title: Γεωστατιστική ανάλυση δεδομένων υπόγειων υδάτων σε περιοχή μεταλλευτικής δραστηριότητας 
title: Geostatistical analysis of groundwater data in a mining area of Chalkidiki, Greece
Creators: name: Διαμαντοπουλου Ευγενια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Οι γεωστατιστικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στις γεωεπιστήμες, τη μηχανική και την περιβαλλοντική μεταλλευτική για την ανάλυση δεδομένων στο χώρο και στο χρόνο. Σε περιοχές μεταλλευτικής δραστηριότητας είναι πολύ σημαντική η εκτίμηση της χωρικής μεταβολής ρυπαντικών φορτίων στο εδάφους και τα υπόγεια ύδατα τόσο για περιβαλλοντικούς λόγους, για τη λήψη μέτρων, όσο και για την καθοδήγηση της αποκατάστασης έπειτα από το πέρας των εργασιών εξόρυξης.
Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στη γεωστατιστική ανάλυση ποιοτικών δεδομένων υπογείων υδάτων από τρείς γειτονικές περιοχές μεταλλευτικής δραστηριότητας στη Βόρεια Ελλάδα. Η μελέτη αυτή είναι απαραίτητη καθώς η ενδεχόμενη ρύπανση των υπογείων υδάτων κατά τη μεταλλευτική εκμετάλλευση μπορεί να προκαλέσει σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η χωρική ανάλυση και η δημιουργία χαρτών εκτίμησης της χωρικής μεταβολής ρυπαντικών φορτίων Cd και Mn στα υπόγεια ύδατα της περιοχής μελέτης. Η γεωστατιστική ανάλυση δεδομένων περιλαμβάνει τα εξής στάδια: προσδιορισμό της κατανομής πιθανότητας, προσαρμογή τάσεων, υπολογισμό του χωρικής εξάρτησης των δεδομένων πεδίου και τέλος εκτίμηση τιμών σε μη παρατηρημένα σημεία στο χώρο. Για την εφαρμογή της γεωστατιστικής ανάλυσης, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 62 σημεία παρατήρησης υπογείων υδάτων και η μέθοδος Κανονικού Kriging. Η υλοποίηση της μεθοδολογίας βασίστηκε σε κώδικα που αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Matlab. 
Στο πρώτο κεφάλαιο αναλύονται οι στόχοι της Διπλωματικής εργασίας, ενώ στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη αναφορά στη μεταλλευτική δραστηριότητα της εταιρείας που εκμεταλλεύεται τα μεταλλεία και στο περιβαλλοντικό πρόγραμμα παρακολούθησης που έχει εγκατασταθεί στην περιοχή. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται βασικές θεωρητικές έννοιες της γεωστατιστικής στις οποίες βασίστηκε η παρούσα εργασία και αναλύονται σε μαθηματικό επίπεδο οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν για την ανάλυση των δεδομένων. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η εφαρμογή της γεωστατιστικής ανάλυσης και περιγράφονται τα αποτελέσματα. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της γεωστατιστικής ανάλυσης και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.
Τα διαθέσιμα δεδομένα ρυπαντικού φορτίου εξετάζονται για την καταλληλόλητα τους ώστε να εφαρμοστεί αξιόπιστα η γεωστατιστική ανάλυση. Τα δεδομένα δεν ακολουθούν την κανονική κατανομή και για αυτό χρησιμοποιήθηκε ο μετασχηματισμός τους με εφαρμογή του λογαρίθμου. Στη συνέχεια προσδιορίζονται οι στατιστικές παράμετροι του δείγματος και το διάγραμμα Voronoi για να εξεταστεί η ύπαρξη στασιμότητας ή όχι. Έπειτα πραγματοποιήθηκε έλεγχος ύπαρξης τάσεων στο πεδίο και αφαίρεση δευτέρου βαθμού πολυωνυμικής τάσης. Η χωρική εξάρτηση των δεδομένων προσδιορίζεται με τον υπολογισμό του εμπειρικού βαριογράμματος και την προσαρμογή σε αυτό του κατάλληλου θεωρητικού προτύπου. Μετά από αρκετές δοκιμές, επιλέχθηκε και προσαρμόστηκε στο εμπειρικό βαριόγραμμα το σφαιρικό μοντέλο βαριογράμματος και για τα δύο δείγματα ρυπαντικού φορτίου. Η χωρική μεταβολή του ρυπαντικού φορτίου εκτιμήθηκε με τη μέθοδος Κανονικού Kriging (Ordinary Kriging) ενώ έγινε αντιστροφή του μετασχηματισμού των δεδομένων στην αρχική τους κλίμακα. Η ακρίβεια των αποτελεσμάτων είναι ικανοποιητική ενώ ή αβεβαιότητα των εκτιμήσεων προσδιορίζει περιοχές όπου χρειάζεται ενίσχυση της δειγματοληψίας.
description: Geostatistical prediction methods are increasingly used in earth sciences and engineering to improve our knowledge of space and time attributes. During mining activities, it is essential to estimate any contamination of the soil and groundwater in the area for environmental reasons and to guide the reclamation once mining operations are finished. This thesis presents the geostatistical analysis of the groundwater content in specific pollutants concentrations (Cd and Mn) in a group of mines in Northern Greece. The Correlation between Cd and Mn was investigated during the preliminary analysis of the data. Data normalization was performed using the logarithm, as well as trend approximation, to improve data stationarity. Then, the spatial dependence of the measurements was determined using variogram analysis and estimation. The spatial variability of the pollutants content in groundwater was estimated and presented employing maps using the Ordinary Kriging (OK) method and inversing the transformations.