Διερεύνηση Των Μηχανισμών Ποσοτικής Και Ποιοτικής Υποβάθμισης Των Υδατικών Και Εδαφικών Πόρων Στη Λεκάνη Δομοκού Από Φυσικές Και Ανθρωπογενείς Επιδράσεις

Abstract

Η παρούσα διατριβή διερευνά τους παράγοντες γεωγενούς και ανθρωπογενούς προέλευσηςπου επηρεάζουν την ποιότητα των υπόγειων και επιφανειακών νερών καθώς και εδαφών στηλεκάνη του οροπεδίου Δομοκού. Προσδιορίζεται επιπλέον η γεωμορφολογία της περιοχής,καταγράφεται η επιφανειακή απορροή και υπολογίζονται οι παράμετροι του υδρολογικούισοζυγίου.Η περιοχή έρευνας βρίσκεται στην κεντρική Ελλάδα στο όρος Όθρυς, το οποίο χωρίζει τηθεσσαλική πεδιάδα από το Μαλιακό κόλπο και την κοιλάδα του Σπερχειού, μεταξύ τωνσυντεταγμένων Χmin:362.126 m, Xmax:371.500 m στον άξονα Δ-Α και Ymin:4.316.293 m,Yax:4.341.943 m στον άξονα Ν-Β. Αποτελείται από τις υδρολογικές λεκάνες της Ξυνιάδαςπου αποτελεί τη λεκάνη απορροής της κεντρικής αποστραγγιστικής τάφρου της πρώην λίμνηςΞυνιάδος και της Σκοπιάς που αποτελεί τη λεκάνη απορροής του άνω ρου του Ενιππέαποταμού. Η συνολική έκταση της περιοχής είναι 606,69 km2 με περίμετρο 146,72 km, μήκοςκαι πλάτος 39,79 km και 15,24 km αντίστοιχα. Η μέση κλίση του οροπεδίου είναι 10,230 καιτο μέσο υψόμετρο 609 m, χαρακτηρίζοντας τη λεκάνη ως ημιορεινή. Το υψομετρικόολοκλήρωμα είναι 24,26%, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η λεκάνη βρίσκεται σεμεταβατικό στάδιο (monadnock phase).Η λεκάνη Ξυνιάδας με έκταση 167,90 km2, περίμετρο 66,19 km και μέσο υψόμετρο 540 m,παρουσιάζει συνολικό αριθμό κλάδων υδρογραφικού δικτύου 539, με το συνολικό μήκος τουςνα φθάνει τα 340,7 km, ενώ η μορφή του μπορεί να χαρακτηριστεί κατά τόπους δενδριτική καιπαράλληλης μορφής. Η λεκάνη Σκοπιάς με έκταση 438,79 km2 και περίμετρο 116,06 km, έχεισυνολικό αριθμό κλάδων υδρογραφικού δικτύου 2.303 με συνολικό μήκος 1.253,5 km καισχήμα δενδριτικό. Οι αριθμοί των κλάδων όλων των τάξεων του υδρογραφικού δικτύου καιγια τις δύο λεκάνες εμφανίζουν σημαντική αρνητική απόκλιση από τις ιδανικές τιμές,σύμφωνα με τους νόμους του Horton, απέχοντας από την ιδανική ανάπτυξη που θα επέτρεπετη βέλτιστη αποστράγγιση των λεκανών.Η λεκάνη του οροπεδίου ανήκει στο σύνολό της στην Υποπελαγονική γεωτεκτονική ζώνημε κύριο χαρακτηριστικό τις μεγάλες οφιολιθικές μάζες. Η γεωλογική διάρθρωσηπεριλαμβάνει αλλουβιακές προσχώσεις, σχηματισμούς του νεογενούς, φλύσχη,ασβεστόλιθους, σχιστοκερατολιθική διάπλαση και οφιόλιθους. Επικρατέστεροι σχηματισμοίείναι οι τεταρτογενείς αποθέσεις και οι οφιόλιθοι με 26,87% και 25,59% αντίστοιχα.Για τον υπολογισμό των κατακρημνισμάτων και της θερμοκρασίας χρησιμοποιήθηκε ηάμεση ολοκλήρωση με συνδυασμό της υψομετρικής και της μεθόδου των σταθμισμένωναντίστροφων αποστάσεων. Η ετήσια βροχόπτωση ανέρχεται για τη λεκάνη Ξυνιάδας σε 594,1mm βροχής και η μέση ετήσια θερμοκρασία σε 14,8oC, ενώ για την λεκάνη Σκοπιάς σε 697,9mm βροχής και 14,8oC αντίστοιχα. Η δυνητική εξατμισοδιαπνοή, όπως υπολογίστηκε με τημέθοδο του Thornthwaite, ανέρχεται σε 843,7 mm βροχής για τη λεκάνη Ξυνιάδας και 827,5mm βροχής για τη λεκάνη Σκοπιάς. Οι τιμές του δείκτη ξηρασίας Lang και για τις δύολεκάνες, εμφανίζουν το κλίμα τους μήνες από Ιούνιο έως και Αύγουστο ως υπέρξηρο, ενώ απότα ομβροθερμικά διαγράμματα διαπιστώνεται ότι η αρδευτική περίοδος του έτους και για τιςδύο λεκάνες, διαρκεί από το τελευταίο δεκαήμερο του Απριλίου μέχρι το τέλος Σεπτεμβρίου.Η ολική απορροή του οροπεδίου Δομοκού υπολογίστηκε από τις μετρήσεις της παροχήςτων ποταμών σε τρία σημεία, για 18 συνολικά μήνες παρατηρήσεων. Οι μέγιστες τιμέςπαρατηρούνται τον Ιανουάριο του 2010 και οι ελάχιστες το καλοκαίρι του ίδιου έτους. Από τοοροπέδιο απορρέουν συνολικά σε ετήσια βάση 77.223.046,91 m3 νερού από τα οποία τα27.543.038,02 m3 από τη λεκάνη Ξυνιάδας και τα 49.680.008,9 m3 από τη λεκάνη Σκοπιάς.Το υδρολογικό ισοζύγιο εκτιμήθηκε με το αδρομερές εννοιολογικό μοντέλο «ΖΥΓΟΣ». Στηλεκάνη Ξυνιάδας η πραγματική εξατμισοδιαπνοή αποτελεί το 62,7% των κατακρημνισμάτων,η απορροή το 22,5% και η κατείσδυση το 14,8%, ενώ το σφάλμα επί της ετήσιας τιμής βροχόπτωσης που υπολογίστηκε με χωρική ολοκλήρωση είναι 4,8% και είναι αποδεκτό. Στηλεκάνη Σκοπιάς η πραγματική εξατμισοδιαπνοή αποτελεί το 64,2% των κατακρημνισμάτων, ηαπορροή το 22,8% και η κατείσδυση το 13,0%. Το σφάλμα επί της ετήσιας τιμής βροχόπτωσηςπου υπολογίστηκε με χωρική ολοκλήρωση είναι 0,3% και θεωρείται αμελητέο.Οι υδρογεωλογικοί σχηματισμοί της περιοχής έρευνας ταξινομούνται σε υδροπερατούς,ημιπερατούς και υδατοστεγείς σχηματισμούς. Στους υδροπερατούς ταξινομούνται όλοι οιανθρακικοί σχηματισμοί και οι ανθρακικοί ορίζοντες που αναπτύσσονται εντός τωνσχιστολίθων. Αποτελούν λόγω της έντονης καρστοποίησής τους τον πλουσιότερο υδροφορέατης περιοχής. Στους ημιπερατούς ανήκουν όλα τα κοκκώδη πετρώματα, τα διερρηγμέναπετρώματα των οφιόλιθων, ενώ στους υδατοστεγείς σχηματισμούς ταξινομούνται οι άργιλοικαι οι pillow λάβες του οφιολιθικού συμπλέγματος. Η κίνηση των υπογείων υδάτων στονπροσχωματικό υδροφόρο έχει παρόμοια κατεύθυνση με αυτή των επιφανειακών, Β-ΒΑ στηλεκάνη Σκοπιάς και ΒΔ στη λεκάνη Ξυνιάδας.Στα εδάφη της περιοχής επικρατούν τα χονδρόκοκκα κλάσματα της άμμου και είναιαμμοπηλώδη και πηλοαμμώδη, ελαφρώς αλκαλικά έως μέτρια αλκαλικά και επικρατούν οιοξειδωτικές συνθήκες με μέση τιμή δυναμικού οξειδοαναγωγής 286,7 mV. Η ηλεκτρικήαγωγιμότητα κινείται σε χαμηλά επίπεδα με μέση τιμή 501 μS/cm, ενώ τα εδάφη είναιανεπαρκώς εφοδιασμένα σε οργανική ουσία σε ποσοστό 62% λόγω των υψηλών ποσοστώνάμμου που περιέχουν. Ποσοστό 32% των εδαφών χαρακτηρίζονται ασβεστούχα εξαιτίας τηςυψηλής περιεκτικότητάς τους σε CaCO3. Τα εδάφη στην πλειοψηφία τους χαρακτηρίζονται ωςφτωχά.Οι υψηλές ολικές συγκεντρώσεις σιδήρου και μαγγανίου συνδέονται με την έντονηπαρουσία των οξειδίων τους στα καστανοκόκκινα εδάφη της περιοχής, ενώ η ισχυρή ύπαρξητων βασικών και υπερβασικών πετρωμάτων είναι η αιτία της έντονης παρουσίας των Co, Niκαι Cr. Οι υδατοδιαλυτές μορφές των Fe και Ni εμπλουτίζουν τα υπόγεια και επιφανειακάνερά της περιοχής έρευνας, σε αντίθεση με το Pb και το Cο που λόγω του δυσκίνητουχαρακτήρα τους εμφανίζονται μόνο σε ίχνη. Οι υψηλές τιμές pH και CaCO3 της περιοχήςέρευνας, μειώνουν την κινητικότητα και βιοδιαθεσιμότητα των μεταλλικών ιχνοστοιχείων καιείναι η αιτία της μικρής ποσοστιαίας συμμετοχής των υδατοδιαλυτών μορφών επί των ολικών.Τα βαρέα ιχνοστοιχεία Fe, Mn, Pb και Cο κυριαρχούν στις ανταλλάξιμες μορφές, ενώ οισυνδεδεμένες στα οξείδια Fe και Mn, οργανικές και ανθρακικές ενώσεις μορφές, εμφανίζουνυψηλές τιμές στα Fe, Mn, Ni, Cu και Co. Αποδίδονται στην τάση των συγκεκριμένωνμετάλλων να συνδέονται με τα οξείδια Fe και Mn, τις ανθρακικές ενώσεις και ναπροσροφώνται στην οργανική ύλη. Οι δεσμευμένες στο πλέγμα των πρωτογενών ορυκτώνμορφές παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις Fe, Mn, Co, Ni και Cr, διαπίστωση πουσυνδέεται με την ισχυρή παρουσία των μετάλλων αυτών στα μητρικά πετρώματα.Η σύγκριση των λεκανών εμφανίζει στη λεκάνη Ξυνιάδας λόγω της πρώην λίμνηςυψηλότερες τιμές οργανικής ουσίας και ηλεκτρικής αγωγιμότητας και Ni και Cr λόγω τηςπαρουσίας των οφιόλιθων. Στη λεκάνη Σκοπιάς οι τιμές Fe, Mn και Zn είναι υψηλότερεςεξαιτίας της παρουσίας των μετάλλων σε εδάφη που έχουν προέλθει από την αποσάθρωσηασβεστόλιθων, σε ιζηματογενή πετρώματα, σε σχιστόλιθους και αργιλώδη ιζήματα.Η στατιστική ανάλυση προσδιορίζει την ταυτόχρονη παρουσία Fe και Zn στα μητρικάπετρώματα, τη σύνδεση του Cu με τα οξείδια Mn στα βασικά πετρώματα και την προέλευσητων Ni, Cr, Co και Pb από το πλούσιο οφιολιθικό γεωλογικό υπόβαθρο. Τα εδάφηπαρουσιάζουν επιβάρυνση γεωγενούς προέλευσης σε Co, Ni και Cu, καθώς ξεπερνούν τομέγιστο αποδεκτό όριο ρύπανσης εδαφών της «The New Dutchlist». Οι ανθρωπογενείςδραστηριότητες όπως η εφαρμογή αγροχημικών δρουν σε μικρό βαθμό (<0,01%) καιαθροιστικά στις συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων στα εδάφη της περιοχής.Στα υπόγεια νερά των χαλαρών αποθέσεων τα Ca+2 και Mg+2 είναι τα επικρατούντακατιόντα και τα HCO3-, SO42- και NO3- είναι τα ανιόντα που υπερισχύουν. Η παρουσία των NO3- οφείλεται στη χρήση λιπασμάτων, ενώ τα νερά αυτά παρουσιάζουν υψηλότερηηλεκτρική αγωγιμότητα και T.D.S. λόγω της διάλυσης των ιζηματογενών πετρωμάτων. Τανερά από τους σχηματισμούς του φλύσχη έχουν υψηλότερη σκληρότητα και επικρατέστερακατιόντα τα Ca+2 και Na+ και ανιόντα τα HCO3- και NO3- λόγω της χρήσης λιπασμάτων. Σεαντίθεση, τα νερά από ασβεστόλιθους εμφανίζουν χαμηλότερη σκληρότητα και ηλεκτρικήαγωγιμότητα με καλύτερα ποιοτικά χαρακτηριστικά, ενώ τα νερά από οφιόλιθους έχουνεπικρατέστερα κατιόντα τα Mg+2 και ακολουθούν τα Ca+2 και ανιόντα τα HCO3-, NO3- και ταSO42-.Η σύγκριση της υγρής με την ξηρή περίοδο εμφανίζει τις τιμές των υδροχημικώνπαραμέτρων αυξημένες κατά την ξηρή περίοδο, γεγονός που αποδίδεται στην ανάμιξη νερώναπό πιο μεγάλα βάθη με την κυκλοφορία του νερού στις υδρογεωτρήσεις. Η σύγκριση μεταξύτων λεκανών εμφανίζει στη λεκάνη Ξυνιάδας επικρατούντα κατιόντα τα Ca2+ και Na+ καιανιόντα τα HCO3- και SO42- λόγω του λιμναίου περιβάλλοντος και της τροφοδοσίας τωνυπόγειων υδροφορέων από ανθρακικούς και οφιολιθικούς σχηματισμούς. Οι υψηλότερες τιμέςτων Na+, Cl-, HCO3-, Mn αποδίδονται στην ύπαρξη εβαποριτικών στρωμάτων και του Mgλόγω της παρουσίας των οφιόλιθων. Οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου καιΝΟ3- με υψηλότερες τις τιμές των ΝΗ4+ αποδίδονται στην αποδόμηση της οργανικής ύλης.Στο δυτικό τμήμα της λεκάνης διαπιστώνονται θερμοκρασίες (>21,0oC), υποδηλώνοντας τηνκυκλοφορία θερμών νερών.Στη λεκάνη Σκοπιάς τα κατιόντα που επικρατούν είναι τα Ca2+ και Mg2+ και ανιόντα ταHCO3- και NO3-. Η παρουσία των NO3- συνδέεται με την εφαρμογή λιπασμάτων, ενώ τωνυπόλοιπων στοιχείων είναι γεωγενούς προέλευσης. Οι παρατηρούμενες αυξητικές τάσεις τηςηλεκτρικής αγωγιμότητας αποδίδονται στη διαρροή αστικών λυμάτων, ενώ οι θερμοκρασίεςτων νερών κυμαίνονται σε χαμηλά επίπεδα λόγω της τροφοδότησης τους με νερά τωνκαρστικών μαζών της Όθρυος. Οι δύο λεκάνες χαρακτηρίζονται από σχετικά χαμηλές τιμέςTDS, υψηλές τιμές Fe λόγω της παρουσίας των οξειδίων του και Ni και Cr εξαιτίας τηςπαρουσίας υπερβασικών πετρωμάτων, με επικρατούσα μορφή του χρωμίου να είναι τουδροξυ-σύμπλοκο [Cr(OH)3 aq.] του τρισθενούς χρωμίου.Οι υπόγειοι υδροφορείς στην περιοχή έρευνας έχουν επικρατέστερο υδροχημικό τύπο τονCa-Mg-HCO3, και είναι φρέσκα νερά που έχουν γρήγορο εμπλουτισμό και ανανέωση. Είναι σεποσοστό 42% μικτά νερά ή νερά διαλυτοποίησης με ακαθόριστο υδροχημικό τύπο. Ηυδροχημική εξέλιξη των υπολοίπων νερών καθορίζεται από τις φάσεις Ca-HCO3, Mg-HCO3,Na-HCO3, Ca-Cl και Mg-Cl. Η υδρογεωχημική προσομοίωση έδειξε ότι τα κύρια ορυκτά τωνπετρωμάτων της περιοχής μελέτης που διαλύονται στα υπόγεια νερά είναι αλίτης (NaCl),ασβεστίτης (CaCO3), δολομίτης (CaMg(CO3)2) και ανυδρίτης (CaSO4∙2H2O). Τα νεράεμφανίζονται ακόρεστα σε γύψο και ανυδρίτη (CaSO4∙2H2O), σε φθορίτη (CaF2), σε σιδερίτη(FeCO3) και σε μαγνησίτη (MgCO3). Αντιθέτως είναι κορεσμένα σε ασβεστίτη (CaCO3), σεαραγωνίτη (CaCO3) και σε δολομίτη (CaMg(CO3)2).Η παραγοντική ανάλυση υποδεικνύει τη ρύπανση των περισσότερων πηγών από τηνέλλειψη αποχετευτικού δικτύου των οικισμών και τη χρήση λιπασμάτων και αποκαλύπτει τηνύπαρξη εβαποριτικής κρούστας που τροφοδοτεί τα υπόγεια νερά της περιοχής της πρώηνλίμνης με Na, Mn, Cl και HCO3-. Επιπλέον συνδέει την παρουσία των NO3-, NH4+ και Κ+ σταυπόγεια νερά με τη χρήση λιπασμάτων και των F-, PO43-και Ni με την ύπαρξη ηφαιστειογενώνκαι υπερβασικών πετρωμάτων. Η ανάλυση κατά ομάδες ομαδοποιεί τους υπόγειουςυδροφόρους βάσει του ρυπαντικού τους φορτίου και της κοινής τροφοδοσίας τους απόοφιολιθικούς και ανθρακικούς σχηματισμούς.Οι συγκεντρώσεις Ca2+, NO3-, Br- και των βαρέων μετάλλων Fe, Mn, Zn, Cd, Ni και Crπαρουσιάζουν τιμές πάνω από το ανώτατο επιτρεπτό όριο της Ε.Ε., ενώ η κατά Richardsταξινόμηση παρουσιάζει τα υπόγεια νερά με μικρό κίνδυνο αλκαλίωσης και μέσο κίνδυνο αλατότητας. Τα νερά γενικά θεωρούνται ακατάλληλα για ύδρευση και κατάλληλα γιαάρδευση.Η σύγκριση των χωρικών κατανομών εδαφών και υπογείων νερών υποδεικνύει σαν πηγήπροέλευσης Fe στα υπόγεια νερά την παρουσία των οξειδίων του στα εδάφη και αυτή του Mnτα εβαποριτικά στρώματα στην περιοχή της πρώην λίμνης. Σε αντίθεση η απουσία των Cu καιCo αποδίδεται στο δυσκίνητο χαρακτήρα των μετάλλων, ενώ η προέλευση του Zn συνδέεταιμε τη χρήση λιπασμάτων. Ακόμη επιβεβαιώνεται ο γεωγενής και ανθρωπογενής χαρακτήραςτου Cd, η γεωγενής προέλευση του Pb και ισχυροποιείται το συμπέρασμα της γεωγενούςπροέλευσης των Ni και Cr στα υπόγεια νερά.Τα επιφανειακά νερά της περιοχής έρευνας παρουσιάζουν παρόμοιο υδροχημισμό με ταυπόγεια νερά, ο οποίος συνδέεται με τη διάλυση των υποστρωμάτων των ποταμών. ΣτονΕνιππέα επικρατούν τα Ca2+ που σχετίζονται με την ύπαρξη των ανθρακικών σχηματισμών καιτα NO3- λόγω της έκπλυσης λιπασμάτων. Στην τάφρο υπερισχύουν τα Mg2+, που συνδέονταιμε την ανάπτυξη των οφιόλιθων, τα HCO3- και τα SO42- που σχετίζονται με την έντονηπαρουσία της οργανικής ύλης και τα ΝΗ4+ λόγω χρήσης αμμωνιακών λιπασμάτων καιρυπογόνων φορτίων από κτηνοτροφικές μονάδες. Οι τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας τωνTDS και των SO42-, NO3-, ΡΟ43- και ΝΗ4+ παρουσιάζονται υψηλότερες στη Μαντασιά σεσχέση με το τμήμα του Ενιππέα στη Σκοπιά λόγω της έκπλυσης αγροχημικών.Η παρουσία των βαρέων μετάλλων Fe, Ni, Cr συνδέεται με την ύπαρξη οξειδίων Fe καιυπερβασικών πετρωμάτων στα υποστρώματα των ποταμών. Τα νερά του Ενιππέα έχουνυδροχημικό τύπο Ca-HCO3 και είναι κυρίως νερά μίξης ή νερά διαλυτοποίησης. Τα νερά τηςτάφρου είναι του υδροχημικού τύπου Mg-HCO3 λόγω της παρουσίας των οφιόλιθων και στομεγαλύτερο ποσοστό τους βρίσκεται σε εξέλιξη το φαινόμενο της κατιοανταλλαγής. Ηυδροχημική τους εξέλιξη καθορίζεται από τις φάσεις Ca-HCO3, Mg-HCO3, Na-HCO3.Η παραγοντική ανάλυση συνδέει τα νερά της τάφρου με γεωγενείς επιδράσεις, με τη χρήσηλιπασμάτων και με λύματα κτηνοτροφικών μονάδων και συσχετίζει τα νερά του Ενιππέα με τηδιάβρωση των ανθρακικών σχηματισμών και οξειδίων Fe των υποστρωμάτων του. Οισυγκεντρώσεις των Ca2+, Mg2+, ΝΗ4+ και Br- όπως και των βαρέων μετάλλων Fe, Ni, Crπαρουσιάζουν τιμές πάνω από τα ανώτατα επιτρεπτά όρια που θέτει η Ε.Ε. για τα πόσιμα νερά,ενώ η μορφή Cr που επικρατεί είναι το υδροξυ-σύμπλοκο [Cr(OH)3 aq.] του τρισθενούςχρωμίου. Η κατά Richards ταξινόμηση εμφανίζει τα νερά του Ενιππέα με μικρότερο κίνδυνοαλατότητας από εκείνα της αποστραγγιστικής τάφρου, κάνοντάς τα καταλληλότερα γιαάρδευση.Το ετήσιο ρυπαντικό φορτίο που μεταφέρεται από τα ποτάμια προς τη Θεσσαλίαυπολογίστηκε με την αντιστοίχιση της μηνιαίας απορροής με τις μηνιαίες συγκεντρώσεις τωνστοιχείων και την άθροιση των μηνιαίων τιμών. Από τον Ενιππέα μεταφέρονται 1.069,33 τόνοιNO3-, 6,57 τόνοι Fe και 3,09 τόνοι Ni και από την τάφρο 2.416,12 τόνων SO42-, 3,56 τόνοι Feκαι 2,88 τόνοι Ni.Στην περίπτωση αναδημιουργίας της λίμνης Ξυνιάδας και εξαιτίας της περίσσειας φορτίωναπό τις γεωργικές εκτάσεις κρίνεται απαραίτητη η παρακολούθηση της ποιότητας του νερού,της χημικής σύστασης των ιζημάτων αλλά και των μεταβολών τους στο χρόνο.