Προσομοίωση ποιοτικής κατάστασης λίμνης Παμβώτιδας

Abstract

Οι λίμνες συνδέονται με υδατικά οικοσυστήματα με πολλαπλή σημασία και αξία, τόσο για τον άνθρωπο, όσο και για το φυτικό και ζωικό βασίλειο. Το νερό τους χρησιμοποιείται ποικιλοτρόπως (ύδρευση, άρδευση, βιομηχανία), όμως, πολύ συχνά, γίνονται οι τελικοί αποδέκτες αποβλήτων αστικής, βιομηχανικής και γεωργικής προέλευσης. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη ρύπανση των υδάτων τους και τη διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας του λιμναίου οικοσυστήματος. Πολλές λίμνες, τόσο στην Ελλάδα όσο και στον υπόλοιπο κόσμο, αντιμετωπίζουν σημαντικά προβλήματα σε ό,τι αφορά την ποιότητα των νερών τους, τα οποία αποτελούν αντικείμενο έντονης μελέτης από τους επιστήμονες. Η μαθηματική προσομοίωση της ποιότητας των υδάτων των λιμνών δίνει τη δυνατότητα της χωροχρονικής μελέτης των συστατικών που ενδιαφέρουν, όπως είναι η χλωροφύλλη, το άζωτο, ο φώσφορος, ο οργανικός άνθρακας, καθώς και των πιο σημαντικών ποιοτικών παραμέτρων, όπως είναι το διαλυμένο οξυγόνο. Οι παράμετροι αυτές είναι πολύ σημαντικές, καθώς η ποιότητα και η κατανομή τους, αποτελούν μέτρο της ποιότητας του λιμναίου οικοσυστήματος. Τα μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν την ποιότητα του νερού, εμφανίστηκαν σαν απάντηση στην ανάγκη για πρόβλεψη, σχεδιασμό και αντιμετώπιση της ολοένα αυξανόμενης ρύπανσης του νερού στον πλανήτη μας γενικά. Στην παρούσα εργασία, το μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε είναι ένα μοντέλο ευτροφισμού-διαλυμένου οξυγόνου και βασίζεται στις διάφορες φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες που επιτελούνται σε ένα υδάτινο σώμα. Συγκεκριμένα, περιγράφει με μαθηματικές -σχέσεις τα φυσικά φαινόμενα και τις διεργασίες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση των κυριότερων ρύπων (ή δεικτών) που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της ποιοτικής κατάστασης ενός υδάτινου σώματος. Για κάθε ρύπο που εξετάζεται, στο μοντέλο γράφεται η εξίσωση συνέχειας με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός συστήματος πεπλεγμένων διαφορικών εξισώσεων, δεδομένου ότι ο όρος της μεταβολής, λόγω διεργασιών, κάθε ρύπου είναι συνήθως συνάρτηση και άλλων ρύπων. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η δημιουργία ενός μοντέλου για την πρόβλεψη της ποιότητας των υδάτων της Λίμνης Παμβώιδας η οποία δέχεται μεγάλες ποσότητες αποβλήτων λόγω των γεωργικών δραστηριοτήτων στην ευρύτερη περιοχή, αλλά και λόγω των παρακείμενων βιομηχανικών μονάδων. Η εφαρμογή, βαθμονόμηση και επιβεβαίωση του μοντέλου γίνεται για την περίοδο 1981-1990 και αποσκοπεί στη λήψη μέτρων για την ολοκληρωμένη διαχείριση της ρύπανσης της λίμνης από διάφορους ρύπους.

The lakes are linked to aquatic ecosystems with multiple significance and value, both for humans and the plant and animal kingdom. Lake water can be used diversely (water supply, irrigation, industry), but very often lakes become the receiving water bodies of domestic, industrial and agricultural wastes. This fact results in the pollution of waters and disruption of the ecological balance of the lake ecosystem. Many lakes both in Greece and the rest of the world, face serious problems in regard to pollution, which become the subject of intense scientific study. The mathematical simulation of lake water quality allows the spatial and temporal study of the concerning constituents, like chlorophyll, nitrogen, phosphorus, organic carbon, as well as of the most important quality parameters, like dissolved oxygen. These parameters are very important, because their quantity and distribution are a measure of the quality of the lake ecosystem. Mathematical models that describe water quaity appeared as a response to the requirement of prediction, planning and treatment of the pollution of the water on the whole planet. In the present study. the mathematical model that is used is a eutrophication-dissolved oxygen model and it is based on various physical, chemical and biological processes, which are effected in a water body. In particular, it describes physical phenomena and processes with mathematical equations that affect the concentration of the principal pollutants which are used for the assessment of the quality status of a water body. For each pollutant examined, the continuity equation is written in the model and a system of finite differential equations is created, since the term of change of each pollutant is usually a function of other pollutants as well. The objective of this study is the creation of a model which will predict the water quality of Lake Pamvotis. The lake receives large quantities of waste because o regional agricultural activities and the existence of adjacent industrial units. The implementation, the calibration, and the validation of the model is done for the period 1981-1990 and it aims at taking measures for the integrated management of lake pollution.