Hydrodynamic and hydrochemical investigation of the transboundary aquifer system in Prespa-Ohrid watershed

Abstract

Ohrid and Prespa lakes transboundary aquifer is shared by Albania, Greece and North Macedonia. These lakes are among the oldest lakes in the world, with tectonic origin, belonging to the Pliocene epoch or upper Miocene. These two lakes have interested specialists for a long time. Hydrodynamic and hydrochemical investigation leads to the scope of these surveys, directed towards understanding factors that can cause the Prespa Lake’s water table decreasing to the lowest levels known in recent years. The hydraulic connection has always existed between these two lakes. Water movement changes that occurred in this watershed, led to the necessity of detailed hydrogeological studies, along with other science. In order to draw a scientific conclusion about hydrodynamic and hydrochemistry of the water in this transboundary aquifer, an interaction among different sciences like: hydrogeology, geology, geophysics and hydrochemistry was required. Ohrid and Prespa lakes regions construct the transboundary aquifer system. From a hydrogeological point of view, they are very heterogeneous, forming different hydrogeological complexes. So, this material was mostly handled among other geophysical methods (resistance and shallow seismic), and hydrochemical methods with Stiff diagrams construction and ionic ratio evaluations. The results of the analysis of both sciences mentioned above were very significant. As predicted, the water flow from Prespa Lake toward Ohrid Lake was dynamic not only during the dry period of time, as it was expected, but even during the wet period of the hydrologic year as well. The statistical analysis (Factor and Cluster analyses) were used to support the above mentioned researcher. One of the main application fields of stable isotope abundance was concerned with the origin and mixing of groundwater. In order to support the idea of the water supply’s origin in this region, the stable isotopes (δD and δ18O) in the water are also applied in this research. Stable isotopes analysis supports the results of the geophysics and hydrochemistry sciences. In conclusion, the hydrodynamic and hydrochemical investigation of the transboundary aquifer Ohrid and Prespa Lakes brings new data and results, which appear to be significant from the hydrogeological point of view. Finally, based on results of SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats) analysis, a set of measures and recommendations are proposed for the sustainability of the transboundary aquifer and dependent ecosystems under climatic changes. Future research should investigate in detail the climate changes and its impact on this area. This can be achieved by monitoring the water balance of the transboundary aquifer Ohrid and Prespa Lakes. The hydrogeological map construction, in the GIS program, associated with a database (Appendix A and Appendix B), was one important achievement which helped represent the final product of all the work done. In this database general hydrogeological and chemical data are given. The map was built at scale 1:50,000 and attached to the material. The Appendix C and Appendix D contain climatic daily data of the Ohrid Region, level of the Big Prespa Lake and Ohrid Lake and Tushemisht Spring quantity of the last 10 years.

Οι διασυνοριακοί υδροφορείς των λιμνών της Οχρίδας και της Πρέσπας μοιράζονται την Αλβανία, την Ελλάδα και τη Βόρεια Μακεδονία. Αυτές οι λίμνες είναι από τις παλαιότερες λίμνες του κόσμου, με τεκτονική προέλευση, που ανήκουν στην εποχή του Πλειόκαινου ή στο ανώτερο Μειόκαινου. Αυτές οι δύο λίμνες έχουν απασχολήσει ερευνητικά τους ειδικούς για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η υδροδυναμική και υδροχημική έρευνα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποσκοπεί στην κατανόηση των παραγόντων που προκάλεσαν μείωση της στάθμης του νερού της λίμνης Πρέσπας στα χαμηλότερα επίπεδα των τελευταίων χρόνων. Η υδραυλική σύνδεση μεταξύ αυτών των δύο λιμνών είχε διαπιστωθεί από παλαιότερες έρευνες. Οι αλλαγές της κίνησης του νερού που σημειώθηκαν σε αυτήν τη λεκάνη απορροής, οδήγησαν στην ανάγκη λεπτομερών υδρογεωλογικών ερευνών. Προκειμένου να εξαχθεί ένα επιστημονικό συμπέρασμα σχετικά με την υδροδυναμική και την υδροχημεία του νερού σε αυτόν τον διασυνοριακό υδροφορέα, απαιτείται συνέργεια μεταξύ διαφορετικών επιστημών όπως: υδρογεωλογία, γεωλογία, γεωφυσική και υδροχημεία. Οι περιοχές των λεκανών των λιμνών της Οχρίδας και της Πρέσπας οριοθετούν τον διασυνοριακό σύστημα των υδροφορέων. Από υδρογεωλογική άποψη είναι πολύ ετερογενείς, σχηματίζοντας διαφορετικές υδρογεωλογικές ενότητες. Έτσι, αξιοποιήθηκαν τα αποτελέσματα των γεωφυσικών μεθόδων (ηλεκτρική αντίσταση και ρηχά σεισμικά) και υδροχημικών μεθόδων με κατασκευή διαγραμμάτων Stiff και μεταβολής των ιοντικών λόγων. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης και των δύο επιστημών που αναφέρθηκαν παραπάνω ήταν πολύ σημαντικά. Όπως είχε διαπιστωθεί, η ροή του νερού από τη λίμνη της Πρέσπας προς τη λίμνη της Οχρίδας είναι δυναμική όχι μόνο κατά την ξηρή περίοδο, όπως ήταν αναμενόμενο, αλλά και κατά τη διάρκεια της υγρής περιόδου του υδρολογικού έτους. Η στατιστική ανάλυση (Factor and Cluster analysis) χρησιμοποιήθηκε για την επιβεβαίωση της προαναφερθείσας έρευνας. Ένα από τα κύρια πεδία εφαρμογής των σταθερών ισοτόπων αφορά την προέλευση και την ανάμιξη των υπόγειων υδάτων. Προκειμένου να υποστηριχθεί η πηγή προέλευσης του νερού στην περιοχή, τα σταθερά ισότοπα (δD και δ18O) στο νερό εφαρμόσθηκαν σε αυτήν την έρευνα. Η ανάλυση σταθερών ισοτόπων υποστηρίζει τα αποτελέσματα της γεωφυσικής και υδροχημικής έρευνας. Συμπερασματικά, η υδροδυναμική και υδροχημική διερεύνηση του διασυνοριακού υδροφορέα των λιμνών Οχρίδας και Μεγάλης Πρέσπας φέρνει νέα δεδομένα και αποτελέσματα, τα οποία είναι σημαντικά από υδρογεωλογική άποψη. Τέλος, με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης SWOT (Πλεονεκτήματα, Αδυναμίες, Ευκαιρίες και Απειλές), προτείνεται μια σειρά μέτρων και δράσεων για τη βιωσιμότητα του διασυνοριακού υδροφορέα και των εξαρτώμενων οικοσυστημάτων υπό συνθήκες κλιματικής κρίσης. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να διερευνήσει λεπτομερώς τις κλιματικές αλλαγές και τον αντίκτυπό τους σε αυτόν τον τομέα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί παρακολουθώντας το ισοζύγιο νερού του διασυνοριακού υδροφορέα των λιμνών Οχρίδας και Πρεσπών. Η κατασκευή υδρογεωλογικών χαρτών, στο πρόγραμμα GIS, που σχετίζεται με μια βάση δεδομένων (Παράρτημα Α και Παράρτημα Β), ήταν ένα σημαντικό επίτευγμα που βοήθησε στην αναπαράσταση του τελικού αποτελέσματος όλων των εργασιών που έγιναν. Σε αυτήν τη βάση δεδομένων δίνονται γενικά υδρογεωλογικά και υδροχημικά δεδομένα. Ο χάρτης κατασκευάστηκε σε κλίμακα 1: 50.000 και προσαρτήθηκε στο υλικό. Το Παράρτημα Γ και το Παράρτημα Δ περιέχουν κλιματικά ημερήσια δεδομένα της Περιφέρειας της Οχρίδας, τη στάθμη του νερού της λίμνης της Μεγάλης Πρέσπας και της λίμνης της Οχρίδας, καθώς και της παροχής της πηγής Tushemisht τα τελευταία 10 χρόνια.

Akuiferi ndërkufitar i liqeneve të Ohrit dhe Prespës ndahet ndermjet Shqipërise, Greqise dhe Maqedonise se Veriut. Këto liqene janë ndër liqenet më të vjetër në botë, me origjinë tektonike, që i përkasin epokës së Pliocenit ose Miocenit të Sipërm. Këto dy liqene kanë jane studiuar nga specialistë të fushave te ndryshme shkencore për një kohë të gjatë. Studimi hidrodinamik dhe hidrokimik çon drejt kuptimit të faktorëve që mund të shkaktojnë uljen e nivelit të ujit të Liqenit të Prespës në nivelet më të ulëta të njohura në vitet e fundit. Lidhja hidraulike ka ekzistuar gjithmonë midis këtyre dy liqeneve. Ndryshimet e lëvizjes së ujit që ndodhën në këtë pellg ujëmbledhës, çuan në domosdoshmërinë e studimeve të hollësishme hidrogjeologjike, së bashku me shkenca te tjera. Për të nxjerrë një përfundim shkencor rreth hidrodinamikës dhe hidrokimisë së ujit në këtë akuifer ndërkufitar, u realizua një bashkëveprim midis shkencave të ndryshme si: hidrogeologjia, gjeologjia, gjeofizika dhe hidrokimia. Rajonet e liqeneve të Ohrit dhe Prespës ndërtojnë sistemin ndërkufitar të ujëmbajtësit ne studim. Nga pikëpamja hidrogjeologjike ato janë shumë heterogjene, duke formuar komplekse të ndryshme hidrogeologjike. Pra, ky material u mor kryesisht me metodat e tjera gjeofizike (rezistenca dhe sizmika e cekët), dhe metodat hidrokimike me ndërtimin e diagrameve Stiff dhe vlerësimet e raportit jonik. Rezultatet e analizës së të dy shkencave të përmendura më lart ishin shumë domethënëse. Siç ishte parashikuar, rrjedha e ujit nga Liqeni i Prespës drejt Liqenit të Ohrit eshte dinamike jo vetëm gjatë periudhës së thatë të vitit, siç pritej, por gjithashtu edhe gjatë periudhës së lagësht të vitit hidrologjik. Analiza statistikore (Factor and Cluster analyses) u përdorën për të mbështetur studimin e përmendur më lart. Një nga fushat kryesore të aplikimit të perqendrimit të izotopeve të qëndrueshme kishte të bënte me origjinën dhe përzierjen e ujërave nëntokësore. Në mënyrë që të mbështesë idenë e origjinës së furnizimit me ujë në këtë rajon, izotopet e qëndrueshme (δD dhe δ18O) në ujë zbatohen gjithashtu në këtë studim. Analiza e izotopeve të qëndrueshme mbështet rezultatet e shkencave të gjeofizikës dhe hidrokimisë. Si përfundim, studimi hidrodinamik dhe hidrokimik i ujëmbajtësit ndërkufitar të liqeneve të Ohrit dhe Prespës sjell të dhëna dhe rezultate të reja, të cilat duket se janë të rëndësishme nga pikëpamja hidrogeologjike. Së fundmi, bazuar në rezultatet e analizës SWOT (Pikat e Forta, Dobësitë, Mundësitë dhe Kërcënimet), disa masa dhe rekomandime janë propozuar për qëndrueshmërinë e ujëmbajtësit ndërkufitar dhe ekosistemeve të varura nga ndryshimet klimatike. Kërkimet e ardhshme duhet të hetojnë në detaje ndryshimet klimatike dhe ndikimin e tyre në këtë zonë. Kjo mund të arrihet duke monitoruar bilancin e ujit të ujëmbajtësit ndërkufitar të Liqeneve të Ohrit dhe Prespës. Ndërtimi i hartës hidrogjeologjike, në programin GIS, i shoqëruar me një bazë të dhënash (Shtojca A dhe Shtojca B), ishte një arritje e rëndësishme e cila ndihmoi në prezantimin bashkekohore te produktit përfundimtar të të gjithë punës së bërë. Në këtë bazë të dhënash jepen të dhëna të përgjithshme hidrogjeologjike dhe kimike. Harta është ndërtuar në shkallën 1: 50,000 dhe i është bashkangjitur materialit. Shtojca C dhe Shtojca D përmbajnë të dhëna klimatike ditore të Rajonit të Ohrit, nivelit të Liqenit të Prespës së Madhe dhe Liqenit të Ohrit si dhe sasinë e llogaritur të Burimit te Tushemishtit (ditore) të 10 viteve të fundit.