Εκτίμηση υδατικού ισοζυγίου και προσομοίωση υπόγειου παράκτιου υδροφορέα προσχωματικής λεκάνης Ζεφυρίας στη Νήσο Μήλο

Abstract

Ο παράκτιος υδροφορέας της προσχωματικής λεκάνης Ζεφυρίας στη νήσο Μήλο, με έκταση 7,8 km2 αποτελεί την κύρια πηγή για την κάλυψη των υδατικών αναγκών της περιοχής. Λόγω των ολοένα αυξανόμενων υδατικών απαιτήσεων του νησιού, εξ’ αιτίας της τουριστικής ανάπτυξης που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια, κρίνεται αναγκαία η μελέτη του σημαντικού αυτού υπόγειου υδροφόρου συστήματος. Συγκεκριμένα γίνεται μια εκτίμηση του υδατικού ισοζυγίου της συγκεκριμένης περιοχής και προσομοίωση της ροής του υπόγειου νερού, προκειμένου να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για την υπάρχουσα κατάσταση και να προταθούν μέτρα για την εξασφάλιση της βιωσιμότητας των υδάτινων συστημάτων γενικά αλλά και βελτίωση της επιβαρυμένης εικόνας που παρουσιάζει ο παράκτιος υδροφορέας. Αρχικά εξετάζεται το γεωλογικό και υδρογεωλογικό πλαίσιο του νησιού που παρουσιάζει μια σύνθετη εικόνα και ερευνώνται οι διάφορες υδροφορίες που παρουσιάζονται στα εδάφη του. Στην περιοχή που βρίσκεται ο παράκτιος υδροφορέας που εξετάζεται, υπάρχει ομοιομορφία αφού αποτελείται στο σύνολο της από παράκτιες και αλλουβιακές αποθέσεις και γίνεται μια πρώτη εκτίμηση της υδραυλικής αγωγιμότητας του εδάφους. Προσδιορίζονται οι συνιστώσες του υδατικού ισοζυγίου για το χρονικό διάστημα 1974 – 2003, με την εμπειρική μέθοδο των Thornthwaite – Mather, και με τη χρήση του υπολογιστικού μοντέλου CLASS. Υπάρχει ωστόσο μια αβεβαιότητα που οφείλεται στο γεγονός ότι δεν ήταν δυνατό να διαθέτουμε στα πλαίσια αυτής της εργασίας πιο ακριβή στοιχεία για την εξάτμιση και τη διαπνοή (από εξατμισίμετρα), μετρήσεις για την επιφανειακή απορροή (την οποία και θεωρήσαμε ίση με το 10 % της βροχόπτωσης) και απουσία άλλων επιμέρους συνιστωσών όπως επιστρεφόμενες αρδευτικές ροές, διηθήσεις χειμαρρικών υδάτων, απώλειες αρδευτικών δικτύων και εκροή του νερού προς τη θάλασσα. Ακολούθως, εφαρμόσθηκε με τον καλύτερο τρόπο και αναλόγως των διαθέσιμων στοιχείων για τη συγκεκριμένη περιοχή, ένα απλό μοντέλο προσομοίωσης της ροής του παράκτιου υδροφορέα (Mantoglou et al (2004)). Το μοντέλο εφαρμόζεται σε παράκτιους φρεάτιους υδροφορείς σε συνθήκες μόνιμης ροής και βασίζεται στη θεώρηση απότομης και ακίνητης διεπιφάνειας αλμυρού – γλυκού νερού, στην προσέγγιση Ghyben – Herzberg, στην παραδοχή οριζόντιας ροής και στην ανάλυση κατά Strack. Η προσομοίωση γίνεται με την εφαρμογή του κώδικα Modflow και το αποτέλεσμα είναι ο υπολογισμός του δυναμικού αφού προηγουμένως εκτελεστεί πλήθος δοκιμών trial & error για ακριβέστερο προσδιορισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας και εισαγωγή των φρεάτων άντλησης όπου υπάρχουν στοιχεία. Το γραφικό περιβάλλον επικοινωνίας είναι το PMWINpro και σε περιβάλλον MATLAB υπολογίζονται τα υδραυλικά φορτία hf και το βάθος της διεπιφάνειας κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Καταλήγοντας δίνονται μερικές προτάσεις για κατασκευή ενός ακριβέστερου μοντέλου προσομοίωσης και κάποιες γενικές αλλά και ειδικότερες επισημάνσεις, για τη σταδιακή επαναφορά του υδροφορέα που εξετάστηκε αλλά και τη συνδιαχείριση των επιφανειακών και υπογείων υδάτων για την προστασία των υδατικών πόρων γενικά, την άνοδο της στάθμης των υδροφόρων και τη σταδιακή αποκατάσταση της υφαλμύρινσης. Αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία, ιδιαίτερα στα νησιά που ανήκουν στις ελλειμματικές περιοχές υδατικών αποθεμάτων.

The coastal aquifer of the sedimentary basin of Zefyria on Milos’ island, covering an area of 7.8 km2, is the main source of water supply in the area. On account of the increasingly water needs, due to the consecutive tourist development of the island during the last years, the study of this important underground of water wagon system becomes necessary. Specifically an estimate of the water balance of the particular region and a simulation of flow of underground water are made so that useful conclusions are inferred on the existing situation and measures for the guarantee of viability of aquatic systems generally are proposed and also the improvement of the overloaded picture that the coastal aquifer presents. Initially the geological and hydro geological frame of island that presents a complex picture is examined and the various aquifers that are developed in its grounds are investigated. Uniformity exists in the region where the coastal aquifer which is examined, is found since this region is constituted in its entirety by coastal and alluvial depositions and a first estimate of the hydraulic conductivity of the ground is made. The components of the water balance are determined for time interval 1974 - 2003, with the various empiric Thornthwaite – Mather method and the CLASS modelling framework for physically based distributed eco hydrological modelling as well. However there is an uncertainty due to the fact that it was not possible to dispose in the frames of this work more precise elements for the evaporation and transpiration (from evaporimeters), measurements for the surface flow (which also we considered equal with the 10% of rainfall) and absence of other individual components as returned irrigatory flows, filtering of streams water, losses of irrigatory networks and outflow of water to the sea. Thereafter, the methodology that was followed is shown, with the best way possible and proportionally the available elements for the particular region so that, a simple model of simulation of flow of coastal aquifer is composed and applied. The model of coastal aquifer was based on the approximation of Mantoglou et al (2004) model, which is applicable on coastal unconfined aquifers, at steady – state conditions. Based on the stationary abrupt fresh – saltwater interface approximation, on the Ghyben – Herzberg approximation and therefore on horizontal flow approximation and on Strack solution. The simulation is made with the application of the Modflow code and the result is the calculation of potential after previously trial and error tests are executed for more precise determination of hydraulic conductivity and import of pumping wells where elements exist. The graphic environment of communication is PMWINpro and in environment MATLAB the hydraulic heads ‘hf’ and the depth of the interface under the level of sea are calculated. Concluding a few proposals for manufacturing a more precise model of simulation are given and also some general and some more specific pointings out are made, for the progressive reintroduction of the aquifer that was examined and the simultaneous management of the surface and underground waters for the protection of water resources in general, the rise of level water wagon and the progressive re-establishment of salinity. This acquires special importance, particularly for the islands that belong in regions with deficit water surplus.