Προσομοίωση και διαχείριση του υπογείου υδροφορέα της λίμνης Κάρλας με το μοντέλο Modflow

Abstract

Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι η γνώση του μαθηματικού μοντέλου προσομοίωσης υπόγειων ροών Modflow 2000 της Αμερικάνικης Υπηρεσίας Γεωλογικών Ερευνών και η προσομοίωση του υπόγειου υδροφορέα της ευρύτερης περιοχής της Λίμνης Κάρλας. Επιπλέον σκοπός είναι η διερεύνηση της βιώσιμης διαχείρισης των υπόγειων υδάτων. Στο 1° Κεφάλαιο συγκεντρώνονται τα γεωλογικά και υδρογεωλογικά χαρακτηριστικά της πεδιάδας της Θεσσαλίας καθώς επίσης και οι υδροφορίες που αναπτύσσονται. Επίσης αναφέρονται οι υδροδυναμικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν την περιοχή της Θεσσαλίας και η εκμετάλλευση των υπόγειων υδροφορέων της. Για την καλύτερη αντιμετώπιση των παραπάνω η πεδιάδα της Θεσσαλίας χωρίστηκε σε δυο ανεξάρτητα υδρολογικά πεδιάδες: τη Δυτική και την Ανατολική. Στο 2° Κεφάλαιο συγκεντρώνονται όλα τα υφιστάμενα στοιχεία για την ιστορία, την εξέλιξη και το υδατικό πρόβλημα της λίμνης Κάρλας. Παράλληλα, το ενδιαφέρον εστιάζεται στη γεωλογική δομή της περιοχής, τις υδρογεωλογικές συνθήκες και τη συμπεριφορά και εκμετάλλευση των υδροφορέων της περιοχής, στοιχεία απαραίτητα για την κατανόηση και την ορθή κατάστρωση του μοντέλου προσομοίωσης. Στο 3° Κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής περιγραφή του συστήματος μοντέλων προσομοίωσης υπόγειων ροών GMS ( Groundwater Modelling System ) με εστίαση στη λειτουργία του κώδικα Modflow, μέσω παραδειγμάτων που παραθέτονται. Το πρόγραμμα στηρίζεται στην αριθμητική επίλυση μιας κύριας διαφορικής εξίσωσης, η οποία προκύπτει από την εφαρμογή της εξίσωσης διατήρησης της μάζας και του νόμου του Darcy. Πρόκειται για ένα μοντέλο πεπερασμένων διαφορών με επίλυση των εξισώσεων στο κέντρο των κυψελίδων του καννάβου που δημιουργούμε στο εκάστοτε πρόβλημα. Πέραν του θεωρητικού και μαθηματικού υπόβαθρου του προγράμματος παρουσιάζονται αναλυτικά όλα τα ανεξάρτητα υποπρογράμματα ( packages ) και οι υπορουτίνες ( modules ) που συνιστούν τα εργαλεία μιας μαθηματικής προσομοίωσης. Επίσης, στο ίδιο κεφάλαιο συμπεριλαμβάνονται οι εναλλακτικές προσεγγίσεις μέσω των οποίων κατασκευάζεται ένα μοντέλο προσομοίωσης του Modflow, μαζί με όλα τα επιμέρους βήματα εργασίας της καθεμίας και τα χαρακτηριστικά δομικά στοιχεία τους. Βασικό κομμάτι κάθε προσομοίωσης αποτελεί η ρύθμιση του μοντέλου, η υλοποίηση της οποίας συνεπάγεται βελτιστοποίηση των παραμέτρων που υπεισέρχονται στην επίλυση του μοντέλου. Το 4° Κεφάλαιο αποτελεί και την κύρια εργασία της προσομοίωσης των υπόγειων υδάτων της Κάρλας στο Modflow. Περιγράφονται όλες οι υποθέσεις που λήφθηκαν υπόψη καθώς και τα πρωτογενή δεδομένα που όλα μαζί οδήγησαν στην υλοποίηση της παρούσας προσομοίωσης. Επιπλέον, γίνεται η ρύθμιση του μοντέλου και πραγματοποιούνται 4 διαφορετικά σεναριακά «τρεξίματα» του προγράμματος τα οποία δίνουν μια πληρέστερη εικόνα της λειτουργίας του υδροφορέα και της ανταπόκρισης αυτού σε πιθανές μεταβολές. Τέλος, στο 4° Κεφάλαιο καταγράφονται τα εξαγόμενα συμπεράσματα που σχετίζονται τόσο με τη βιωσιμότητα της διαχείρισης των εν λόγω υδατικών πόρων, όσο και με την ευαισθησία του προσομοιούμενου υδροφορέα. Μια κατεύθυνση ορθολογικής διαχείρισης των υπόγειων υδάτων της λίμνης που προκύπτει από την παρούσα μελέτη, φαίνεται πως είναι ένα γενικό μεν, αλλά πολύτιμο εργαλείο για την περαιτέρω αντιμετώπιση του διαχειριστικού προβλήματος της περιοχής.