Διερεύνηση των εδαφικών υποχωρήσεων από υπεράντληση υδροφορέων στο δυτικό θεσσαλικό κάμπο, με βάση τη γεωτεχνική συμπεριφορά των σχηματισμών και τη συμβολή γεωστατιστικού μοντέλου
Authors: Σίδερη Δάφνη 
Published: September 2021

Το φαινόμενο των εδαφικών υποχωρήσεων εξαιτίας της υπεράντλησης των υπόγειων υδροφορέων, έχει παρατηρηθεί σε πολλές περιοχές ανά τον κόσμο, αλλά και στον Ελληνικό χώρο. Στις περιπτώσεις αυτές, η εκδήλωση ή μη των εδαφικών υποχωρήσεων, εξαρτάται άμεσα από τη φύση των σχηματισμών του υπεδάφους και ειδικότερα από τις γεωτεχνικές τους ιδιότητες. Μία από τις περιοχές στην Ελλάδα στην οποία κατά τις τελευταίες δεκαετίες, το εν λόγω φαινόμενο εμφανίζεται με σοβαρές συνέπειες για τις καλλιέργειες και τις οικιστικές ζώνες είναι και ο Δυτικός Θεσσαλικός κάμπος. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής και προκειμένου να διερευνηθεί η χωροχρονική εκδήλωση του ανωτέρω φαινομένου στην υπόψη περιοχή, εξετάστηκαν και αναλύθηκαν οι λίθοστρωματογραφικές συνθήκες και τα γεωμηχανικά χαρακτηριστικά των εδαφικών οριζόντων, εκτός από τις γνωστές μεθόδους και με τη χρήση της γεωστατιστικής. Αναλυτικότερα, το πρώτο στάδιο της έρευνας περιελάμβανε την αποτύπωση και καταγραφή της παρούσας κατάστασης στον Δυτικό Θεσσαλικό κάμπο. Για τον σκοπό αυτόν, έγινε εκτεταμένη έρευνα πεδίου κατά την οποία αποτυπώθηκαν οι εδαφικές διαρρήξεις και διενεργήθηκαν σταθμημετρήσεις, στο δίκτυο υδρογεωτρήσεων της Περιφέρειας Θεσσαλίας. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε χαρτογράφηση και σύνταξη του τεχνικογεωλογικού χάρτη της περιοχής έρευνας. Στον εν λόγω χάρτη, οι τεταρτογενείς αποθέσεις του Δυτικού Θεσσαλικού κάμπου διακρίθηκαν σε οκτώ (8) τεχνικογεωλογικές ενότητες. Μετά την εξαγωγή των πρώτων συμπερασμάτων, τα δεδομένα των γεωτεχνικών γεωτρήσεων και υδρογεωτρήσεων (περισσότερες από 1.000) που έχουν ανορυχθεί στην περιοχή έρευνας, χρησιμοποιήθηκαν για την αποτύπωση της λιθολογικής σύστασης και δομής, καθώς και την προσέγγιση του φαινομένου των εδαφικών υποχωρήσεων, με μεθόδους γεωστατιστικής. Η χρήση της γεωστατιστικής προκύπτει από την ανάγκη αποδοτικότερης χρήσης των δεδομένων, με στόχο την ελαχιστοποίηση του σφάλματος, σε συνθήκες υψηλής αβεβαιότητας. Εξάλλου, η δομή των τεταρτογενών αποθέσεων της λεκάνης του Δυτικού Θεσσαλικού κάμπου χαρακτηρίζεται από έντονη πολυπλοκότητα η οποία, σε συνάρτηση και με την έκτασή της, καθιστά δύσκολη την πλήρη ανάλυση αυτής μόνο με τα υπάρχοντα στοιχεία. Συνεπώς, στο δεύτερο στάδιο της έρευνας, κρίθηκε απαραίτητη η χρήση γεωστατιστικών μεθόδων για την απεικόνιση της τρισδιάστατης λιθολογικής σύστασης και δομής, με σκοπό τον εντοπισμό νέων περιοχών στις οποίες αναμένεται υπό ορισμένες συνθήκες να εκδηλωθούν φαινόμενα εδαφικών υποχωρήσεων. Για τη χωρική χαρτογράφηση των γεωτεχνικών παραμέτρων του εδάφους χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τις γεωτεχνικές γεωτρήσεις, οι οποίες έχουν ανορυχθεί στην περιοχή. Ειδικότερα, από τα γεωμηχανικά χαρακτηριστικά των σχηματισμών διερευνήθηκε η χωρική μεταβολή του δείκτη συμπιεστότητας (Cc), αυξημένες τιμές του οποίου σε συγκεκριμένους εδαφικούς ορίζοντες, μπορεί να προκαλέσουν τη συμπίεση αυτών και κατά συνέπεια την υποχώρηση του συνόλου των εδαφικών σχηματισμών. Η χωρική μεταβολή του Cc εξετάστηκε σε σχέση με άλλες γεωτεχνικές παραμέτρους των τεταρτογενών αποθέσεων, με την εφαρμογή των μεθόδων cokriging και ανάλυσης κύριων συνιστωσών. Η συσχέτιση φυσικών χαρακτηριστικών και μηχανικών ιδιοτήτων στη λεκάνη του Δυτικού Θεσσαλικού κάμπου με την εφαρμογή των ανωτέρω μεθόδων, οδήγησε πράγματι στον εντοπισμό περιοχών στις οποίες επικρατούν οι συμπιεστοί σχηματισμοί. Ωστόσο, με την απουσία γεωτεχνικών δεδομένων πέραν του βάθους των 30 - 45 m (βάθος των γεωτεχνικών γεωτρήσεων που χρησιμοποιήθηκαν), δεν ήταν δυνατός ο υπολογισμός της τιμής του δείκτη συμπιεστότητας στους βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες της περιοχής έρευνας. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, αποδόθηκε τιμή συμπιεστότητας σε κάθε λιθολογική ενότητα των βαθύτερων εδαφικών σχηματισμών, η οποία παρουσιάζει παρόμοια γεωτεχνική συμπεριφορά με τους ορίζοντες που διακρίθηκαν έως το βάθος διερεύνησης. Ως εκ τούτου, για την ορθότερη απεικόνιση της τρισδιάστατης λιθολογικής σύστασης και δομής των τεταρτογενών αποθέσεων, αλλά και την αποφυγή εξομαλύνσεων, εφαρμόστηκε η μέθοδος της πολλαπλά Γκαουσιανής προσομοίωσης. Από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης επιβεβαιώνεται ότι η λιθολογική σύσταση και η δομή, η οποία εκφράζεται και από την κοκκομετρική διαβάθμιση των εδαφικών σχηματισμών στην εν λόγω περιοχή, παρουσιάζουν διαφοροποίηση στο ΒΔ/κό συγκριτικά με το ΝΑ/κό τμήμα της λεκάνης του Δυτικού Θεσσαλικού κάμπου. Πιο συγκεκριμένα, το μοντέλο επιβεβαιώνει την ύπαρξη μεγαλύτερου ποσοστού αδρομερών σχηματισμών στο ΒΔ/κό συγκριτικά με το ΝΑ/κό τμήμα αυτής. Η συγκεκριμένη διαφοροποίηση επαληθεύεται από έρευνες οι οποίες έχουν πραγματοποιηθεί κατά το παρελθόν στην εν λόγω περιοχή. Μετά τον εντοπισμό των περιοχών οι οποίες δύνανται υπό συνθήκες να υποστούν εδαφική υποχώρηση, διερευνήθηκε η ποσοτική εξάπλωση του φαινομένου στον χώρο και τον χρόνο, σε σχέση με τη γενεσιουργό αιτία, δηλαδή την πτώση στάθμης του υπόγειου υδροφορέα. Για τον σκοπό αυτόν, χρησιμοποιήθηκε χρονοσειρά δορυφορικών μετρήσεων από το ερευνητικό πρόγραμμα Terrafirma του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, βάσει της τεχνικής της Συμβολομετρίας Σταθερών Ανακλαστήρων. Από τα αποτελέσματα των δορυφορικών μετρήσεων εντοπίστηκαν οι περιοχές οι οποίες παρουσιάζουν έντονες παραμορφώσεις. Με βάση τα δεδομένα των δορυφορικών μετρήσεων και τη χρήση των μεθόδων kriging και cokriging εκτιμήθηκαν οι αλληλοσχετιζόμενες χωροχρονικές μεταβολές των μετακινήσεων του εδάφους και της στάθμης του υπόγειου νερού και πραγματοποιήθηκε πρόβλεψη των τιμών τους. Συμπερασματικά, η διερεύνηση των μεταβολών της πιεζομετρίας και των μετακινήσεων του εδάφους στον Δυτικό Θεσσαλικό κάμπο κατέδειξε ότι, με την εφαρμογή της γεωστατιστικής είναι δυνατή η χωροχρονική εκτίμηση αυτών εντός συγκεκριμένων ορίων. Η χρήση της πιεζομετρίας ως βοηθητικής μεταβλητής για την εκτίμηση και πρόβλεψη των μετακινήσεων του εδάφους, αποδείχθηκε ότι οδηγεί σε περισσότερο ρεαλιστικά αποτελέσματα, μειώνοντας σημαντικά το σφάλμα εκτίμησης. Τα αποτελέσματα της διατριβής, όσον αφορά τόσο στην απόδοση της επικινδυνότητας, όσο και στη χωροχρονική εκτίμηση του μεγέθους των συνεπειών, αναμένεται να συμβάλλουν στον σχεδιασμό των δράσεων ανάσχεσης της εκδήλωσης των υποχωρήσεων του εδάφους, όπου αυτές έχουν σημειωθεί, αλλά κυρίως στη λήψη προληπτικών μέτρων στις περιοχές της λεκάνης οι οποίες είναι μεν επιρρεπείς σε εδαφική υποχώρηση, πλην όμως οι υπεραντλήσεις δεν έχουν φθάσει στον βαθμό εκείνον που είναι ικανός να οδηγήσει σε ορατές ενδείξεις στην επιφάνεια, όπως εδαφικές διαρρήξεις κ.λπ.