συνθηκών της ευρύτερης περιοχής της λεκάνης απορροής της Αταλάντης (Νομός Φθιώτιδας), προκειμένου να καταρτισθεί όσο το δυνατόν ακριβέστερα το εννοιολογικό μοντέλο της περιοχής έρευνας και να εφαρμοστούν μοντέλα προσομοίωσης της ροής του υπόγειου νερού, της μεταφοράς ρύπων και της θαλάσσιας διείσδυσης, προερχόμενη κυρίως από την υπεράντληση και υπερεκμετάλλευση των υδροληπτικών έργων της παράκτιας ζώνης. Η εφαρμογή αυτών των μαθηματικών μοντέλων και η ακριβέστερη βαθμονόμησή τους έχει ως αποτέλεσμα τη δυνατότητα μελλοντικής εκτίμησης της κατάστασης του υδροφορέα και την επαναφορά του στη φυσική του ισορροπία. Η έρευνα αυτή αποσκοπεί στη λεπτομερή γνώση και ανάλυση του τρόπου, με τον οποίο λειτουργούν τα υδατικά συστήματα, ώστε να είναι δυνατό να γίνουν προτάσεις με κύριο γνώμονα την ορθολογική τους εκμετάλλευση, ούτως ώστε να συνεισφέρουν στη βιώσιμη ανάπτυξη της περιοχής, με παράλληλη διατήρηση της ποσοτικής και ποιοτικής τους κατάστασης. Η παρούσα διατριβή αναφέρεται επίσης και στις μελέτες, που έχουν γίνει στο πλαίσιο γεωφυσικών διασκοπήσεων, προκειμένου να διερευνηθεί τόσο το πάχος του υδροφορέα όσο και το βάθος του αδιαπέρατου – υδροστεγανού υποβάθρου της λεκάνης της Αταλάντης, καθώς και τα πιθανά υδροφόρα στρώματα. Επιπλέον, διερευνάται η ευρύτερη περιοχή σε θέματα τρωτότητας πλημμυρών και επιδεκτικότητας σε κατολισθήσεις αποτυπώνοντας τις περιοχές που παρουσιάζονται πιο επιρρεπείς σε πλημμυρικά και κατολισθητικά φαινόμενα. Επίσης, εξίσου σημαντική θεωρείται η υδροχημεία του υπόγειου νερού, προκειμένου να εξαχθούν πολύτιμα συμπεράσματα σχετικά με την υδρογεωχημική προέλευση του υπόγειου νερού, την κατάταξή του σε υδροχημικούς τύπους και την έκταση της υποβάθμισής του από νιτρικά ιόντα (NO3-), εξαιτίας της εντατικής καλλιέργειας από την εκτεταμένη χρήση λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων πλούσια σε άζωτο (Ν). Μέσα από τη γνώση της υδροχημείας προκύπτουν συμπεράσματα σχετικά με την τρωτότητα του αλλουβιακού υδροφορέα της περιοχής, οριοθετώντας με αυτόν τον τρόπο τις περιοχές εκείνες, οι οποίες θεωρούνται περισσότερο ευάλωτες και ευπρόσβλητες σε ρύπανση. Η εφαρμογή σύγχρονων μεθοδολογιών έρευνας, παράλληλα με τις κλασικές, όπως η ισοτοπική υδρολογία, έχει ως σκοπό την πληρέστερη κατανόηση του χρόνου παραμονής του υπόγειου νερού στους γεωλογικούς σχηματισμούς, την ταχύτητα ροής εντός αυτών και του υψομέτρου τροφοδοσίας (σταθερά ισότοπα 18Ο και 2Η). Από υδροχημικής πλευράς, το υπόγειο νερό γενικά χαρακτηρίζεται φρέσκο εκτός από τις περιοχές πλησίον της ακτογραμμής, στις οποίες διαφαίνεται η επίδραση της θαλάσσιας διείσδυσης προκαλώντας τοπικά υφαλμύριση. Επίσης, το υπόγειο νερό είναι ιδιαίτερα βεβαρυμμένο σε νιτρικά άλατα, λόγω της εκτεταμένης χρήσης λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων, γεγονός που το καθιστά ενίοτε ακατάλληλο για ανθρώπινη κατανάλωση και χρήση.Η επαρκής γνώση του υδρογεωλογικού καθεστώτος και των υδραυλικών παραμέτρων των γεωλογικών σχηματισμών σε συνδυασμό με τα υδρομετεωρολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής έχουν ως αποτέλεσμα την κατάρτιση υδρολογικού ισοζυγίου και την εκτίμηση των ρυθμιστικών, ανανεώσιμων και εκμεταλλεύσιμων ποσοτήτων υπόγειου νερού. Τέλος, βασικό τμήμα της διατριβής, αποτέλεσε η εκτεταμένη εργασία υπαίθρου, η οποία έλαβε χώρα τόσο κατά τα αρχικά στάδια, για τη συλλογή και αποτύπωση των πρωτογενών δεδομένων, όσο και κατά τα μεταγενέστερα, για την πιστοποίηση της ακρίβειας των δευτερογενών δεδομένων και τον έλεγχο των συμπερασμάτων.