Παρασκευή, 30 Δεκεμβρίου 2011

Υδρογεωλογία της καρστικής πηγής του Αλμυρού Αγίου Νικολάου Λασιθίου Κρήτης.


Με την έρευνα του Αλμυρού Αγίου Νικολάου ασχολήθηκα, αρχικά, κατά την περίοδο 1976 - 1982, δηλαδή κατά το διάστημα που εργάσθηκα στο ΙΓΜΕ ως υδρογεωλόγος στην Δ/νση Υδρογεωλογίας. Στο διάστημα αυτό, ως προϊστάμενος του έργου, είχα την ευθύνη της έρευνας, καθώς και του προγραμματισμού και της εκτέλεσης των διαφόρων γεωτρητικών εργασιών.

Τα πρώτα αποσπασματικά αποτελέσματα αυτής της έρευνας πρόφθασα να παρουσιάσω, λίγο πριν αποχωρήσω από το ΙΓΜΕ, δημοσιεύοντας τα εξής άρθρα σε συνέδρια και επιστημονικά περιοδικά:

  • ΜΠΕΖΕΣ Κ., 1980, Εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου στο καρστικό σύστημα του Αλμυρού Αγ. Νικολάου Κρήτης: Πρακτικά ΙΙ Πανελληνίου Σεμιναρίου Υδρολογίας, Αθήνα.
  • ΜΠΕΖΕΣ Κ., 1983, Επίδραση των μεταβολών της στάθμης της θάλασσας επάνω στην παροχή της καρστικής πηγής του Αλμυρού Αγ. Νικολάου Κρήτης: Πρακτικά του 1ου Συνεδρίου της Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης, ΥΔΡΟΤΕΧΝΙΚΑ, τόμος 1, σελ. ΙΙ.75 - ΙΙ.84, Θεσσαλονίκη.
  • BEZES C., JOSEPH C., 1983, Explication de la relation Débit / Niveau de la mer, d'une émergence karstique littorale par corrélation multiple avec la surface piezométrique. Source d'Almyros Agios Nikolaos, Crète, Grèce.  KARSTOLOGIA, No 2, 2eme sem. 1983, p. 41-44.
Μετά το 1982, απέφυγα να ασχοληθώ ξανά με το θέμα, καθώς την ευθύνη των ερευνών την είχε αποκλειστικά το ΙΓΜΕ, μέχρι το 2005 περίπου.


Το 2010, η Νομαρχία Λασιθίου ανέθεσε σε μια ομάδα μελετητών, στην οποία συμμετείχα και εγώ, την Μελέτη Επέκτασης των Αρδευτικών Δικτύων της περιοχής Λακωνίων του Αγίου Νικολάου. Έτσι μου δόθηκε η ευκαιρία να ασχοληθώ και πάλι με το θέμα του Αλμυρού και να συντάξω μια έκθεση, στην οποία παρουσιάζονται όλα τα βασικά σημεία της υδρογεωλογικής έρευνας της περιοχής.

Εκτός από τα πρακτικά θέματα της μελέτης, στην έκθεση αυτή παρουσιάζω και πολλά στοιχεία που έχουν αρκετό θεωρητικό ενδιαφέρον, διότι σχετίζονται με την μεθοδολογία της έρευνας των παράκτιων υφάλμυρων καρστικών υδροφόρων οριζόντων.

Τα θέματα, που με απασχόλησαν περισσότερο, από θεωρητικής απόψεως, ήταν: α) Η σχέση μεταξύ της στάθμης των γεωτρήσεων του υδροφόρου ορίζοντα και της παροχής της πηγής του Αλμυρού και β) Η σχέση μεταξύ των βροχοπτώσεων και της παροχής της πηγής του Αλμυρού, εξεταζόμενη με την βοήθεια ενός μοντέλου βροχής - απορροής.

Το πλήρες κείμενο της σχετικής μελέτης μπορεί να βρεί ο αναγνώστης στον ακόλουθο σύνδεσμο:

http://www.bezes.gr/PDF/almagnik.pdf

Τρίτη, 12 Απριλίου 2011

Το μοντέλο βροχής - απορροής BEMER.

 

1. Εισαγωγή.


Το μοντέλο BEMER είναι ένα μοντέλο μετασχηματισμού της βροχόπτωσης σε απορροή κατασκευασμένο ειδικά για τις καρστικές πηγές. Σκοπός του μοντέλου είναι να υπολογίσει το συνεχές υδρογράφημα μιας καρστικής πηγής, σε ημερήσια χρονικό βήμα, όταν διατίθεται η χρονοσειρά της μέσης επιφανειακής βροχόπτωσης στην λεκάνη τροφοδοσίας της πηγής και η χρονοσειρά της μέσης μηνιαίας θερμοκρασίας.

Το μοντέλο BEMER το κατασκεύασα στην Γαλλία κατά την περίοδο 1975 - 1976, στα πλαίσια της διδακτορικής μου διατριβής, στο Πανεπιστήμιο του Montpellier [1].

Στόχος του παρόντος άρθρου είναι να δώσει πληροφορίες όσον αφορά την εσωτερική δομή και λειτουργία του μοντέλου, καθώς και να περιγράψει μερικές από τις εφαρμογές του, που έγιναν από το 1976 μέχρι σήμερα, στην Ελλάδα.


2. Καμπύλη στείρευσης καρστικής πηγής.

Το 1974, ευρισκόμενος στην Γαλλία, έτυχε να διαβάσω το άρθρο των Henry PALOC et Janina FORKASIEWICZ [2], σχετικά με την δίαιτα της στείρευσης της καρστικής πηγής Foux de la Vis, στην κοινότητα Vissec (Gard) της Νότιας Γαλλίας.

Η πηγή Foux de la Vis είναι μια μεγάλη καρστική πηγή, μέσης υπερετήσιας παροχής 5,26 m3/s, που εκφορτίζει μια καρστική λεκάνη έκτασης 198 km2. Η πλημμυρική παροχή της μπορεί να φθάσει τα 130 m3/s. Η περίοδος στείρευσης διαρκεί συνήθως από τον Απρίλιο μέχρι τον Σεπτέμβριο.

Οι παραπάνω συγγραφείς, στο άρθρο τους, κάνουν συγκριτική μελέτη ένδεκα καμπυλών στείρευσης, των ετών 1950 – 1960 και διαπιστώνουν τα εξής:

α) Νόμος της εκφόρτισης. Για τον προσδιορισμό του νόμου που ορίζει την ελάττωση της παροχής μια πηγής, σε μια δεδομένη χρονική περίοδο, ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος είναι αυτός που δέχεται ότι η παροχή μειώνεται εκθετικά με την πάροδο του χρόνου.

Qt = Q . e α t

όπου Q0 είναι η παροχή στην αρχή της χρονικής περιόδου, Qt η παροχή στο τέλος της χρονικής περιόδου, e η βάση των φυσικών λογαρίθμων (2,718), t ο χρόνος (σε ημέρες συνήθως) και α είναι ο συντελεστής στείρευσης της πηγής.

Ο συντελεστής α ισούται με 1/T, όπου T είναι ο χρόνος που απαιτείται, ώστε η αρχική παροχή να ελαττωθεί στο 1/e (0,368) της αρχικής παροχής. Σε ημιλογαριθμικές συντεταγμένες, (λογάριθμος της παροχής συναρτήσει του χρόνου) αυτή η σχέση αναπαριστάνεται με μια ευθεία, της οποίας η κλίση δίνει τον συντελεστή α. Πρόκειται για το γνωστό Νόμο του MAILLET [3].

β) Καμπύλη στείρευσης. Σχεδιάζοντας το ημιλογαριθμικό διάγραμμα της παροχής συναρτήσει του χρόνου, για κάθε χρονιά χωριστά, οι παραπάνω ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι παροχές διατάσσονταν σε ευθεία γραμμή, μόνο αφού είχε περάσει αρκετός χρόνος από την έναρξη της στείρευσης, δηλαδή μόνο κατά την περίοδο των πολύ χαμηλών παροχών κάθε χρονιάς.

γ) Ποικιλία καμπυλών στείρευσης. Ο συντελεστής στείρευσης, που υπολογίζεται από τις ευθείες των παραπάνω διαγραμμάτων διαφέρει από χρονιά σε χρόνιά, και μάλιστα αρκετά, ώστε να μην είναι δυνατόν να υπολογισθεί ένας μέσος συντελεστής στείρευσης, που να χαρακτηρίζει την καρστική πηγή. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι διαφορετικές τιμές α, θα μπορούσαν να αποδοθούν σε τοπικές διαφοροποιήσεις της τροφοδοσίας, δηλαδή σε προνομιακές τροφοδοσίες ορισμένων τμημάτων του καρστ, οι οποίες διαφέρουν από χρονιά σε χρονιά. Όμως, λόγω ελλείψεως σχετικών μετρήσεων δεν μπορούσε να επιβεβαιωθεί αυτή η υπόθεση.

δ) Καμπύλη πτώσης. Όσον αφορά το ανώτερο τμήμα του υδρογραφήματος, που σχηματίζει καμπύλη (αντί για ευθεία) σε ημιλογαριθμικό διάγραμμα, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι κατά την αρχική περίοδο εκκένωσης του καρστ, υπάρχουν και άλλες ροές, ταχύτερες από την ροή στείρευσης, οι οποίες προστίθενται σ’ αυτήν. Οι καμπύλες αυτών των ροών ονομάσθηκαν καμπύλες πτώσης.

ε) Ανάλυση του υδρογραφήματος σε συνιστώσες. Οι καμπύλες πτώσης, ήταν δυνατό να απομονωθούν στο ημιλογαριθμικό διάγραμμα και να αναπαρασταθούν από ευθείες με διαφορετικές κλίσεις. Στην πηγή Foux de la Vis, η ανάλυση του υδρογραφήματος έδωσε, συνολικά, τρεις συνιστώσες για κάθε χρονιά, δηλαδή η παροχή της πηγής σε κάποια δεδομένη στιγμή εκφραζόταν από το άθροισμα τριών παρόμοιων εκθετικών συναρτήσεων:

Qt  =  QA e-α1t  +  QB e-α2t  +  QC e-α3t

Όπου α1, α2 και α3 ήταν οι συντελεστές στείρευσης και QA, QB και QC οι αντίστοιχες αρχικές παροχές, κάθε συνιστώσας. Κάθε συνιστώσα αντιστοιχούσε σε ένα διαφορετικό είδος ροής, δηλαδή σε μια διαφορετική ταχύτητα εκφόρτισης του υδροφόρου ορίζοντα.

στ) Επίδραση της τροφοδοσίας. Μετά από την παραπάνω ανάλυση, διαπιστώθηκε ότι οι συντελεστές α12 και α3 και πάλι διέφεραν σημαντικά από χρονιά σε χρονιά. Το φαινόμενο αυτό θεωρήθηκε ότι οφειλόταν στην ανομοιόμορφη διανομή της βροχής επάνω στην λεκάνη τροφοδοσίας, γεωγραφική και χρονική, που προφανώς διέφερε από χρονιά σε χρονιά, και είχε σαν αποτέλεσμα άλλες χρονιές να ευνοείται η τροφοδοσία των γρήγορων ροών και άλλες χρονιές η τροφοδοσία των αργών ροών. Δηλαδή, οι αρχικές παροχές QA, QB και QC διέφεραν από χρονιά σε χρονιά.

ζ) Συμπεράσματα. Με βάση τα παραπάνω, οι συγγραφείς κατέληγαν στο συμπέρασμα ότι η αναζήτηση ενός ή περισσότερων συντελεστών στείρευσης μιας πηγής, δεν οδηγούσε σε ακριβή αποτελέσματα και ότι θα ήταν παρακινδυνευμένο να κάνουμε προβλέψεις αποθεμάτων ή συγκρίσεις μεταξύ καρστικών πηγών βασιζόμενοι σε τέτοιους συντελεστές. 

(Συνεχίζεται …)

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
[1] BEZES C. (1976), Contribution a la modélisation des systèmes aquifères karstiques. Établissement du modèle BEMER. Son application a 4 systèmes karstiques du Midi de la France. Thèse de doctorat de 3e cycle, Université de Montpellier, Mémoires du C.E.R.G.H. http://www.bezes.gr/Doc/Bemer_fr.pdf

[2] FORKASIEWICZ J. et PALOC H. (1967), Le régime de tarissement de la Foux de la Vis, Ètude préliminaire. B.R.G.M. – CHRONIQUE D’HYDROGEOLOGIE – No 10 – Mars 1967 – p. 59 à 74). http://www.bezes.gr/Doc/Foux de la Vis.pdf

[3] SHOELLER H. et AIGROT M. (1967), La fontaine de Vaucluse. IUGG-IASH, Assemblée Générale de Berne, 25/9 – 7/10/1967, Publication No 77, p.320 – 328.

[4] MAILLET E. (1905) Essais d'hydraulique souterraine et fluviale. Hermann, Paris, 218 pp.