Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων Τίτλος Μαθήματος Ρύπανση Υδάτινων Πόρων Ενότητα 9: Νιτρορύπανση-Υφαλμύρινση Θεοχάρης Μενέλαος – Μυριούνης Χρήστος Αν. Καθηγητής Επ. Συνεργάτης Άρτα, 2015 1 1 1

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Χρηματοδότηση Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Ηπείρου» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

Πηγές ρύπανσης υπόγειων νερών από νιτρικά Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Πηγές ρύπανσης υπόγειων νερών από νιτρικά Οι βασικότερες μορφές του δεσμευμένου αζώτου είναι: η αμμωνία ή τα αμμωνιακά ιόντα και τα νιτρικά ιόντα Η αύξηση της συγκέντρωσης των νιτρικών στα υπόγεια νερά οφείλεται σε: αγροτικές δραστηριότητες αστικές δραστηριότητες ( κυρίως βοθρολύματα) απόνερα χωματερών απόβλητα βιομηχανιών (κυρίως με οργανικούς ρύπους) 4

Ο κύκλος του αζώτου στα υπόγεια νερά Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Ο κύκλος του αζώτου στα υπόγεια νερά Ο όρος "κύκλος τον αζώτου" περιγράφει την κυκλική μεταβολή των αζωτούχων ενώσεων στη φύση και συμπεριλαμβάνει την αλληλομετατροπή των οργανικών και ανόργανων αζωτούχων ενώσεων, καθώς και τη κυκλική μετατροπή του μοριακού αζώτου της ατμόσφαιρας (Ν2), της αμμωνίας (NH3), των νιτρικών (NO3-) και νιτρωδών. 5

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Ο κύκλος του αζώτου στα υπόγεια νερά Η κυκλική μετατροπή των ανόργανων μορφών του αζώτου (Ν2 NH3, NO3- NO2-) διακρίνεται σε 4 χαρακτηριστικά είδη οξειδοαναγωγικών μεταβολών: αζωτοδέσμευση νιτροποίηση απονιτροποίηση αφομοιωτική αναγωγή νιτρικών Οργανικό άζωτο σε έδαφος που καλλιεργήται και σε απόβλητα ζωϊκής προέλευσης Ν σε Στερεά φάση Ν διαλυτό σε οργανικό φορτίο Ν σε Διάλυση Διάλυση Παραγωγή αμμωνίας ΝΗ4 Αζωτοδέσμευση Αέρια αμμωνία Ν Αέριο Εξαέρωση Ν στο οργανικό έδαφος και στη βιομάζα Βιοσύνθεση Ορυκτοποίηση Ακινητοποίηση Αμμωνία στο έδαφος Απορόφηση Προσρόφηση Νιτρώδη ΝΟ2 Νιτροποίηση Νιτρικά ΝΟ3 Διήθηση Αέριο άζωτο Ν2, Ν2Ο Απονιτροποίηση Αφομοίωση από τα φυτά 6

Συνέπειες της ύπαρξης των νιτρικών για την υγεία Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Συνέπειες της ύπαρξης των νιτρικών για την υγεία Η αυξημένη συγκέντρωση νιτρικών στο πόσιμο νερό προκαλεί πολλά και σοβαρά προβλήματα υγείας όπως: καρκίνο βλάβη του νευρικού συστήματος γενετικά ελαττώματα κυάνωση (μεθαιμοσφαιριναιμία) στα νήπια γαστρεντερικά προβλήματα ατονία ασφυκτικά φαινόμενα 7

Χώροι απόρριψης απορριμμάτων Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Χώροι απόρριψης απορριμμάτων Οι πιο σημαντικοί τοπογραφικοί και γεωλογικοί παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή θέσεων για δημιουργία χώρων υγειονομικής ταφής είναι: Η περατότητα Το τοπογραφικό ανάγλυφο Το βάθος του υπόγειου νερού Το ποσοστό της κατείσδυσης Ο τύπος των εδαφών και πετρωμάτων Η θέση της ζώνης διάθεσης σε σχέση με τη διεύθυνση ροής του επιφανειακού και υπόγειου νερού 8

Φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε χώρους διάθεσης αποβλήτων Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε χώρους διάθεσης αποβλήτων Οι βασικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε χώρους διάθεσης αποβλήτων είναι: Η γήρανση Η αποσάθρωση Η δημιουργία στραγγισμάτων 9

Συμπεριφορά των στραγγισμάτων στο έδαφος και τα υπόγεια νερά Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Συμπεριφορά των στραγγισμάτων στο έδαφος και τα υπόγεια νερά Τα φαινόμενα που λαμβάνουν μέρος στη συμπεριφορά των στραγγισμάτων στο έδαφος είναι: Η απορρόφηση Η προσρόφηση Η καθίζηση Το φιλτράρισμα 10

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Επιπτώσεις των στραγγισμάτων στο περιβάλλον Τα στραγγίσματα μετά την έξοδο τους από τη χωματερή παραμένουν ιδιαίτερα βεβαρημένα σε οργανικό και ανόργανο φορτίο. Αποτέλεσμα του γεγονότος αυτού είναι η σημαντική ρυπαντική επιβάρυνση των υπογείων ή/και των επιφανειακών υδάτων. 11

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Υφαλμύρωση (ή υφαλμύρινση) είναι ο εμπλουτισμός του υπόγειου νερού με διαλυμένα άλατα και συγκεκριμένα με ιόντα χλωρίου και νατρίου. Η υφαλμύρωση μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας τύπος περιβαλλοντικής ρύπανσης, που οφείλεται σε ανθρώπινες δραστηριότητες ή/και σε υδρογεωλογικούς παράγοντες. 12

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Κατηγορίες υφάλμυρων νερών υφάλμυρα νερά οφειλόμενα σε διείσδυση της θάλασσας υφάλμυρα νερά που οφείλονται σε διεργασίες δημιουργίας των πετρωμάτων υφάλμυρα νερά οφειλόμενα σε συμπύκνωση διαλυμένων αλάτων σε περιοχές έντονης βιομηχανικής δραστηριότητας υφάλμυρα νερά που οφείλονται σε διάλυση ευδιάλυτων αλάτων διείσδυση θαλασσινού νερού σε παράκτιους υδροφόρους ορίζοντες 13

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Οι παράκτιοι υδροφόροι κάτω από φυσικές συνθήκες αποστραγγίζονται προς τη θάλασσα. Οι έντονες αντλήσεις στις παράκτιες περιοχές ελαττώνουν ή αναστρέφουν τη φυσική υδραυλική βαθμίδα προς τη θάλασσα με συνέπεια τη διείσδυση του θαλασσινού νερού προς την ενδοχώρα. Θεωρώντας ότι το γλυκό και θαλασσινό νερό δεν αναμιγνύονται επειδή έχουν διαφορετικές πυκνότητες σχηματίζεται μεταξύ τους μια διεπιφάνεια παραβολικού σχήματος. 14

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Όταν ένας υδροφόρος περιέχει ένα υποκείμενο στρώμα υφάλμυρου νερού και αντλείται από μια γεώτρηση που το διατρύει, τότε παρατηρείται μια τοπική ανύψωση της διεπιφάνειας (upcoming). Η μείωση του υδραυλικού φορτίου λόγω εντατικής μείωσης του φυσικού εμπλουτισμού προκαλεί αλμύρινση του υπόγειου νερού όταν η ανύψωση της διεπιφάνειας υπερβεί ένα καθορισμένο όριο. 15

Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Το πάχος της διεπιφάνειας είναι μεγαλύτερο κοντά στην ακτή και η αλατότητα μέσα στην διεπιφάνεια αυξάνει με το βάθος από το γλυκό στο θαλασσινό νερό. 16

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Τα προβλήματα της θαλάσσιας διείσδυσης αντιμετωπίζονται με 2 τρόπους: H διείσδυση θεωρείται ως ένα είδος περιβαλλοντικής ρύπανσης, όπου έχουμε ανάμειξη του γλυκού και αλμυρού νερού (μια φάση). Γίνεται παραδοχή η μη ανάμειξη αλμυρού και γλυκού νερού (δύο φάσεις), όπου σε συνθήκες μόνιμης ροής έχουμε ακίνητη διεπιφάνεια και σε συνθήκες άντλησης (μη μόνιμη ροή) κινούμενη διεπιφάνεια. 17

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Υφαλμύρωση υπόγειων υδροφορέων από διείσδυση θαλασσινού νερού Σημαντικός είναι ο ρόλος της διήθησης των αερομεταφερόμενων υδάτινων μαζών της θάλασσας με μορφή σταγονιδίων εξ' αιτίας των ισχυρών ανέμων στην υφαλμύρωση των παράκτιων υδροφόρων οριζόντων. Τα υφάλμυρα νερά θεωρούνται εκμεταλλεύσιμοι υδατικοί πόροι, ειδικά στα νησιά, όπου ανάγκες σε νερό αυξάνουν συνεχώς τα τελευταία χρόνια. 18

Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Οι κυριότερες πηγές χλωριόντων στο υπόγειο νερό είναι: διείσδυση του θαλασσινού νερού ο εγκλωβισμός αλάτων στο σκελετό του υδροφόρου κατά την ιζηματογένεση τα οικιακά και βιομηχανικά απόβλητα 19

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Ο Revelle πρότεινε σαν κριτήριο της διείσδυσης του θαλασσινού νερού, τη χρησιμοποίηση του λόγου: rCl/(rCO32-+rHCO3-) όπου το r δηλώνει ότι οι συγκεντρώσεις των ιόντων είναι εκφρασμένες σε meq/L. Η αναγνώριση της θαλάσσιας διείσδυσης γίνεται με τη χρήση ισοτόπων και με τη χρήση των σχέσεων 13C/12C και 34S/32S. 20

Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Επιπλέον για τον προσδιορισμό της εξάπλωσης της ζώνης υφαλμύρωσης χρησιμοποιούνται: Η κατανομή του TDS Η κατανομή χλωριόντων Ο λόγος rBr/rCl Η ιοντική ισχύς Ι (ionic strength) Οι γεωφυσικές μέθοδοι 21

Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μελέτη της εξάπλωσης του μετώπου υφαλμύρωσης Συμπερασματικά η κύρια ανταλλαγή που λαμβάνει χώρα στους παράκτιους υδροφορείς από τη δράση του θαλάσσιου νερού είναι η αμφίδρομη αντικατάσταση των ιόντων Na με τα ιόντα Ca. 22

Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Για τη βελτίωση της ποιότητας του αντλούμενου νερού από τις υφάλμυρες γεωτρήσεις και τον περιορισμό του φαινομένου (συχνά μη αντιστρεπτού) της διείσδυσης της θάλασσας απαιτείται: Συνεχής έλεγχος της ποιότητας των υπόγειων νερών ειδικά στις "ευαίσθητες" περιοχές και κατασκευή χαρτών υφαλμύρωσης, στάθμης κ.λπ. 23

Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Περιορισμός του συνεχούς χρόνου άντλησης καθώς και της αντλούμενης παροχής. Ανύψωση της αντλίας στις γεωτρήσεις που εντοπίζεται πρόβλημα υφαλμύρωσης. Στις γεωτρήσεις όπου η υδροστατική στάθμη είναι κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, απαιτείται επιπλέον ελάττωση της αντλούμενης παροχής. 24

Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Καθορισμός της κρίσιμης παροχής άντλησης, ώστε να αποφευχθεί η υφαλμύρωση του αντλούμενου νερού. Υπολογισμός για μια επιλεγμένη παροχή άντλησης, της ελάχιστης απόστασης των γεωτρήσεων από την ακτή, αλλά και μεταξύ τους. Τεχνητός εμπλουτισμός των υδροφόρων που έχουν τάση υφαλμύρωσης με την αξιοποίηση των επιφανειακών χειμερινών απορροών ή επεξεργασμένων λυμάτων. 25

Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Μέτρα αντιμετώπισης της διείσδυσης της θάλασσας Πειραματική μελέτη κατά περίπτωση, ώστε να είναι δυνατή η εκμετάλλευση των παράκτιων καρστικών συστημάτων με τη σωστή επιλογή του συστήματος υδρομάστευσης. Η κατασκευή στεγανού διαφράγματος παράλληλα προς την ακτή σε όλο το πάχος του υδροφόρου εμποδίζει τη διείσδυση θαλασσινού νερού. Επίσης η συνεχής άντληση αλμυρού νερού από γεωτρήσεις κοντά στη θάλασσα δημιουργεί φραγμό. 26

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Βιβλιογραφία Καλλέργης, Γ., (2001): Εφαρμοσμένη-Περιβαλλοντική Υδρογεωλογία, 2η έκδοση, τόμος Α, Β, Γ, Τ.Ε.Ε., Αθήνα Μυριούνης, Χ., (2008a): Υδρογεωλογική και υδροχημική διερεύνηση των υπογείων νερών της παράκτιας ζώνης της υδρολογικής λεκάνης Αλμυρού Μαγνησίας, Διδακτορική διατριβή, Τμήμα Γεωλογίας, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, σελ. 379. Μυριούνης, Χ., (2008b): Μελέτη του Δικτύου Αποχέτευσης Ομβρίων και Ακαθάρτων Δήμου Συκεών, Ν. Θεσσαλονίκης με G.I.S. κα συστήματα CAD, Διπλωματική εργασία, Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, Τομέας Συγκοινωνιακών και Υδραυλικών Έργων, Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, σελ. 416.

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Ίδρυμα Ηπείρου. <Θεοχάρης Μενέλαος – Μυριούνης Χρήστος>. <Ρύπανση Υδάτινων Πόρων>. Έκδοση: 1.0 <Άρτα>, 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.teiep.gr/courses/TEXG114/ 28

Σημείωμα Αδειοδότησης Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 4.0 Διεθνές [1] ή μεταγενέστερη. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, Διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.el 29

Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ηπείρου Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Μυριούνης Χρήστος Άρτα, 2015 30 30