Υδρολογική διερεύνηση της πηγής του Αλμυρού Ηρακλείου στην Κρήτη

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν θέμα την υδρολογική διερεύνηση της υφάλμυρης καρστικής πηγής του Αλμυρού ποταμού στο Ηράκλειο Κρήτης. Το ζήτημα του καρστικού συστήματος του Αλμυρού έχει απασχολήσει πολλούς ερευνητές από το 1969 περίπου, προσπαθώντας να βρουν το μηχανισμό λειτουργίας και υφαλμύρωσης της πηγής, με σκοπό την αξιοποίησή της και τελικώς την υδροδότηση των γύρω περιοχών. Η πηγή παροχετεύει γλυκό νερό μόνο λίγες μέρες το χρόνο, τους χειμερινούς μήνες. Εάν είναι γνωστή η υδροδυναμική λειτουργία της πηγής, είναι δυνατό να γίνουν τεχνικά έργα, π.χ. ανύψωση του υψομέτρου της πηγής, ώστε να αυξηθούν οι μέρες παροχέτευσης γλυκού νερού. Βασικό πρόβλημα που αντιμετωπίζεται κατά τη μελέτη του συστήματος του Αλμυρού είναι η εύρεση της λεκάνης τροφοδοσίας της πηγής, της οποίας τα όρια δεν είναι πλήρως γνωστά. Η πηγή αποτελεί την έξοδο ενός πολύπλοκου υδρογεωλογικού συστήματος, το οποίο δεν έχει ενιαίο μηχανισμό λειτουργίας και, συνεπώς, αντιμετώπισης. Υπάρχουν πολλές υποθέσεις γύρω από την τροφοδοσία της πηγής. Κάποιοι μελετητές τοποθετούν την έκτασή της στα 300 km2 θεωρώντας ότι η πηγή τροφοδοτείται υπογείως από ρεύματα και άλλες πηγές κάτω από τον ορεινό όγκο Ψηλορείτη. Άλλοι θεωρούν ότι η περιοχή τροφοδοσίας είναι ακόμη μεγαλύτερη, χωρίς όμως να μπορούν να τοποθετήσουν ακριβώς την περιοχή στο χάρτη. Στην παρούσα εργασία, αν και θεωρήθηκε λεκάνη τροφοδοσίας 300 km2 για την εξαγωγή μέσου υψομέτρου λεκάνης και λοιπών υδρολογικών στοιχείων, διερευνήθηκε όμως η αναγκαία έκταση λεκάνης για να ισχύει η αρχή διατήρησης του υδατικού ισοζυγίου. Η παρούσα εργασία είχε σαν στόχο την εύρεση συσχέτισης μεταξύ των δεδομένων παροχής και βροχόπτωσης, σε μηνιαία, ετήσια και υπερετήσια βάση. Στο πλαίσιο του παραπάνω σκοπού, βρέθηκαν και οι δείκτες ξηρασίας της περιοχής SPI, Deciles, RDI. Εφαρμόστηκαν μέθοδοι ανάλυσης χρονοσειρών για τα δεδομένα της βροχόπτωσης και της παροχής. Πιο συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε μέθοδος αυτοσυσχέτισης, η οποία επιβεβαιώνει την παρουσία βασικής ροής στο σύστημα και τον σχετικά υψηλό βαθμό καρστικοποίησης. Ακολούθησε μέθοδος ετεροσυσχέτισης, η οποία υπέδειξε ικανοποιητική συσχέτιση μετξύ ενός γεγονότος βροχόπτωσης και της παροχής, η οποία γίνεται πιο φανερή στις 60 και στις 90 μέρες. Το γεγονός αυτό φανερώνει τη «μνήμη» του συστήματος του Αλμυρού και την παρουσία της βασικής ροής. Ακολουθεί προσπάθεια προσομοίωσης των εκφορτίσεων της πηγής του Αλμυρού χρησιμοποιώντας μοντέλο ενός ταμιευτήρα τύπου Maillet, τα αποτελέσματα της οποίας δείχνουν ικανοποιητική ταύτιση μεταξύ των προσομοιωμένων και μετρημένων παροχών της πηγής. Πρέπει να αναφερθεί ιδιαίτερα η ανάγκη για περισσότερες μετρήσεις πεδίου, όπως χλωριόντα, παροχή της πηγής, θερμοκρασία, αγωγιμότητα κλπ., σε εβδομαδιαία ή ημερήσια βάση για ικανοποιητικό χρονικό διάστημα, ώστε τα αποτελέσματα να είναι πιο αξιόπιστα. Μέχρι σήμερα έχουν ληφθεί και ωριαίες μετρήσεις αλλά από συγκεκριμένους ερευνητές και για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, όχι προσβάσιμες για τους ενδιαφερόμενους ερευνητές. Για την περαιτέρω διερεύνηση του θέματος, προτείνεται η πραγματοποίηση εκτενέστερης στατιστικής επεξεργασίας και η δημιουργία ενός πιο σύνθετου μοντέλου προσομοίωσης των εκφορτίσεων της πηγής.

The subject of the present diploma thesis is the hydrological investigation of the brackish karstic spring of Almiros in Heraklion Crete. The average water discharge of the spring per year is approximately 240,3 m3, so it could constitute the solution for the water resources problem of the city of Heraklion and the nearby areas. The only problem is, as said above, that the water of the spring is brackish for most of the year and the mechanism of salinity has not been clarified. The karstic system of Almiros has been investigated by many researchers since 1969, in hope to find the salinity mechanism of the spring. The Almiros spring is located 8 km west of the city of Heraklion at an elevation of about 4 m and at a distance of 1 km inland from coast and is the only identified outlet of the coastal karst system. The outlet takes the form of a lake that gives access to a karstic gallery with a diameter of 3 to 4 m and reaches 90 m below sea level (Arfib et al. 2007). A lot of consideration has been given to the spring’s catchment area, which can not be defined, due to complex geology and hydrogeology. There are different assumptions of its size which varies from 300 km2 (Arfib et al. 2000) to 500 km2 (Lambrakis 2000, Panagopoulos and Lambrakis 2006). The primary goal of this thesis was to find the interrelation between the precipitation data and the discharge data in a monthly or yearly basis. Toward this objective, the drought indices, such as SPI, Deciles, RDI, where also calculated. In order to study the function and hydrodynamic behavior of the karst, time series analysis was applied to the precipitation data and the spring discharge data of Almyros. Results obtained through autocorrelation and cross-correlation analysis showed that the karstification processes in the Almyros karst system are more enhanced producing a better developed karst network, but contrary to the typical karst systems, baseflow and quickflow coexist. The Almyros karst system can be, in general, classified (Panagopoulos and Lambrakis 2006) as an intermediate case between the two extreme karst types. The above methods were followed by a pretty satisfying attempt to simulate the flow of the Almyros spring, based on monthly precipitation time series from 1975 to 2001. The simulation of spring discharge was based on the equation of Maillet type reservoir. For the evaluation of the simulation, the Nash parameter (NTD) was found. In order to have more satisfying and reliable results, there is a need for more measurements of the various spring parameters, such as chlorides concentration, spring discharge, spring temperature or conductivity, on a weekly or daily basis for a long time period.