“ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ” Η “ΣΟΦΗ ΧΡΗΣΗ” ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ;
(Προβλήματα αξιοποίησης των υπόγειων νερών με μακρόχρονη προοπτική)
Από τον
Γ. Καλλέργη
Υδρογεωλόγο , καθηγητή Παν/μίου Πατρών *
1. “Διαχείριση” ή “σοφή χρήση” των υπόγειων νερών;
Ο όρος “Διαχείριση”, όταν αναφέρεται στους υδατικούς πόρους, κατά κανόνα συνοδεύεται από επιθετικούς προσδιορισμούς του τύπου “ορθολογική”, “βέλτιστη”, αειφόρος” κ.λ.π. ανάλογα με τον “Διαχειριστή” και την χρονική περίοδο, δηλαδή ανάλογα με το κριτήριο που δεσπόζει κατά τη διαχείριση. Το 1986 (1) ο Driscoll εισάγει τον όρο “σοφή χρήση” (“wise use”) η οποία φαίνεται να αποτελεί συγκερασμό των πιο πάνω επιθετικών προσδιορισμών.
Από τους υδατικούς πόρους οι επιφανειακοί είναι απολύτως διακριτοί, μια και συγκεντρώνονται στις λεκάνες απορροής. Τα όριά τους είναι τοπογραφικά και μπορούν να χαραχτούν με τη βοήθεια τοπογραφικών χαρτών. Το νερό ρέει προς την κατεύθυνση που κλίνει τοπογραφικά η μορφολογία. Τα επιφανειακά νερά δεν μπορούν να διασχίσουν τους τοπογραφικούς υδροκρίτες (εκτός των περιπτώσεων μεγάλων πλημμυρών) και οι θέσεις των υδροκριτών αυτών είναι σταθερές, τουλάχιστον στην χρονική κλίμακα του μηχανικού.
Από την άλλη μεριά, οι υπόγειοι υδατικοί πόροι (υδροφόροι) δεν είναι ευδιάκριτοι και συχνά ούτε διακριτοί ανάμεσά τους. Τα όρια των υδροφόρων είναι φυσικά και όχι τοπογραφικά. Σε δοσμένο σημείο μπορεί να υπόκεινται της επιφάνειας του εδάφους περισσότεροι υδροφόροι. Καθένας υδροφόρος μπορεί να έχει διαφορετικά χημικά και υδραυλικά χαρακτηριστικά, να έχει διαφορετική πηγή ή περιοχή εμπλουτισμού και διαφορετική περιοχή εκφόρτισης. Επιπλέον, οι υπόγειοι υδροκρίτες δεν συμπίπτουν κατά κανόνα με τους επιφανειακούς υδροκρίτες.
Κάτω από φυσικές συνθήκες, ένα υδροφόρο σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση δυναμικής ισορροπίας (Theis, 1938) (2). Ένας μεταβλητός όγκος νερού εμπλουτίζει τον υδροφόρο και ένας ομοίως μεταβλητός όγκος νερού εκφορτίζεται από το υδροφόρο σύστημα. Ο ρυθμός εμπλουτισμού καθορίζεται από το ποσό των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων που δε χάνονται με την αξατμισοδιαπνοή, και την απορροή (ελεύθεροι υδροφόροι), την κατακόρυφη υδροπερατότητα και τις λιθοφάσεις της κακόρεστης ζώνης και τέλος από τη μεταβαστικότητα και την πιεζομετρία στο υδροφόρο σύστημα.
Η “σοφή χρήση” των υπόγειων νερών βασίζεται σε τρεις γενικές αρχές:
1. Στην ανάπτυξη τεχνολογίας η οποία θα βελτιώσει την αποθηκευτική ικανότητα των υδροφόρων συστημάτων,
2. στην προστασία της ποιότητας του υπόγειου νερού,
3. στην αύξηση της ποσότητας του υπόγειου νερού,
4. στη χρησιμοποίηση των υπόγειων υδατικών πόρων για την ιεραρχική κάλυψη των αναγκών της κοινωνίας που έχουν την υψηλότερη προτεραιότητα.
Η πρώτη από τις πιο πάνω αρχές αναφέρεται στη μεγιστοποίηση της “ασφαλούς απόδοσης” (safe yield) σε μακροχρόνια κλίμακα. Η δημιουργία μόνιμου ελλείμματος λόγω υπεράντλησης δεν μπορεί να υποκατασταθεί και φυσικά ούτε να αποκατασταθεί από το πρόσκαιρο οικονομικό όφελος. Το έλλειμμα οδηγεί στην εξάντληση των υδατικών πόρων και στην αύξηση μελλοντικά του κόστους της κάλυψης των αναγκών σε νερό που θα κληθούν να αντιμετωπίσουν, ως μη έδει, οι μελλοντικές γενιές.
Η συνδυασμένη χρήση επιφανειακών και υπόγειων νερών, η ανακύκλωση - επαναχρησιμοποίηση και ο τεχνητός εμπλουτισμός αποτελούν τις βασικές τεχνικές ικανοποίησης της πρώτης αρχής.
Η δεύτερη αρχή αποβλέπει στην ελαχιστοποίηση των δυσμενών επιπτώσεων των διαφόρων δραστηριοτήτων του ανθρώπου πάνω στην ποιότητα του υπόγειου νερού, όπως είναι η υπεράντληση, ιδιαίτερα των παράκτιων υδροφόρων, η ανόρυξη γεωτήσεων βάθους μεγαλύτερου από το υδρογεωλογικά επιτρεπτό, η χρησιμοποίηση λιπασμάτων, φυτοφαρμάκων και βελτιωτικών του εδάφους και η διάθεση στο έδαφος και το υπέδαφος στερεών και υγρών αποβλήτων.
Τέλος, η τρίτη αρχή προϋποθέτει την ανάπτυξη κριτηρίων προτεραιοτήτων για τη μελλοντική χρήση του υπόγειου νερού, δοθέντος ότι οι περίοδοι ξηρασίας σε συνδυασμό με τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση νερού από τη γεωργία, τη βιομηχανία και την ύδρευση, συνιστούν σημαντικά προβλήματα της “σοφής χρήσης”. Από την άλλη μεριά η χρησιμοποίηση κριτηρίων προτεραιότητας οδηγεί στον περιορισμό του διατιθέμενου στη γεωργία νερού υπέρ του διατιθέμενου στην ύδρευση, γεγονός που έχει δυσμενείς οικονομικές επιπτώσεις.
2. Οι υδροφόροι ως μηχανισμοί απόσβεσης ακραίων υδρολογικών φαινομένων
Οι υδροφόροι έχουν εκπληκτικές ανακλαστικές ικανότητες απόκρισης και προσαρμοστικότητας στα ακραία υδρολογικά φαινόμενα μέσω της μεταβολής της “δίαιτάς” τους.
2.1 Η μεταβλητότητα της δίαιτας των υδροφόρων συστημάτων
Οι υδροφόροι ως γνωστόν έχουν τη δυνατότητα να μεταβιβάζουν (αγωγοί) και να αποθηκεύουν (υπόγειοι ταμιευτήρες) υπόγειο νερό. Το υπόγειο νερό χαρακτηρίζεται από την ιδιότητά του να ρέει υπογείως και να συγκεντρώνεται (αποθηκεύεται) στους υπόγειους ταμιευτήρες.
Τα κύρια χαρακτηριστικά της δίαιτας των υδροφόρων συστημάτων είναι:
α) Μεταβλητότητα της υπόγειας ροής και αποθήκευσης.
α1) Οι ελεύθεροι υδροφόροι περιέχουν 5-10πλάσιο όγκο νερού από τον όγκο νερού που δέχονται με φυσικό εμπλουτισμό πλέον εκείνου που διοχετεύουν στα υδρομαστευτικά έργα.
α2) Υπάρχουν αλλουβιακοί υδροφόροι οι οποίοι έχουν μεγάλες αποδόσεις αλλά περιορισμένα αποθέματα, δηλαδή μεγάλο Τ, μικρό S και αποθηκευμένο όγκο νερού μερικά εκατομμύρια m3 νερού.
Αντιθέτως τα μεγάλα αλλουβιακά πεδία περιέχουν μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια m3 νερού που προέρχονται από κορεσμένο πάχος υδροφόρου μερικών μέτρων ή ακόμα και dm.
β) Μεταβλητότητα της αντίδρασης των ελεύθερων υδροφόρων στις μεταβολές των υδρομετεωρολογικών συνθηκών (κανονικών ή ακραίων).
β1) Ο φυσικός εμπλουτισμός των ελεύθερων υδροφόρων είναι σημαντικός ενώ των αρτεσιανών υδροφόρων είναι ασήμαντος έως ανύπαρκτος.
β2) Ο μέσος φυσικός εμπλουτισμός κυμαίνεται ευρέως: είναι <25mm ετησίως στους ελεύθερους υδροφόρους με ημιπερατή οροφή και φθάνει ή ξεπερνά τα 800mm στα καρστικά συστήματα.
β3) Οι πιθανότητες να είναι ο φυσικός εμπλουτισμός κατά 50% μικρότερος από τον μέσο, είναι 1 στα 3 χρόνια.
β4) Ένα στα 5 χρόνια πιθανολογείται και ένα στα 10 χρόνια είναι βέβαιος ο μηδενικός εμπλουτισμός.
γ) Μεταβλητότητα της σχέσης τους με τα επιφανειακά νερά.
γ1) Η πιο πάνω σχέση μπορεί να κυμαίνεται από πλήρη ανεξαρτησία, π.χ. βαθείς αρτεσιανοί υδροφόροι, μέχρι άμεση εξάρτησή τους, π.χ. ελεύθεροι υδροφόροι χειμάρριων λεκανών και υδροφόροι στις κοίτες ποταμών. Ενδιαμέσως παρουσιάζονται όλες οι δυνατές περιπτώσεις.
γ2) Οι περισσότεροι υδροφόροι δρουν ως ένα ρυθμιστικό σύστημα (“αμορτισέρ”) του γενικού υδραυλικού συστήματος: απορροφούν ακραίες μεταβολές του υδρολογικού καθεστώστος. Την μεγαλύτερη “αδράνεια” παρουσιάζουν οι ελεύθεροι υδροφόροι, με συνέπεια η υπόγεια απορροή να είναι πιο ρυθμισμένη από όσο ο φυσικός εμπλουτισμός τους, σε πολυετήσια βάση.
Το ισοζύγιο των ελεύθερων υδροφόρων σε ετήσια βάση σπανίως είναι ισοσκελισμένο. Κατά κανόνα παρουσιάζει είτε έλλεμμα είτε πλεόνασμα, που εκφράζεται σε έλλεμμα ή πλεόνασμα υπόγειου νερού. Για το λόγο αυτό παρουσιάζονται εναλλαγές θετικού ή αρνητικού υπολοίπου της διαφοράς: “Εμπλουτισμός-Εκφόρτιση”.
Από τα πιο πάνω είναι προφανές ότι είναι επικίνδυνες οι γενικεύσεις όσον αφορά στην συμπεριφορά των υδροφόρων σε συνθήκες ξηρασίας.
δ) Ευαισθησία στην ξηρασία
δ1) Μεταβλητότητα του υδραυλικού φορτίου
Το υδραυλικό φορτίο και οι χωροχρονικές μεταβολές του καθορίζουν κατά βάση τη δίαιτα των υδροφόρων. Η χωροχρονική κατανομή του αντανακλά την κατάσταση στην οποία βρίσκονται οι υπόγειες απορροές και τα αποθέματα νερού σε τοπικό και γενικό επίπεδο. Η ανισορροπία ανάμεσα στον εμπλουτισμό και την εκφόρτιση των υδροφόρων εκφράζεται από την μεταβλητότητα του υδραυλικού φορτίου στον χρόνο.
Το υδραυλικό φορτίο είναι ταυτόχρονα η παράμετρος η πλέον προσιτή στην άμεση μέτρηση αλλά και η πλέον καθοριστική στην αξιοποίηση του υπόγειου νερού. Είναι η πλέον ευαίσθητη μεταβλητή στις μεταβολές των εξωτερικών συνθηκών και ιδιαίτερα των συνθηκών εμπλουτισμού των υδροφόρων. Τούτο έχει ως συνέπεια τα αποτελέσματα της ξηρασίας να είναι πιο έντονα και πιο έκδηλα πάνω στο υδραυλικό φορτίο από ό,τι σε άλλες μεταβλητές. Παραλλήλως όμως σε πολλούς τύπους υδροφόρων (καρστικά συστήματα, παράκτιοι υδροφόροι) οι μεταβολές του υδραυλικού φορτίου έχουν άμεση απόκριση στην ποιότητα του υπόγειου νερού.
δ2) Εποχικότητα του φυσικού εμπλουτισμού
Ο φυσικός εμπλουτισμός είναι εντόνως εποχικός και λαμβάνει χώρα κυρίως κατά την χειμερινή (υγρά) περίοδο. Αυτή η εποχικότητα του εμπλουτισμού σε συνδιασμό με τις υπόγειες απορροές αλλά και τις απολήψεις αντανακλώνται από αντίστοιχες μεταβολές του υδραυλικού φορτίου.
Ο φυσικός εμπλουτισμός των υδροφόρων λαμβαίνει χώρα κυρίως την περίοδο μεταξή Οκτωβρίου-Μαρτίου έως και Απριλίου (Οκτώβριος: χαμηλές στάθμες, Απρίλιος ή Μάιος: υψηλές στάθμες).
3. Ο ρόλος των υδροφόρων στη συνολική ανάπτυξη μιας περιοχής
Οι υδροφόροι μπορεί να παίξουν πολλούς “ρόλους” στη συνολική ανάπτυξη των υδατικών πόρων μιας περιοχής. Οι πιο προφανείς “ρόλοι” ή καλύτερα ”λειτουργίες” (functions, Fetter 1994) (3) των υδροφόρων συστημάτων είναι:
• Η λειτουργία τροφοδοσίας των έργων απόληψης (supply function),
• Η λειτουργία διοχέτευσης (piping function) νερού από μια περιοχή σε μια άλλη (Kazmann,1956) (4).
• Η λειτουργία εξόρυξης (μεταλλείας) νερού (mining function) στην περίπτωση που η απόληψη ξεπερνά την αναπλήρωση, που οδηγεί όμως στην εξάντληση του υδροφόρου.
• Η λειτουργία του συστήματος επεξεργασίας (filter plant function) μεταχειρισμένων νερών (Hordon, 1977) (5) στην ακόρεστη φυσικά ζώνη.
• Η λειτουργία παραγωγής ενέργειας (energy-source function) με την κατασκευή και εγκατάσταση των αντλιών θερμότητας που αξιοποιούν τη θερμική ενέργεια του υδροφόρου (Gass-Lehr, 1997 (6), Andrews, 1978 (7) ).
• Η λειτουργία αποθήκευσης νερού (storage function) με την υπόγεια αποθήκευση της περίσσειας νερού (χειμερινής, υγρών περιόδων, πλημμυρικών απορροών αλλά και επεξεργασμένων λυμάτων).
Όπως θα αναφερθεί πιο κάτω έχουν “επινοηθεί” διάφοροι όροι προκειμένου να διατυπωθεί ποσοτικώς ένα φυσικό φαινόμενο όπως είναι η ποσότητα του νερού που βρίσκεται χωροχρονικά αποθηκευμένο σε ένα υδροφόρο σύστημα.
Έτσι, επινοήθηκε το “παράδοξο” (Fetter, 1994) (3) της έννοιας της “ασφαλούς απόδοσης” (safe yield) που κατ’ αρχήν διατυπώθηκε από τον Lee (1915) (8) ως “η ποσότητα του νερού που μπορεί να αντληθεί“ κανονικά και μόνιμα χωρίς επικίνδυνη εξάντληση των αποθηκευμένων αποθεμάτων”. Αργότερα στον όρο προστέθηκαν οικονομικά κριτήρια της ανάπτυξης των υπόγειων νερών (Meinzer, 1923) (9), προστασίας της ποιότητας του αποθηκευμένου νερού (Conkling, 1946) (10) και προστασίας των υφιστάμενων έννομων συμφερόντων και του περιβάλλοντος από ενδεχόμενη υποβάθμιση (Banks, 1953) (11). Διάφορα συνώνυμα της “ασφαλούς απόδοσης” εμφανίζονται αργότερα, όπως “δυναμικό αειφόρου απόδοσης” (potential sustained yield, Fetter 1972) (12), “επιτρεπόμενη αειφόρος απόδοση” (permissine sustained yield A.S.C.E., 1961) (13) και “μέγιστη απόδοση της λεκάνης” (maximum basin yield, Freeze, 1971) (14).
Ο Fetter (1994) (3) προτείνει την επαναδιατύπωση του όρου “ασφαλής απόδοση” ως εξής: “Ασφαλής απόδοση” είναι η ποσότητα του φυσικού υπόγειου νερού που μπορεί να αποληφθεί οικονομικά και νόμιμα σε “αειφόρο βάση” από έναν υδροφόρο “χωρίς υποβάθμιση της φυσικής ποιότητας του νερού ή δημιουργία ανεπιθήμητων συνεπειών, όπως βλάβη στο περιβάλλον”.
Η έννοια όμως των απολήψεων υπόγειου νερού που προκαλούν βλάβη στο περιβάλλον απαιτεί περαιτέρω διευκρίνηση. Η υπεράντληση υδροφόρων μπορεί να οδηγήση στη μείωση της επιφανειακής απορροής και την ξήρανση υγρότοπων ή ανεπιθήμητη πτώση της στάθμης λιμνών (Collins, 1972) (15). Δοθέντος ότι οι λίμνες και οι υγρότοποι είναι ευαίσθητες περιοχές, ο κίνδυνος πειβαλλοντικών βλαβών είναι υπαρκτός. Η άντληση υπόγειου νερού μπορεί επίσης να οδηγήσει στη δημιουργία καθιζήσεων με αποτέλεσμα την πρόκληση βλαβών σε κατασκευές, οδικό δίκτυο, αγωγούς, φράγματα και σήραγγες. Η υπεράντληση παράκτιων υδροφόρων μπορεί να οδηγήσει στη μόλυνσή τους από τη διείσδυση της θάλασσας. Έτσι υπό τη γενική έννοια, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις περιλαμβάνουν οικολογικές, οικονομικές, κοινωνικές, πολιτισμικές και πολιτικές συνιστώσες (Fetter, 1977) (16).
Πέρα όμως από τις αμφισβητήσεις του όρου λόγω της αοριστίας του (Thomas, 1951) (17) ή της αοριστίας των “ανεπιθύμητων επιπτώσεων” (Anderson-Bekebile, 1977) (18), ο κυριότερος λόγος που προτείνεται η μη χρησιμοποίησή του είναι ότι δε λαμβάνει υπόψη του την αλληλεξάρτηση υπόγειου - επιφανειακού νερού που μπορεί να οδηγήσει στον αποκλεισμό της ανάπτυξης της “λειτουργίας αποθήκευσης” (τεχνητός εμπλουτισμός) ενός υδροφόρου συστήματος (Kazmann, 1956) (4).
Τα μεγαλύτερα προβλήματα στη διαχείριση των υδατικών πόρων είναι:
• η έλλειψη συνδυασμένης ανάπτυξης και χρήσης τόσο των επιφανειακών όσο και υπόγειων νερών,
• η αδυναμία αξιόπιστης ποσοτικοποίησης από πλευρας των υδρογεωλόγων της έννοιας της “ασφαλούς” ή “αειφόρου” απόδοσης ενός υδροφόρου συστήματος, οποιοδήποτε κι αν είναι το περιεχόμενό της, μια και δεν είναι μετρήσιμες πάντα όλες οι παράμετροι της πιο πάνω απόδοσης και η αδυναμία των διαχειριστών συνήθως μηχανικών να κατανοήσουν το πρόβλημα,
• η μη αποτελεσματική εφαρμογή τεχνητού εμπλουτισμού αλλά και κυκλικής αποθήκευσης/χρήσης της περίσσειας (πλημμυρικών) απορροών,
• μη συνδυασμός της χρήσης φυσικού νερού με αναγεννημένα ή αφαλατωμένα ή ακόμη και υφάλμυρα νερά.
Στη διακήρυξή του OHE/UNDP με την ευκαιρία της “Παγκόσμιας ημέρας για το νερό” (22 Μαίου 1998) αναφέρει:
“Η παρούσα κρίση νερού έχει δύο διαστάσεις: Οι υπηρεσίες υδροδότησης, υγειονομικής προστασίας και άρδευσης είναι συχνά ανεπαρκείς και η ανάπτυξη και διαχείριση των υδατικών πόρων δεν είναι αειφόρα …… … Οι υδατικοί πόροι γίνονται συνεχώς πιο σπάνιοι λόγω υπερεκμετάλλευσης, εξάντλησης και ρύπανσής τους….”
Κλειδί για την αειφόρο ανάππτυξη του υδατικού τομέα αποτελεί η δημιουργία κατάλληλης υποδομής (Capacity Building) τουτέστιν μεταξύ των άλλων:
- δημιουργία κατάλληλου θεσμικού περιβάλλοντος
- ανάπτυξη κατάλληλης εργαστηριακής υποδομής με εξασφάλιση της αποδοχής των κοινωνικών φορέων και τη συμμετοχή των εξειδικευμένων ακαδημαϊκών μονάδων
- ανάπτυξη εξειδικευμένων ανθρώπινων πόρων και ενίσχυση των συστημάτων επιχειρισιακής διαχείρισης
Δοθέντος ότι οι υπόγειοι υδατικοί πόροι είναι πεπερασμένοι, τρωτοί σε εξωτερική ρύπανση, ανομοιόμορφα κατανεμημένοι χωροχρονικά, ασυνεχώς ανανεούμενοι, στενά εξαρτώμενοι από ακραίες συχνά μεταβολές του υδρολογικού καθεστώτος αλλά και απολύτως απαραίτητοι για την συντήρηση της ζωής, της ανάπτυξης και του περιβάλλοντος, ο στρατηγικός σχεδιασμός της “σοφής χρήσης” τους απαιτεί:
- συνδιαχείρισή τους με τα επιφανειακά νερά
- ακριβή και αδιάκοπη γνώση των παραμέτρων εκείνων που έχουν άμεση σχέση με την χωροχρονική κατανομή της ποσότητας και της ποιότητας των υπόγειων νερών μέσα από την συνεχή συλλογή πρωτογενών στοιχείων (momitoring)
- χωρική κατανομή των μονάδων που διαθέτουν υψηλού επιπέδου τεχνογνωσία και θα καλύπτουν όλες τις συνιστώσες της συνδιαχείρισης του συνόλου των υδατικών πόρων (δημιουργία κατάλληλου δικτύου ακαδημαϊκών και άλλων εξειδικευμένων εργαστηρίων).
- αξιοποίηση όλων των δυνατών ”Λειτουργιών” των υδροφόρων συστημάτων που αναφέρθηκαν στην παράγραφο 3.
1. Groundwater and Wells, Johnson Dinision, pp. 837-846
2. Economic Geology, 38 pp. 889-902
3. Proc. A.S.C.E. 82, IR3. 1103 pp. 1-12
4. Water Resources Bulletin, 13, pp.933-939
5. Water Well Journal, 31, No 4, pp. 42-47
6. Ground Water, 16, pp. 437-443
7. Trans. A.S.C.E., 78 pp. 148-151
8. U.S. Geological Survey, Water Supply - Paper, 494
9. Trans. A.S.C.E., 3, pp. 275-305
10. Ground Water, 30 No 6, pp. 895-900
11. Water Resources Bulletin, 8, 1173-1176
12. Manual of Eng. Practices, 40p.
13. Water Resources Research, 7, pp, 347-366
14. water Resources Bulletin, 6, 1253-125
15. Geol. Soc. America, Bulletin, 88, p. 896
16. Conversation of ground water Mc Graw-Hill
17. Geol. Soc. America, Bulletin, 88, p. 895
* Παν/μια Πατρών, Τμήμα Γεωλογίας, Εργαστήριο Υδρογεωλογίας-Τεχνικής Γεωλογίας, Ρίο 261 10 Πάτρα, Τηλ. (061)-997401, Fax (061-992671. E-mail kallergisg@prometheus.hoi.gr
http://www.waterinfo.gr/eedyp/papers/GKallergis.html
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου