title: Μελέτη της υπόγειας ροής και του φαινομένου υφαλμύρισης στον προσχωματικό υδροφορέα Καταπόλων της νήσου Αμοργού, με τη χρήση του μοντέλου υπόγειας ροής PTC (Princeton Transport Code)
title: A study of the groundwater flow and the saltwater intrusion phenomenon at the alluvial aquifer of Katapola at the island of Amorgos, using the grounwater flow model PTC
Creators: name: Σιακα Μαρκελλα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2015

description: Η υφαλμύριση σε παράκτιους υδροφορείς είναι ένα κοινό φαινόμενο υποβάθμισης της ποιότητας του υπόγειου νερού, το οποίο μπορεί να προορίζεται για ύδρευση ή άρδευση.  Τα μικρά νησιά, λόγω κλίμακας, αποτελούν πολύ ευαίσθητα στην επιρροή της θαλάσσιας διείσδυσης συστήματα, ιδιαίτερα τις θερινές περιόδους που το πρόβλημα οξύνεται, λόγω αυξημένης τουριστικής δραστηριότητας. Το γεγονός αυτό, καθιστά τη διαχείριση των υδάτινων πόρων στα μικρά νησιά, πρόκληση και παράλληλα επιτακτική ανάγκη. Η Αμοργός, είναι ένα από τα τέσσερα πιο απαιτητικά, σε υδατικές ανάγκες, νησί του Νοτίου Αιγαίου, καθώς δέχεται πάνω από 30.000 m3 πόσιμου νερού, από υδροφόρα πλοία, ετησίως. Παράλληλα, όλοι οι παράκτιοι οικισμοί του νησιού πλήττονται σοβαρά από το φαινόμενο της υφαλμύρισης. Με σκοπό την παροχή βιώσιμων προτάσεων διαχείρισης του υπόγειου νερού, αναπτύχθηκε ένα τρισδιάστατο μαθηματικό μοντέλο υπόγειας ροής, για τον προσχωματικό υδροφορέα της Τοπικής Κοινότητας Καταπόλων. 
Ως λογισμικό προσομοίωσης, επιλέχθηκε το Argus One με κώδικα PTC, που λειτουργεί χρησιμοποιώντας συνδυαστικά τις αριθμητικές μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων και πεπερασμένων διαφορών, με σκοπό να επιλύσει ένα σύστημα χωρικά μεταβαλλόμενων εξισώσεων. Το μοντέλο, λαμβάνει υπόψη του  γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά του συστήματος, όπως το βάθος, η υδραυλική αγωγιμότητα, η αποθηκευτικότητα και το πορώδες, ενώ παρέχει πληροφορία για τη χρονική και χωρική μεταβολή των υδραυλικών υψών του υδροφορέα και την ταχύτητα του υπόγειου νερού. Για τη μελέτη του μετώπου υφαλμύρισης, χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση απότομης διεπαφής σε συνδυασμό με την εξίσωση των Ghyben-Herzberg και ενός συντελεστή διόρθωσης που λαμβάνει υπόψη την υδροδυναμική διασπορά της υφάλμυρης ζώνης. Το μοντέλο βαθμονομήθηκε, ώστε να υπάρχει ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ της προβλεπόμενης εξέλιξης της θαλάσσιας διείσδυσης και των αντίστοιχων μετρήσεων ποιότητας υπόγειου νερού από το πεδίο. Σε αυτή τη διαδικασία, βοήθησε ο συνυπολογισμός πέντε στατιστικών δεικτών αξιολόγησης της μοντελοποίησης.  
Τα αποτελέσματα του μοντέλου πρόβλεψης, έδειξαν ότι κάτω από τρέχουσες συνθήκες άντλησης του υδροφορέα (υπερεκμετάλλευση), το μέτωπο της υφαλμύρισης θα συνεχίσει να μετακινείται προς το εσωτερικό της περιοχής μελέτης υποβαθμίζοντας σοβαρά και μη αντιστρεπτά την ποιότητα του υπόγειου νερού. Σκοπός της διαχείρισης είναι βρεθεί η βέλτιστη μέθοδος ρυθμού άντλησης από τις υπάρχοντες γεωτρήσεις, ώστε να παρεμποδιστεί η περαιτέρω εξάπλωση της θαλάσσιας διείσδυσης. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν σενάρια διαχείρισης, που έλαβαν υπόψη επιδράσεις της κλιματικής αλλαγής στη βροχόπτωση, τη τροφοδοσία της λεκάνης, τη μέση στάθμη της θάλασσας και την αύξηση του πληθυσμού. Για να ελεγχθεί το πρόβλημα, κρίνεται απαραίτητη η περιοδική παύση λειτουργίας των βασικών γεωτρήσεων, και παράλληλα ο σχεδιασμός εύρεσης εναλλακτικών πηγών πόσιμου νερού.

description: Saltwater intrusion is a common phenomenon in coastal aquifers that can degrade the quality of water intended for drinking and irrigation purposes. Small islands are small scale systems that are very vulnerable to saltwater intrusion. Especially, in dry periods,   the problem is exacerbated, due to increased touristic activity and irrigation needs. This fact, makes water resources management, in small islands,  a big challenge and, at the same time, an urgent need. Amorgos island, is one of the four most water demanding islands, of South Aegean Sea, receiving more than 30.000m3  of drinking water, from ships, annually. At the same time, Amorgo’s coastal communities are seriously affected by saltwater intrusion. In order to provide groundwater management options for the alluvial aquifer of Katapola, located on Amorgo’s island, a three-dimensional groundwater flow mathematical model was developed. Argus One was chosen for the simulation, coupled with Princeton Transport Code (PTC). PTC operates, using a combination of finite element and finite difference numerical methods, to solve a system of spatially varying equations. The model takes into account the system’s geomorphological characteristics, such as depth, hydraulic conductivity, storativity and porosity, while providing information on temporal and spatial variations of hydraulic heads and groundwater’s flow velocity. In order to study the extent of saltwater intrusion, the sharp-interface approximation combined with the Ghyben-Herzberg equation was used. Ghyben-Herzberg equation was used in conjunction with a correction factor that accounts for the hydrodynamic dispersion constant of the brackish zone. The model was calibrated until satisfactory agreement between simulated data and field measurements was achieved. To facilitate model evaluation, in terms of accuracy, model evaluation statistics were calculated, as well. The prediction model results show that under the current pumping strategies (overexploitation), the saltwater intrusion front will continue to move inland, posing serious and irreversible problem to the groundwater quality. The management goal is to find the optimal pumping rates from the existing wells, so as to prevent further spreading of saltwater intrusion. For this purpose, several water management scenarios were developed, taking into account the effects that climate change will have on rainfall, water supply, mean sea level and population growth. Controlling the expansion of seawater intrusion, in Katapola, includes the periodic deactivation of most pumping wells and the designing of alternative resources/plans for water supply.