10ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 7-11 Μαΐου 2012, Αθήνα Μεταβατικά ύδατα, εκβολικά συστήματα, μορφοδυναμική των ακτών Τα εσωτερικά ύδατα – Λίμνες και ποτάμια

1. Γιαλαμάς Γιάννης - ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε
Χημικός Μηχανικός Α.Π.Θ.
«ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΥΦΑΛΜΥΡΗΣ
ΚΑΡΣΤΙΚΗΣ ΠΗΓΗΣ ΚΑΡΑΒΟΜΥΛΟΣ
ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΛΗΝΙΑΣ»
Ιωάννης Γιαλαμάς, Δρ Αθανάσιος Μαραμαθάς, Δρ Κωνσταντίνος Αμπελιώτης,
1
Δρ Κωνσταντίνος Καπίρης

2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
• Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η
προσομοίωση της υφάλμυρης καρστικής πηγής
του Καραβόμυλου, στην περιοχή Σάμη της
Κεφαλληνίας
• Η προσομοίωση έγινε με σκοπό την μελέτη των
χαρακτηριστικών του καρστικού υδροφόρου
συστήματος που εκφορτίζεται από την πηγή του
Καραβόμυλου, τον προσδιορισμό του μηχανισμού
υφαλμύρισης, καθώς και τη διερεύνηση της
δυνατότητας αξιοποίησής της. 2

3. Καρστικές Πηγές
• O όρος καρστ περιγράφει γενικώς όλες τις γεωλογικές
δομές που οφείλονται στο φαινόμενο της χημικής
διάλυσης των ανθρακικών πετρωμάτων (ασβεστόλιθοι,
δολομίτες) από ασθενές ανθρακικό οξύ, προερχόμενο από
το νερό της βροχής και το διαλυμένο σ' αυτό διοξείδιο του
άνθρακα, που προσλαμβάνει από το έδαφος και από τον
αέρα. Η όλη διαδικασία ονομάζεται καρστικοποίηση ενώ η
λέξη "καρστ" προέρχεται από την περιοχή Karst της
Σλοβενίας που πρωτομελετήθηκε
• Με τον όρο Καρστικές Πηγές εννοούμε το σημείο εξόδου
του νερού των Καρστικών Λεκανών
Καρστικές Λεκάνες δημιουργούνται σε συμπαγή
πετρώματα διαλυτά από το νερό όπως είναι οι
ασβεστόλιθοι.
3

4. ΑΙΤΙΑ ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΑΣ ΝΕΡΟΥ
• Το νερό είναι ίσως το πολυτιμότερο αγαθό που
μας παρέχει η φύση. Αποτελεί αναμφισβήτητα
σημαντικό παράγοντα για την ανάπτυξη, την
υγιεινή διαβίωση, την ίδια τη ζωή. Όμως, αυτή η
πηγή ζωής αποτελεί πλέον είδος «εν ανεπαρκεία».
Επιπλέον, οι λιγοστές ποσότητες νερού που
απομένουν δε χαρακτηρίζονται πάντα από την
καλύτερη ποιότητα. Ένας από τους πιο
σημαντικούς υδατικούς πόρους της χώρας μας,
είναι οι καρστικές πηγές.
• Σ΄αυτές ανήκει η υπό μελέτη πηγή
«Καραβόμυλος» της Κεφαλληνίας.
4

5. Μορφολογία Περιοχής
• Η Κεφαλληνία είναι το μεγαλύτερο νησί της Επτανήσου
και το 11ο μεγαλύτερο στη Μεσόγειο, με πληθυσμό 36.131
κατοίκους (απογραφή 2001). Βρίσκεται στο νότιο άκρο
του Ιονίου πελάγους και καλύπτει μια περιοχή 781km2. Το
νησί είναι εξαιρετικά ορεινό και καθορίζεται από μια
υψηλή σειρά βουνών που το διασχίζει από τη δύση ως την
ανατολή.
• Η Κεφαλληνία ανήκει στη Μεσογειακή κλιματολογική
ζώνη που δίνει τον κύριο χαρακτήρα στο κλίμα της, το
οποίο χαρακτηρίζεται ως εύκρατο.
5

6. 6

7. Υδατικοί πόροι της νήσου
• Συνολικά, η Κεφαλληνία διαθέτει επαρκείς
βροχοπτώσεις, ωστόσο παρουσιάζονται
προβλήματα στην επάρκεια των υδατικών πόρων
Τέτοια είναι:
• Η ανομοιόμορφη κατανομή των υδατικών πόρων
στο χρόνο
• Η ανεπάρκεια των δικτύων ύδρευσης
• Οι διάφορες ανθρωπογενείς παρεμβάσεις και ο
τουρισμός έχουν επιβαρύνει την ποιοτική και
ποσοτική κατάσταση του νερού στην περιοχή
7

8. Η ΠΗΓΗ ΤΟΥ ΚΑΡΑΒΟΜΥΛΟΥ
• Η πηγή του Καραβόμυλου εκφορτίζει μέρος του καρστικού
συστήματος του Αίνου. Βρίσκεται σε απόσταση 80 m από
την ακτή και έχει απομονωθεί με τοιχείο από την θάλασσα
δημιουργώντας μιά τεχνητή λίμνη με θυρόφραγμα που η
στέψη του βρίσκεται σε υψόμετρο +0.64 m.
• Η μέτρηση της γίνεται σε μικρό κανάλι μπροστά από το
θυρόφραγμα, που οδηγεί τα νερά στην θάλασσα. Σε όλη τη
διάρκεια των μετρήσεων το θυρόφραγμα παρέμεινε σε
σταθερό ύψος και επομένως οι μετρήσεις έχουν το ίδιο
επίπεδο αναφοράς.
• Η παροχή κυμάνθηκε κατά την περίοδο μέτρησης από 0.07
m3/sec εως 0.6 m3/sec
• τα χλωριόντα κυμάνθηκαν από 2800 mg/lt εως 6000 mg/lt.8

9. 9

10. MΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
• Χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο MODKARST από το οποίο
εξήχθησαν οι χαρακτηριστικές καμπύλες της πηγής, το
υδρόγραμμά της, δηλαδή η παροχή της συναρτήσει του
χρόνου, καθώς και η καμπύλη χλωριόντων της, δηλαδή η
περιεκτικότητα σε χλωριόντα του νερού της συναρτήσει
του χρόνου.
• Η παραπάνω περιεκτικότητα είναι ανάλογη της
διείσδυσης του θαλασσινού νερού στη λεκάνη της.
10

11. ΛΟΓΟΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ MODKARST
• Το μοντέλο MODKARST χρησιμοποιήθηκε για τους παρακάτω
λόγους:
• Δεν στηρίζεται στον νόμο του DARCY ο οποίος κατά κανόνα δεν
ισχύει στις καρστικές πηγές. Ο νόμος του DARCY ισχύει για μιά
μικρή περιοχή της στρωτής ροής ( Re<1÷10), ενώ στα καρστικά
υδροφόρα όπως αυτό της πηγής «Καραβόμυλος» η ροή είναι κατά
κανόνα τυρβώδης
• Προσομοιώνει με ντετερμινιστικό τρόπο τόσο το υδρογράφημα όσο
και την καμπύλη χλωριόντων μιάς καρστικής υφάλμυρης πηγής
• Δινει τον επικρατούντα μηχανισμό υφαλμύρισης της πηγής που είναι
απαραίτητος για τον σχεδιασμό του τρόπου αξιοποίησής της
11

12. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΥΦΑΛΜΥΡΙΣΗΣ ΚΑΡΣΤΙΚΗΣ ΠΗΓΗΣ
Υπάρχουν δύο μηχανισμοί υφαλμύρισης μιας καρστικής πηγής:
1) Η διαφορά πυκνότητας γλυκού – θαλασσινού νερού
• Αν η παροχή θαλασσινού νερού μειώνεται όταν αυξάνεται η παροχή γλυκού νερού,
τότε ο επικρατών μηχανισμός είναι η διαφορά πυκνότητας γλυκού – θαλασσινού
νερού. Η προσφορότερη μέθοδος εκμετάλλευσης προκειμένου να ληφθεί από την
πηγή γλυκό νερό είναι η κατασκευή φράγματος στην έξοδο της πηγής προκειμένου
να αυξηθεί η πίεση του γλυκού νερού στο υδροφόρο που δίνει την πηγή και να
παρεμποδιστεί έτσι η είσοδος του θαλασσινού νερού που την υφαλμυρίζει.
• 2) Το φαινόμενο Venturi
• Αν η παροχή θαλασσινού νερού αυξάνεται όταν αυξάνεται η παροχή γλυκού νερού
τότε ο επικρατών μηχανισμός είναι το φαινόμενο Venturi. Η προσφορότερη
μέθοδος είναι η κατασκευή γεωτρήσεων ανάντι της πηγής για να βρεθεί το γλυκό
νερό πριν αυτό υφαλμυρισθεί από το θαλασσινό.
• Το μοντέλο μπορεί να υπολογίσει για κάθε πηγή τον επικρατούντα μηχανισμό,
υπολογίζοντας την παροχή γλυκού νερού συναρτήσει της παροχής αλμυρού νερού
από την θάλασσα.
12

13. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΠΗΓΗΣ
• Η προσομοίωση αφορά το χρονικό διάστημα από 2/1/2006 έως
31/12/2008.
• Θεωρείται επιτυχής παρ’ όλο που ελήφθησαν υπ’ όψιν μόνο οι
μετρήσεις του βροχομέτρου στον Καραβόμυλο καθώς δεν υπήρχε
άλλο βροχόμετρο στην περιοχή. Αυτό υπήρξε πρόβλημα
δεδομένου ότι το συγκεκριμένο βροχόμετρο βρίσκεται σε χαμηλό
υψόμετρο (22m) ενώ η περιοχή τροφοδοσίας (βουνό Αίνος ύψος
1600m) βρίσκεται σε πολύ υψηλότερο μέσο υψόμετρο
• Η προσομοίωση έγινε με ενιαίο συντελεστή κατείσδυσης, ο οποίος
προέκυψε από την προσαρμογή του μοντέλου στο 61% περίπου
• Το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την απόκριση της πηγής
μετά από κάποια βροχόπτωση προέκυψε, επίσης από την
προσαρμογή του μοντέλου, στις 4 ημέρες περίπου. 13

14. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Rainfall
"field measurements"
0,7
Model calculated values 200
Rainfall (mm) 180
0,6
160
0,5 140
discharge
0,4 120
100
0,3 80
0,2 60
40
0,1
20
1/10/2007
1/10/2008
1/10/2006
1/7/2007
1/1/2007
1/4/2007
1/1/2008
1/4/2008
1/7/2008
1/1/2006
1/4/2006
1/7/2006
0 0
Υδρογράφημα της πηγής όπως προκύπτει από το μοντέλο σε σύγκριση με το πραγματικό
Rainfall (mm)
14000 Rai nfal l
140
ppm CL
12000 Fi el d measurements
M odel cal cul ated val ues 120
10000
100
8000
80
6000 60
4000 40
2000 20
0 0
/1 6
5 06
/1 7
7
/1 8
8
6
/1 6
7
7
7
/1 7
8
8
/1 8
8
6
6
6
/0
/0
/0
/0
/0
/0
0
/0
/0
/0
3 /0
/0
/0
/0
0
/0
/0
3 /0
/
2 8/
1 8/
0
2
0
2
0
2
/6
/2
/4
/6
/8
/2
/6
/4
/1
/3
/5
/
/
0
6
9
5
4
0
0
9
8
1
2
1
8
7
2
7
6
2
2
2
2
2
2
2
1
1
2
2
2
1
Καμπύλη χλωριόντων της πηγής όπως προκύπτει από το μοντέλο σε σύγκριση με την πραγματική

15. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΥΦΑΛΜΥΡΙΝΣΗΣ ΠΗΓΗΣ
«ΚΑΡΑΒΟΜΥΛΟΥ»
• Ο μηχανισμός υφαλμύρισης προσδιορίστηκε από το
μοντέλο και είναι το φαινόμενο Venturi. Αυτό φαίνεται
από την επόμενη γραφική παράσταση της παροχής
θαλασσινού (αλμυρού) νερού σε σχέση με την παροχή
γλυκού νερού. Φαίνεται από αυτή τη γραφική
παράσταση ότι η παροχή θαλασσινού νερού αυξάνεται
όταν αυξάνεται η παροχή γλυκού νερού.
15

16. ΚΑΜΠΥΛΗ ΓΛΥΚΟΥ – ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ
14000
sea-water discharge
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
fresh-water discharge
Η παροχή του αλμυρού νερού νερού αυξάνεται όταν αυξάνεται η παροχή του γλυκού νερού
16

17. ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΠΗΓΗΣ
Από τον μηχανισμό υφαλμύρισης της πηγής βγαίνουν
συμπεράσματα για τον προσφορότερο τρόπο
αειφορικής εκμετάλλευσής της, που είναι η κατασκευή
γεωτρήσεων ανάντι, με σκοπό την σύλληψη του γλυκού
νερού πριν την υφαλμύρισή του από τη θάλασσα
17

18. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
• 1. Ο μηχανισμός υφαλμύρισης προσδιορίστηκε από το
μοντέλο και είναι το φαινόμενο Venturi
• 2. Η προσομοίωση έγινε με ενιαίο συντελεστή
κατείσδυσης, ο οποίος υπολογίστηκε από το μοντέλο στο
61% περίπου
• 3. Το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την απόκριση
της πηγής μετά από κάποια βροχόπτωση προσδιορίστηκε
από το μοντέλο στις 4 ημέρες.
• 4. Η περιοχή τροφοδοσίας υπολογίστηκε από το μοντέλο
στα 22.500.000 m2
18