Αλληλεπιδράσεις μεταλλευτικής δραστηριότητας και υδατικών πόρων. Περιπτώσεις απ'τον Ελλαδικό χώρο

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ του υδατικού περιβάλλοντος και των μεταλλευτικών εκμεταλλεύσεων μιας περιοχής. Λόγω της ύπαρξης επιφανειακών και υπόγειων νερών στους χώρους της εξόρυξης παρουσιάζονται σοβαρά προβλήματα που καθιστούν ακόμη και απαγορευτική την εκμετάλλευση του κοιτάσματος. Στον αντίποδα, οι υπερεντατικές αντλήσεις, που απαιτούνται για την αποστράγγιση των ορυχείων και ο κώνος ταπείνωσης που δημιουργείται απ’ την πτώση της στάθμης των υπόγειων νερών, έχουν σαν αποτέλεσμα τη μεταβολή του υδατικού ισοζυγίου της ευρύτερης υδρολογικής λεκάνης. Για να γίνει, λοιπόν, κατανοητή η διαρκής αυτή αλληλεπίδραση του υδατικού περιβάλλοντος και της μεταλλευτικής δραστηριότητας, επιλέχτηκαν χαρακτηριστικές περιπτώσεις από τον ελλαδικό χώρο. Σύμφωνα με παλαιότερες αλλά και πρόσφατες μελέτες, διδακτορικές διατριβές στις περιοχές αυτές, έγινε μια προσπάθεια καταγραφής όλων εκείνων των ιδιαίτερων γεωλογικών, υδρογεωλογικών και υδρολογικών στοιχείων σε σχέση με την εκμετάλλευση. Τέλος παρουσιάστηκαν οι επιπτώσεις που είχε η μεταλλευτική δραστηριότητα στα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των υδατικών πόρων της κάθε περιοχής, αλλά και τα προβλήματα που προκάλεσε σε αρκετές περιπτώσεις το υδατικό περιβάλλον, κατά τη διάρκεια της εκμετάλλευσης του ορυχείου. Διερευνήθηκε αρχικά η περίπτωση του Αμυνταίου. Το λιγνιτικό κοίτασμα Αναργύρων αναπτύσσεται στη κλειστή υδρολογική λεκάνη Αμυνταίου που είναι η μοναδική στον Ελλαδικό χώρο, εντός των ορίων της οποίας περιέχονται 3 υπολειμματικές λίμνες η Ζάζαρη, η Χειμαδίτιδα και των Πετρών, οι οποίες επικοινωνούν υδραυλικά μεταξύ τους αλλά και με τη λίμνη Βεγορίτιδα. Ο υδροφορέας των νεογενών και των τεταρτογενών της λεκάνης είναι αβαθής διατηρώντας έτσι την εδαφική υγρασία ευαίσθητων εδαφών σε υψηλά επίπεδα, ενώ εκμεταλλεύεται από πολυάριθμες υδρογεωτρήσεις τόσο για την αποστράγγιση του ορυχείου όσο και αρδευτικές. Το υδατικό αυτό σύστημα είναι πολύ ευαίσθητο και χρειάζεται σωστή διαχείριση για να μην διαταραχθεί η υδατική ισορροπία της περιοχής. Η εκμετάλλευση των λιγνιτικών κοιτασμάτων του Αμυνταίου τα τελευταία δέκα χρόνια έχει επεκταθεί σε μεγάλο βαθμό με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση του εκμεταλλεύσιμου κοιτάσματος, την αύξηση του αριθμού των ιδιωτικών αρδευτικών γεωτρήσεων και των αντίστοιχων αντλήσεων, την εκδήλωση καθιζήσεων με συνέπεια θραύσεις σε υποδομές και σπίτια σε γειτονικά χωριά, την εξόφληση του κοιτάσματος «απόφηση Αναργύρων» και έναρξη αναπλήρωσης του με τα υπερκείμενα στείρα υλικά του κοιτάσματος Αμυνταίου. Τέλος αν και συνεχίζονται τα έργα αποστράγγισης του ορυχείου και οι αντλήσεις, στο εσωτερικό αυτού έχουν κατά καιρούς εκδηλωθεί μεγάλες κατολισθήσεις στις εσωτερικές αποθέσεις. Στην υδρολογική λεκάνη Σαριγκιόλ, όπου λαμβάνει χώρα η εξορυκτική δραστηριότητα των ορυχείων Πτολεμαϊδας, οι επιφανειακές απορροές είναι φτωχές λόγω των έντονα καρστικοποιημένων ανθρακικών πετρωμάτων που καλύπτουν τη λεκάνη. Τα επιφανειακά νερά συγκεντρώνονται στο ρέμα Σουλού, που εκβάλει στη λίμνη Βεγορίτιδα. Ποσοτικά, το ρέμα Σουλού επηρεάζεται θετικά από τη μεταλλευτική δραστηριότητα, αφού οι πλεονάζουσες ποσότητες νερών από τις αντλήσεις διατίθενται στο ρέμα αυξάνοντας την επιφανειακή απορροή του. Για την ασφαλή λειτουργία του Νοτίου Πεδίου και του πεδίου Καρδίας, αντλούνται κατά μέσο όρο ετησίως 18x106m3, τα οποία διατίθενται για την κάλυψη των υδρευτικών, αρδευτικών και βιομηχανικών αναγκών. Οι αποστραγγιστικές διαδικασίες έχουν επιφέρει πτώση στάθμης του υδροφορέα υπερκειμένων , παρόλα αυτά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αντλούμενων νερών δεν επηρεάζονται σε σημαντικό βαθμό. Στην περιοχή εντοπίζεται πρόβλημα νιτρορύπανσης, που αποδίδεται στις αγροτικές δραστηριότητες. Στις επιπτώσεις απ’ την εξορυκτική δραστηριότητα, καταγράφεται η περιορισμένη συρρίκνωση του υδροφορέα υπερκειμένων του Νοτίου και η μείωση της αποθηκευτικής του ικανότητας. Πρόσφατη περιβαλλοντική μελέτη κατέληξε ότι οι επιπτώσεις από τη μεταλλευτική δραστηριότητα θεωρούνται ουδέτερες και αναστρέψιμες. Η εκμετάλλευση του λιγνίτη στη λεκάνη της Μεγαλόπολης ξεκίνησε το 1971 και προβλέπεται να ολοκληρωθεί το 2026. Τέσσερα ορυχεία δραστηριοποιήθηκαν στην περιοχή, το ορυχείο Θωκνίας, που έχει εξαντληθεί , ενώ συνεχίζεται η εκμετάλλευση στα ορυχεία Κυπαρισσίων, Μαραθούσας και Χωρεμίου. Τρεις καρστικοί υδροφόροι αναπτύσσονται στην περιοχή των ορυχείων. Ο υδροφόρος που επηρεάζει τις εργασίες εξόρυξης είναι ο κύριος καρστικός, που βρίσκεται στο υπόβαθρο και τα περιθώρια του ορυχείου Κυπαρισσίων. Τα προβλήματα που προκύπτουν απ’ τον καρστικό υδροφόρο αντιμετωπίζονται με αντλήσεις της τάξης των 8x106 m3 ετησίως , τα νερά των οποίων απορρίπτονται ξανά στον Αλφειό ποταμό. Παρόλες τις αντλήσεις , το υδατικό ισοζύγιο της υδρολογικής λεκάνης παραμένει θετικό κατά 200x106 m3 ετησίως. Η ποιότητα των νερών του Αλφειού είναι σχετικά καλή, χωρίς να υπάρχει σημαντική επίδραση από τη μεταλλευτική δραστηριότητα στην περιοχή. Στην περιοχή της Θωκνίας εμφανίζονται τα νερά με τη μεγαλύτερη υποβάθμιση, όπως και τα προερχόμενα από τα αντλιοστάσια των ορυχείων. Αντίθετα ο αβαθής υδροφόρος, όπως και ο καρστικός στην Θωκνία, δεν δείχνουν να έχουν ποιοτικά προβλήματα , λόγω της λιγνιτικής εκμετάλλευσης, το γεγονός αυτό οφείλεται κυρίως στην περιορισμένη υδραυλική επικοινωνία των υδροφόρων αυτών με τα επιφανειακά ρυπασμένα νερά της περιοχής, λόγω των γεωλογικών σχηματισμών που αναπτύσσονται. Στα πλαίσια αποκατάστασης των μεταλλευτικών κενών, γίνεται προσπάθεια πλήρωσης αυτών και δημιουργίας τεχνητών λιμνών. Στην περιοχή της Ποταμιάς, στην Ελασσόνα εντοπίστηκαν δύο λιγνιτικά κοιτάσματα, στο Αμούριο (20*106 tn) και στο Δομένικο (167 *106 tn). Προκειμένου να προχωρήσει ο σχεδιασμός της εκμετάλλευσης των δυο κοιτασμάτων, κρίθηκε αναγκαία η διερεύνηση των ιδιαίτερων υδρογεωλογικών συνθηκών της περιοχής. Τη λεκάνη της Ποταμιάς διασχίζει ο Τιταρήσιος ποταμός, που δημιουργείται απ’ τη συμβολή του Ελασσονίτικου και του Βούλγαρη ποταμού. Ο Τιταρήσιος διασχίζει κάθετα το λιγνιτικό πεδίο Αμουρίου. Δύο πηγές εκφορτίζουν τους υπόγειους υδροφορείς, η πηγή Κεφαλόβρυσου του καρστικού όγκου της Κρανιάς στα βόρεια περιθώρια της λεκάνης και οι πηγές Αμουρίου που αναβλύζουν στις τεταρτογενείς προσχώσεις βορειοανατολικά του ομώνυμου λιγνιτικού πεδίου. Η έρευνα στο λιγνιτικό πεδίο Δομένικου, απέδειξε ότι αναπτύσσονται δύο υδροφορείς, ένας υπερκείμενος των λιγνιτών, χαμηλής δυναμικότητας και ένας υπό πίεση υποκείμενος των λιγνιτών χαμηλής δυναμικότητας. Οι υφιστάμενες υδρογεωλογικές συνθήκες του πεδίου με χαμηλή τροφοδοσία και μικρής μεταβιβαστικότητες επιτρέπουν την ασφαλή εκμετάλλευση του λιγνίτη στο Δομένικο. Στο λιγνιτικό πεδίο Αμουρίου υπάρχει πλούσια τροφοδοσία απ’ τις διηθήσεις των ποταμών και απ’ τους καρστικούς όγκους στα βόρεια της λεκάνης, η οποία ενισχύεται απ’ τις πηγές Αμουρίου και Κεφαλόβρυσου. Ο υπερκείμενος υδροφόρος των λιγνιτών είναι μεγάλης δυναμικότητας (Τ= 10-1 – 10-2 m2/sec), όπως και ο υποκείμενος υπό πίεση, ο οποίος δίνει παροχές της τάξης των 250 m3/h. Οι υδροστατικές πιέσεις στο δάπεδο του ορυχείου αναμένονται ιδιαιτέρως υψηλές και θα απαιτηθεί δίκτυο αποστραγγίσεων για την εκτόνωση αυτών. Παράλληλα απαιτείται η εκτροπή του Τιταρήσιου, ανεβάζοντας το κόστος σε απαγορευτικά επίπεδα για την εκμετάλλευση. Το λιγνιτικό κοίτασμα της Δράμας αναπτύσσεται στο κεντρικό τμήμα της πεδιάδας της ευρύτερης υδρολογικής λεκάνης(έκτασης 1875 km2) και επεκτείνεται πάνω από 100 km2. Στην περιοχή παρατηρείται συνεχής ταπείνωση της στάθμης του υπόγειου νερού, κυρίως λόγω μείωσης των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων με την πάροδο των χρόνων αλλά και των συνεχώς αυξανόμενων αρδευτικών αναγκών. Σύμφωνα με μοντέλο που είχε αναπτυχθεί στην περιοχή, η αποστράγγιση του ορυχείου θα προκαλούσε ταπείνωση της στάθμης των υπόγειων νερών σε μια μέση ακτίνα 5 km. Εντός της ακτίνας αυτής είχε προβλεφθεί στείρευση των αβαθών γεωτρήσεων και μείωση της απόδοσης των βαθύτερων γεωτρήσεων. Η υποβάθμιση της ποιότητας του νερού εξαιτίας των αντλήσεων εστιάζεται κυρίως στις υψηλές συγκεντρώσεις ιόντων όπως του σιδήρου και του φωσφόρου καθώς επίσης και στην έξοδο των λεπτόκοκκων και αιωρούμενων υλικών κατά τη διάρκεια της άντλησης. Επιπλέον η παρουσία μεταπτώσεων στο λιγνιτικό κοίτασμα θεωρείται ευνοϊκό στοιχείο για τη δημιουργία κατολισθητικών φαινομένων κυρίως στα πρανή του ορυχείου. Η αξιοποίηση του αντλούμενου νερού θα ήταν επιθυμητή για διάφορες χρήσεις, όπως για παράδειγμα η ψύξη των ΑΗΣ. Τα νερά κρίνονται ακατάλληλα για ύδρευση, ενώ σύμφωνα με τον συντελεστή SAR που έχει εκτιμηθεί κυμαίνονται από μέτρια έως ακατάλληλα. Για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από την στράγγιση του ορυχείου απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση, εστιάζοντας στην αρδευτική χρήση του αντλούμενου νερού και στη δυνατότητα τεχνητού εμπλουτισμού με στόχο τον περιορισμό της ακτίνας επίδρασης των γεωτρήσεων στράγγισης. Το κοίτασμα δεν έχει εκμεταλλευτεί μέχρι σήμερα. Στην περιοχή του Αλιβερίου, όπου πραγματοποιήθηκε η πρώτη εκμετάλλευση λιγνίτη το 1873 και σταμάτησε το 1981, οι μεταλλευτικές δραστηριότητες προκάλεσαν τη δημιουργία νέων, σύνθετων, υδρογεωλογικών και γεωμηχανικών συνθηκών. Οι διακλάσεις και τα μεταλλευτικά κενά δημιούργησαν νέους αγωγούς ροής του υπόγειου νερού, με αποτέλεσμα οι υπόγειοι υδροφόροι να αποκτήσουν υδραυλική επικοινωνία με τη θάλασσα. Στα μεταλλευτικά κενά δημιουργήθηκαν μικρές μεταλλευτικές λίμνες, οι οποίες αισθητικά είναι αποδεκτές αλλά όχι οικολογικά. Το φαινόμενο της υφαλμύρινσης στα υπόγεια νερά, αποτυπώνεται με τις χημικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν. Παράλληλα αστοχίες και κατολισθήσεις παρατηρούνται στην περιοχή. Λόγω αυξημένης ζήτησης νερού, κρίνεται αναγκαία η αξιοποίηση των υδατικών πόρων, επιφανειακών και υπόγειων. Η σωστή διαχείριση των ``mine water``, νερών προερχόμενων από τα ορυχεία, θα καλύψει τις υδατικές ανάγκες της περιοχής (αρδευτικές και βιομηχανικές). Η ποιότητα των νερών διαφέρει και απαιτείται επεξεργασία τους, για την περαιτέρω αξιοποίησή τους. Αναφέρονται ενδεικτικά περιπτώσεις απ’ τον διεθνή και Ελλαδικό χώρο σχετικά με την αποκατάσταση-αξιοποίηση των ξοφλημένων ορυχείων (brownfields), καθώς και το ευρωπαϊκό και Εγχώριο νομοθετικό πλαίσιο που διέπει την μεταλλευτική διαδικασία και τα νερά. Η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που σχετίζονται με τις υπεραντλήσεις των υπόγειων νερών και την ποιοτική τους υποβάθμιση θα είναι εφικτή μόνο με τη βέλτιστη δυνατή διαχείριση υπόγειων και επιφανειακών νερών. Η ύπαρξη ενός αυστηρού νομοθετικού πλαισίου κρίνεται ως επιτακτική ανάγκη για την ορθολογική διαχείριση και αξιοποίηση των υδατικών πόρων. Πρέπει να καταστεί δυνατή η αποκατάσταση και η επαναχρησιμοποίηση των εγκαταλελειμμένων βιομηχανικών χώρων (brownfields) μετατρέποντας τα σε χώρους αναψυχής, τεχνολογικά και πολιτιστικά πάρκα, εγκαταστάσεις που στεγάζουν γραφεία, κατοικίες, πολυκαταστήματα, συνεδριακά κέντρα κτλ . Επίσης η πλήρωση και εκμετάλλευση των δημιουργούμενων μεταλλευτικών κενών, με τη δημιουργία τεχνητών λιμνών, όπως στη Μεγαλόπολη και το Αλιβέρι, στα πλαίσια της περιβαλλοντικής αποκατάστασης ξοφλημένων εξορυκτικών περιοχών, καθίσταται αναγκαία για τη σωστή περιβαλλοντική διαχείριση μιας περιοχής, αλλά και για την αξιοποίηση των νερών που προέρχονται από τα ορυχεία και είναι ενίοτε υποβαθμισμένα σε ποιότητα.

The objective of this thesis is the study of the interactions occurring between the aquatic environment and the mining exploitation of an area. The existence of surface and underground water in the lignite fields (in the excavation fields) create serious problems that may even prohibitive the exploitation of the lignite deposits. On the other hand, the intensive groundwater pumping for the protection of the mine and the cone of depression created by the significant drawdown of the piezometric level has as a result the change of aquatic balance of the wider hydrologic basin. In order to understand this permanent interaction of the aquatic environment and the mining activity, some characteristic cases of lignite fields from the Hellenic space were selected to be studied. According to studies and doctoral thesis in these regions, we have made an effort to record all the particular geological, hydrogeological and hydrologic elements concerning each region’s exploitation. Additionally, we present the influences that the mining activity has on the quantitative and the qualitative characteristics of the water resources of each region, as well as the problems caused by the existence of the ground and surface water during the excavation. First of all, the case of Amynteon was investigated. The lignite field of Anargiri is placed in the closed hydrological basin of Amynteon, which is the only basin in Greece that surrounds three lakes: Zazari, Himaditis and lake Petron. These three lakes have a hydraulic interaction as well as with the adjacent lake Vegoritis. The aquifer of the quaternary and tertiary of the basin is swallow maintaining thus through soil moisture sensitive grounds in high levels, while at the same time is being exploited by a huge amount of dewatering and irrigator wells. This aquatic system is very sensitive and therefore a rational groundwater management system is essential in order to avoid the derangement of the aquatic balance of the region. The exploitation of Amynteon lignite deposits has been maximized the last decade leading to an important reduction of the exploitable deposits, to an increase of a number of private irrigatory drillings and pumpings and to the appearance of landslides. In the hydrologic basin of Sarigkiol, where the excavation of Ptolemais mines is taking place, the surface flows are very poor because of the intensely harstic carbonic rocks that surround the area. The water surface flow is being accumulated to the Soulou stream that leads to the lake Vegoritis. As a result the Soulou’s stream flow is influenced positively from the mining activity, since the redundant pumped out waters are disposed in it. For the secure operation of the Southern field’s mine and of the Kardia field’s mine, 18x106 m3 of water is being pumped to cover irrigation, watering and industrial needs. On the other hand, in the region a problem of nitrogen pollution is evident due to agricultural activities. Despite that, a recent environmental study has shown that the implications of the mining activity me be considered reversible. In the basin of Megalopolis there are four mines: Thoknia, (a mine that the lignite deposits have been exhausted), Kiparissia, Marathousa and Choremi. There are three carstic aquifers in the basin. The central carstic aquifer influences the exploitation of the mine of Kiparissia therefore it is intensively pumped and the waters are being descharged again in Alfeios river. Despite this pumping, the aquatic balance of the basin remains positive by 200x106 m3 annually. The water quality of Alfeios river remains in a good level despite the mining activity in that region. The water quality in Thoknia seems to be the most downgraded, but the carstic aquifer of Thoknia appear to be in a better condition. This difference in water quality is a result of the low hydraulic transmissivity between the aquifer and the polluted surface waters. Finally, in order to cover the void areas created by mining an attempt is made to create artificial lakes. In Elassona, in the Potamia region, two lignite deposits of 187x106 tn (Domeniko- 167x106 tn and Amourion 20,5x106 tn) have been discovered. For the exploitation of these deposits, a research on the hydrogeological conditions of these areas was necessary. The basin of Potamia is crossed by Titarisios River (109x106 m3 /year) which is created by the confluence of Bulgari and Elasonitikos rivers. There is rich surface run-off, though two springs, one karstic in Kefalovriso village (40x106 m6 /year) in the north, and the springs at Amouria area (13x106 m3 /year) in the alluvial sediments of the basin. In the basin of Domeniko, two aquifers are developed, one unconfined aquifer overlying the lignite deposits that has low capacity and one confined aquifer underlying. These hydrogeological conditions allow the exploitation of the deposit without causing serious problems during the excavation with the exception of pumping the upper aquifer. On the contrary the basin of Amouri is not exploitable because of the hydrogeological and hydrological conditions in the region. Both the overlying and the underlying aquifers have great tensions. In addition to this, the Titarisios river that crosses the lignite field needs to be diverted, therefore increasing extremely the cost for the exploitation of the lignite deposits. In Drama, the lignite deposit is situated in the central of the hydrological basin and it extends over 100 Km2. There has been noted a continuous drawdown of the piezometric level of the underground water due to the increasingly irrigational needs. According to a study for the region, the draining of the mine would create a further drawdown of the piezometric level of the underground water in a radious of 5 km. Furthermore, the lignite deposits appear to be in different layers therefore resulting to landslides. Water pumping may lead to low water quality due to great concentrations of phosphorus, iron and other aerial particles. Although, the further usage of the pumped water would have been desirable, according to the SAR standard it can’t be used for irrigation. If we want to minimize the environmental repercussions from the drainage of the mine further investigation is needed especially in finding ways to enrich the pumped water for other uses. This lignite deposit hasn’t been exploited till nowadays. In Aliveri is situated the first lignite deposit ever to be exploited in Greece (from 1873 to 1981). The mining procedures changed the hydrogeological and geomechanical conditions of this area. A large amount of landslips has been detected. The mining “voids” created new aquifers for underground waters and as a result they reached the sea level. Although in the mining “voids” small lakes were created, something esthetically correct, they have a bad environmental effect. Studies made in the underground waters showed that there was a big concentration of salt. Because in the area there is large water need (irrigational and industrial) there must be a correct management, according to its usage, of the surface and underground water. Moreover, in this thesis they are presented some cases concerning the usage of brownfields from the international and domestic area. Such as Iron Bridge (England) , Loisinord (France) , Hamm (Germany), Blegny (Belgium), Maastricht, and Technopolis, Athinais from Greece. Finally, we mention the European and Greek legislation concerning the mining procedure and management of waters. In order to minimize the environmental repercussions due to the overpupming of underground waters there must be a very strict legislation and careful management of the surface and underground waters. Moreover, we must reuse the brownfields by transforming them either in parks, or buildings rather than letting them create further environmental problems. Also, the mining “voids”, such as Megalopolis and Aliveri, must be transformed into artificial lakes in order to exploit the water that comes from the abandoned mines.