Υδρογεωλογικές συνθήκες της Νήσου Λέρου. Διερεύνηση παραγόντων ποιοτικής υποβάθμισης των υπόγειων υδάτων.

Abstract

Η Λέρος είναι ένα νησί του νοτιοανατολικού Αιγαίου και υπάγεται στο νομό Δωδεκανήσου. Ειδικότερα, βρίσκεται ανάμεσα στα νησιά Πάτμο και Λειψούς, προς βορά, και Κάλυμνο (1 ν.μ.), προς νότο. Απέχει απ’ τον Πειραιά 179 ν.μ. και από τη Μικρασιατική ακτή 7 ν.μ. Η Λέρος έχει έκταση 54 km2 και μήκος ακτογραμμής 83km, γεγονός, που δείχνει τον πλούσιο θαλάσσιο διαμελισμό των ακτών της, που σχηματίζουν βαθύς κόλπους και όρμους. Με βάση το γενικό πολεοδομικό σχέδιο του Δήμου Λέρου, αντιπροσωπεύει ένα Δημοτικό διαμέρισμα, το οποίο αποτελείται απ’ την νήσο Λέρο και από άλλες νησίδες, που κάποιες απ’ αυτές κατοικούνται (Κίναρος - Λέβιθα - Φαρμακονήσι). Η Λέρος έχει πληθυσμό 2.207 κατοίκους και αντιπροσωπεύει το 4,32% του νομού. Οι κάτοικοι ασχολούνται κυρίως με τον τριτογενή τομέα (δημόσιες και τουριστικές επιχειρήσεις), παρά με τον δευτερογενή τομέα (κατασκευές). Ο οικισμός Αγία Μαρίνα είναι η πρωτεύουσα του Δήμου και περιλαμβάνει τρεις οικιστικές ενότητες - γειτονιές: α) την Αγία Μαρίνα, στη βόρεια παραλία του κεντρικού τμήματος του νησιού, β) τον Πλάτανο, στον αυχένα, μεταξύ του λόφου του Κάστρου και του υψώματος Μεροβίγλι και γ) το Παντέλι, στο μυχό του ομώνυμου όρμου. Πολλές απ’ τις διοικητικές και κοινωνικές υποδομές βρίσκονται στις περιοχές Αγ. Μαρίνα και Πλάτανος. Όλοι οι οικισμοί καλύπτονται απ’ το δίκτυο ύδρευσης, που τροφοδοτείται απ’ γεωτρήσεις και πηγές. Στην παρούσα μελέτη, το ενδιαφέρον μας εστιάζεται στο κεντρικό τμήμα του νησιού, το οποίο έχει έκταση 16,2 km2 και τοποθετείται ανάμεσα στους Όρμους Γούρνας, Άλιντα και Παντέλι. Στο βόρειο τμήμα της περιοχής μελέτης, οι υψηλότερες κορυφές είναι το Κλειδί (321m), η Βαγιά (264m) και η Μεμιγκαρία (177m), απ’ τις οποίες περνάει ο βόρειος υδροκρίτης, ενώ στο νότιο τμήμα, οι υψηλότερες κορυφές είναι η Πατέλα (250m), το Μεροβίγλι (197m), η Παναγία του Κάστρου (160m) και Απεττίκι (174m) απ’ τις οποίες περνάει ο κεντρικός υδροκρίτης. Το ανάγλυφο γίνεται πολύ έντονο, κυρίως στις περιοχές, οι οποίες δομούνται από ανθρακικά πετρώματα. Στο υδρογραφικό δίκτυο κυριαρχεί ο δενδριτικός τύπος. Σε σπάνιες περιπτώσεις όμως, εμφανίζεται ο κλιμακωτός και ο τεθλασμένος τύπος, σε κάποιες υπολεκάνες της περιοχής μελέτης. Από γεωλογική άποψη, η Λέρος ανήκει στην γεωτεκτονική ζώνη της υποπελεγονικής. Το κεντρικό τμήμα της χαρακτηρίζεται απ’ τα μεταμορφωμένα πετρώματα του βαρίσκιου υποβάθρου (sch) και τα ημιμεταμορφωμένα, χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης σχηματισμού (C-P.ph,qt), του Ανώτερου Λιθανθρακοφόρου - Περμίου. Τα πρώτα έχουν επωθηθεί στα δεύτερα και καλύπτουν το μεγαλύτερο τμήμα της περιοχής ενδιαφέροντος. Επίσης, πάνω απ’ τους παλαιοζωικούς σχηματισμούς τοποθετούνται οι αλπικοί σχηματισμοί, όπως οι δολομίτες μέσου-ανώτερου Τριαδικού, και οι ασβεστόλιθοι κατώτερου έως μέσου Ιουρασικού. Κατά μήκος των παραλιακών ζωνών παρατηρούνται αλλουβιακές αποθέσεις, στο βορειοανατολικό τμήμα εντοπίζονται κώνοι κορημάτων, σύγχρονα πλευρικά κορήματα και παλαιά κροκαλοπαγή, ενώ στο νοτιοδυτικό τμήμα, εμφανίζονται μολλασικά ιζήματα. Από τεκτονική άποψη, η περιοχή χαρακτηρίζεται από την επώθηση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων του βαρίσκιου υποβάθρου (sch) επί των ημιμεταμορφωμένων πετρωμάτων (C-P.ph,qt), τα οποία βρίσκονται στο κεντρικό τμήμα της περιοχής, δηλαδή στις περιοχές Γούρνα, Συκέα, Κριθώνι, Κόκκαλη, αλλά και επωθήσεις, όπως των ασβεστόλιθων (Ji-mK) επί των μεταμορφωμένων πετρωμάτων του βαρίσκιου υποβάθρου (sch). Εκτός απ’ τις παραπάνω, εντοπίζονται δύο συστήματα κανονικών ρηγμάτων, ΒΔ-ΝΑ/κής, και Α-Δ διεύθυνσης. Η Λέρος, σύμφωνα με την ταξινόμηση κατά Κoppen ανήκει στο εύκρατο τύπο κλίματος με ξηρό θέρος. Σε γενικές όμως γραμμές, ο τύπος του κλίματος μπορεί να θεωρηθεί ημιυγρός προς ξηρός με καθόλου ή μηδαμινό πλεόνασμα νερού κατά τον χειμώνα. Το μέσο ετήσιο ύψος κατακρημνισμάτων είναι 498,4mm, η μέση ετήσια θερμοκρασία 18,6 OC και η μέση ετήσια σχετική υγρασία 67,8%. Επίσης, όσον αφορά την διακύμανση άλλων καιρικών φαινόμενων, παρατηρούμε ότι η πτώση χαλαζιού είναι ένα σπάνιο φαινόμενο, ενώ συχνότερα εμφανίζονται οι καταιγίδες, οι οποίες έχουν μικρότερη εμφάνιση, σε σχέση με τις ημέρες βροχής. Από υδρολιθολογική άποψη διακρίνονται τρεις ομάδες πετρωμάτων: τα ανθρακικά πετρώματα, τα κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα, και οι τεταρτογενείς αποθέσεις. Με βάση την περατότητα τους, χαρακτηρίζονται ως υδροπερατά, πρακτικά αδιαπέρατα έως ημιπερατά και ημιπερατά, αντίστοιχα. Βάση της ανάπτυξης των σχηματισμών αυτών, εκτιμήθηκαν τα ετήσια ανανεώσιμα δυνητικά υδατικά αποθέματα, που ανέρχονται σε 1.178.268m3, χωρίς να υπολογιστούν οι απώλειες προς την θάλασσα. Επίσης, υπολογίστηκε το υδρολογικό ισοζύγιο της περιοχής μελέτης (κεντρικό τμήμα). Η εξατμισοδιαπνοή, η απορροή και η κατείσδυση αυτού, εκτιμήθηκε 66,8%, 18,5% και 14,7%, αντίστοιχα. Σκοπός, της συγκεκριμένης μελέτης, είναι α) η περιγραφή των υδρογεωλογικών συνθηκών, β) η διερεύνηση των παραγόντων ποιοτικής υποβάθμισης των υπόγειων νερών, γ) η εκτίμηση της καταλληλότητας για διάφορες χρήσεις και δ) η παρουσίαση προτάσεων. Η παρουσίαση, η ανάλυση και η ερμηνεία των υδροχημικών αποτελεσμάτων έγινε με βάση την λιθολογική σύσταση του υδροφορέα προέλευσης των δειγμάτων, δηλαδή σε α) κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα (φυλλίτες, χαλαζίτες, σχιστόλιθοι), β) ανθρακικά πετρώματα (ασβεστόλιθοι, δολομίτες, κρυσταλλικά ανθρακικά πετρώματα) και γ) αλλουβιακές αποθέσεις. Με βάση τα αποτελέσματα των χημικών αναλύσεων, αναφορικά ως προς τα κύρια ιόντα, διαπιστώνεται ότι στα υπόγεια νερά των αλλουβιακών αποθέσεων (al), το κύριο στοιχείο είναι το ασβέστιο (Ca2+), το δεύτερο κατά σειρά είναι το νάτριο (Na+), ενώ τρίτο κατά σειρά έρχεται το μαγνήσιο (Μg2+). Επίσης, λόγω της θαλάσσιας διείσδυσης, το κυρίαρχο ανιόν είναι το χλώριο (Cl-), ενώ το δεύτερο και τρίτο κατά σειρά είναι τα όξινα ανθρακικά ιόντα (ΗCO3-) και τα θειικά (SO4-2). Στα καρστικά υδροσυστήματα (Ji-m.k), το κυρίαρχο κατιόν είναι το νάτριο (Na+) ενώ το δεύτερο και τρίτο κατά σειρά είναι το ασβέστιο (Ca2+) και το μαγνήσιο (Μg2+) Επίσης, το κυρίαρχο ανιόν είναι το χλώριο, ενώ το δεύτερο και τρίτο κατά σειρά είναι τα όξινα ανθρακικά ιόντα (ΗCO3-) και τα θειικά (SO4-2). Στα κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα (sch & C-P,ph.qt), τα κυρίαρχα κατιόντα είναι το νάτριο (Na+) και το ασβέστιο (Ca2+), ενώ το δεύτερο, κατά σειρά, είναι το μαγνήσιο (Μg2+). Επίσης, από τα ανιόντα, το κυρίαρχο ανιόν είναι το χλώριο (Cl-), ενώ το δεύτερο και τρίτο κατά σειρά είναι τα όξινα ανθρακικά ιόντα (ΗCO3-) και τα θειικά (SO4-2), αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα των υδροχημικών αναλύσεων ταξινομήθηκαν κατά υδροχημικές κατηγορίες, με βάση των διαγραμμάτων Schoeller, Piper και Durov. Αυτά είναι σημαντικά εργαλεία, τα οποία ομαδοποιούν τα δείγματα υπόγειου νερού, με βάση την χημική τους σύσταση, που απ’ τα δύο τελευταία προέκυψαν τα ακόλουθα: • Με βάση του διαγράμματος Piper, η πλειοψηφία των δειγμάτων των αλλουβιακών αποθέσεων ανήκει στην κατηγορία των γαιοαλκαλικών νερών, με υψηλό ποσοστό αλκαλίων, και ειδικότερα στην ομάδα των θειικών. Αυτά εμφανίζουν τους ακόλουθους υδροχημικούς τύπους: α) Ca-Na-Mg-Cl-HCO3 και β) Ca-Na-Cl. Εξαίρεση αποτελεί το δείγμα Δ25, το οποίο ανήκει στην κατηγόρια των αλκαλικών νερών και συγκεκριμένα στην ομάδα των χλωριοθειικών, με υδροχημικό τύπο Na-Ca-Cl. Όσον αφορά τα δείγματα, απ’ τα ανθρακικά πετρώματα (καρστικές πηγές), Παναγίες (Π5-Δ22) και Συκίδια (Π8-Δ41), ανήκουν στην κατηγορία των γαιοαλκαλικών νερών, με υψηλό ποσοστό αλκαλίων και ειδικότερα στην ομάδα των οξυανθρακικών νερών. Αυτές έχουν υδροχημικό τύπο Ca-Na-HCO3-Cl. Οι πηγές, όμως, του Αγ. Αντώνιου (Π3-Δ39) και Ρήνα (Π1-Δ40) ανήκουν στην ομάδα των αλκαλικών νερών και ειδικότερα στην ομάδα των χλωριοθειικών. Αυτές εμφανίζουν τους ακόλουθους υδροχημικούς τύπους: α) Na-Ca-Cl και β) Na-Cl, αντίστοιχα. Τα υπόγεια νερά από τα κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα, ταξινομούνται σε δύο κύριες κατηγορίες : α) στη κατηγορία των γαιοαλκαλικών νερών, με υψηλό ποσοστό αλκαλίων, και συγκεκριμένα στην ομάδα των οξυανθρακικών ή των θειικών, β) στη κατηγορία των αλκαλικών νερών και συγκεκριμένα στην ομάδα των χλωριοθειικών. Αυτές εμφανίζουν τους ακόλουθους γενικούς υδροχημικούς τύπους: α) Ca-Mg-Na-HCO3-Cl, β) Ca-Na-Mg-Cl-HCO3 ή Na-Ca-Mg-Cl-HCO3 και γ) Na-Mg-Ca-Cl, αντίστοιχα. • Mε βάση τα διαγράμματα Durov, oι γενικoί υδροχημικοί τύποι είναι Mg-HCO3, Mg-Cl έως Νa-Cl και τα δύο τελευταία δείχνουν υφάλμυρα νερά. Επίσης, παρατηρούνται φρέσκα νερά με γενικό χημικό τύπο Ca-HCO3, τα οποία προέρχονται από την καρστική ενδοχωρική πηγή Παναγίες (Π5-Δ22) και από τα ανθρακικά κρυσταλλικά πετρώματα (C-P.k), τα οποία βρίσκονται, με την μορφή οριζόντων ή/και φακών, εντός του ημιμεταμορφωμένου μέχρι χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης σχηματισμού (C-P.ph.qt). Επιπρόσθετα, υπόγεια νερά με γενικό χημικό τύπο Ca-Cl, τα οποία αποδεικνύουν την αντίστροφη κατιοανταλλαγή. • Με την παρουσία των μεταλλικών ιχνοστοιχείων, προκύπτει σημαντική επιβάρυνση των υπόγειων υδάτων της περιοχής. Οι συγκεντρώσεις τους είναι πάνω από τα επιτρεπτά όρια, που θέτει η Ε.Ε για πόσιμο νερό, αλλά και για χρήση αρδευτικού νερού. Αυτές οι υψηλές συγκεντρώσεις, οφείλονται κυρίως στη γεωλογική δομή της περιοχής μελέτης, λόγω της παρουσίας των μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Επιπλέον, όσον αφορά την ποιότητα τους, ως αρδευτικό νερό, δεν είναι πολύ καλή λόγω της υψηλής αλατότητας, που εμφανίζουν. Αυτή, όμως, πρέπει να σχετίζεται με την αλατότητα του εδάφους και την περατότητα των εδαφών. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η στατιστική ανάλυση των υδροχημικών αποτελεσμάτων, χρησιμοποιώντας δυο μεθοδολογίες: α) cluster analysis και β) factor analysis. Στην πρώτη μέθοδο, ομαδοποιήσαμε τα δείγματα υπόγειου νερού. Προέκυψαν τέσσερις ομάδες δειγμάτων, οι οποίες μας δείχνουν τον βαθμό υφαλμύρωσης, απ’ τα χαμηλότερα μέχρι τα υψηλότερα τοπογραφικά σημεία. Στη δεύτερη μέθοδο ομαδοποιήσαμε τα ιόντα, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, SO4-2, NO3-, NH4+, Cd, Mn, Cr, Fe και προέκυψαν τέσσερις παράγοντες. Ο πρώτος και ο δεύτερος παράγοντας αντιπροσωπεύει την υφαλμύρωση, απ’ την διείσδυση της θάλασσας και την χρήση λιπασμάτων, αντίστοιχα, ενώ ο τρίτος και ο τέταρτος παράγοντας αντιπροσωπεύουν την γεωγενή προέλευση των βαρέων μετάλλων.

Leros is an island of the Southeast Aegean that belongs to the prefecture of Dodecanese. It is placed among Patmos and Leipsi islands from its north side and from the south it is next to Kalymnos. It is distance of 179 (nautical miles) from Pireaus and 7 (n.m) from the Asian shore. Furthermore, the islands is 54Κm2 in extend and its coastline extends in 83Km, which proves that it has extended shores, which from deep gulfs and bights. According to the general urban drawings of Lero’s Municipality, it is constituted of a Municipal district which includes the island of Leros and many other smaller islands which some of them are inhabited (Cenaros, Levitha, Farmakonisi). Leros has 2207 inhabitants which stands up for the 4,32 % of the district’s population. Most of the island’s inhabitants are occupied on the tertiary sector (public services) rather than the secondary sector (tourist industry). The region of Agia Marina is the capital of the Municipality and it’s consisted of three regional units - neighborhood : a) Agia Marina at the North coast of the central part of the island, b) Platanos which stands between the hill of the Castle and the mount of Merovigli and c) Panteli which is situated at the heart of Panteli’s bight. Most of the social and administrative infrastructures are situated in Ag. Marina and Platanos. All the neighborhoods are supplied from a network of water supply which is supplied from boreholes and springs. The project focus on the extend of is the central part of island, which is in extend 16,2Κm2 and situated in the bights Gourna, Alinta and Panteli. On the north part of our area of study, the highest hills are Clidi (321m), Baghia (264m) and Memigharea (177m), from where the north watershed runs through, while on the central part, the highest hills are Patela (250m), Hemerovighli (197m), that mount of Madonna’s Castle (160m) and Apettiki (174m) from where the central watershed runs through. The relief of the area becomes more vivid on the areas which are structured by carbonates rocks. In hydrographical network dominates the dendritic type, but in rare cases, it has the graduated and the distressed type. From a geological point of view, Leros belongs in the geotectonic zone Sub-Pelagoniki and is characterized by the metamorphic rocks of the Variscan basement (sch) and semi-metamorphic and low grade metamorphic rocks (C-P.ph.qt), upper Carboniferous - Permian, which the first ones have been pushed onto (overthrust) the second ones and they cover the biggest department of study area (Gourna, Sykea, Krithoni, Kokkali). Also, the Alpine rocks are placed on top of the Paleozoic rocks, as dolomites of middle-upper Triassic and limestones of lower-middle Jurassic. Moreover, at the length of the coastal areas we observe alluvial deposits, in the north-eastern department cones gravels are located, modern lateral gravels and old conglomerate with matrix, while in the south-western department of study area, Miocene sediments are present. From a tectonic point of view, the study area is characterized by the overthrust of the Variscan rocks basement (sch) on the semi-metamorphic rocks (C-P.ph, qt), which are found in the central department of study area, but also in others, as the limestones (Ji-m.k) on the metamorphic rocks of Variscian. Also, two systems of regular of normal faults with NW-SE and E -W directions. Leros, according to Koppen’s classification belongs in the mild type of climate with dry harvest, but in general terms the type of climate can be considered as semi-dry to dry with small or zero surplus of water in winter. The medium annual precipitation are 498,4mm, and the medium annual temperature is 18,6 OC and the medium and the medium humidity is 67,8%. Also, as far as, fluctuation of other meteorological phenomena is concerned, we observe that hail isn’t a frequent phenomenon, while there are more storms, which also appear less compared to the rainy days. From a hydrological point of view three types-groups of rocks can be distinguished: the carbonate rocks, the metamorphic-crystalline rocks, and quaternary deposits, which according to their permeability, they are very permeable, practically they aren’t permeable even semi-permeable and semi-permeable, respectively. Also, in these groups of rocks and in the particular extent that they cover the region of study, the annual renewable potential watery reserves were estimated in the 1.178.268m3, without having calculated the losses to the sea. Also, the hydrologic balance of study area was estimated and the evapotranspiration, runoff and infiltration, calculated 66,8%, 18,5% and 14,7%, respectively. The aim of this study is to describe the hydro-geological conditions of central Leros, a deeper study of the factors of qualitative devalorisation of groundwater, to assess the suitability for various uses and to propose a possible exploitation of certain waters. Also, for a better presentation, analysis and interpretation of the of hydro-chemical results, these were divided with lithology, where the samples taken, such as a) crystalline metamorphic rocks (fyllites, slates, quartzites) b) carbonates rocks (limestones, dolomites, crystalline carbonate rocks), c) quaternary deposits. According to the presentation of chemical analysis of main ions it is concluded that in alluvial deposits (al), the main element is the calcium (Ca2+), secondly the sodium (Na+) and thirdly the magnesium (Mg2+). Also, because of marine infiltration, the sovereign anion is the chloride (Cl-), while second and third on line are bicarbonate ions (HCO3-), and sulfate ions (SO4-2). In karstic water systems (Ji-m.k), the sovereign cation is the sodium (Na+), while second and third is the calcium (Ca2+) and the magnesium (Mg2+). Also, the sovereign anion is the chloride, while second and third on line are bicarbonate ions (HCO3-), and sulfate ions (SO4-2). In metamorphic rocks (sch & C-P, ph.qt), the sovereign cation are the sodium (Na+) and the calcium (Ca2+), while second on line it is the magnesium (Mg2+). Also, from the anions, the sovereign anion is the chloride (Cl-), while second and third on line are bicarbonate ions (HCO3), and sulfate ions (SO4-2). Also, the results of hydro-chemical analysis were divided with the diagrams of Schoeller, Piper and Durov, the two last are important tools that list the samples of underground water according to their chemical constitution. The results appeared as such: • According to Piper’s diagrams, the majority of samples from the alluvial deposits in the category of geoalkalion waters with high percentage of alkalis and precisely in the team of sulfate, apart from sample D25, which belongs in the category of alkaline waters and more specifically in the team of chloro-sulfate. These groundwaters have hydrochemical type, a) Ca-Na-Mg-Cl-HCO3, b) Ca-Na-Cl and c) Na-Ca-Cl, respectively. As far as it concerns the samples from springs of Panagies (P5-D22) and Sykidia (P8-D41) they belong in the category of geoalkalion waters with high percentage of alkalis and precisely in the team of bicarbonate waters, while the springs of St. Antonios (P3-D39) and Rina (P1-D40) belong in the team of alkaline waters and more specifically in the team of chloro-sulfate. These groundwaters have hydrochemical type: a) Na-Ca-Cl and β) Na-Cl, respectively. While the groundwater from the metamorphic rocks, are categorized in two main categories: a) the category of geoalkalion waters with high percentage of alkalis and precisely in the team of bicarbonate or sulfate, and b) the category of alkaline waters and more specifically in the team of chloro-sulfate. These groundwaters have hydrochemical type: a) Ca-Mg-Na-HCO3-Cl, b) Ca-Na-Mg-Cl-HCO3 or Na-Ca-Mg-Cl-HCO3 και c) Na-Mg-Ca-Cl, respectively. • According to Durov’s diagrams, the general hydrochemical types Mg-HCO3, Mg-Cl and Na-Cl, where two final show brackish waters. Also, fresh waters are observed with the general chemical type Ca- HCO3 , which emanate from the Karstic springs of Panagies 2 and form the carbonate crystalline rocks (C-P.k) which are found in the form of horizons and/or lenses inside the metamorphic rocks (C-P,ph.qt), but also underground waters with general chemical type Ca-Cl, which prove reverse cation - interchange. Studying the heavy metals, it shows a significant burden on groundwater in the area where the concentrations are above the permitted limit that EU has set for potable water, but also for use as irrigation water. Due to the geological structure of the study area, which appear high concentrations, because of metamorphic rock. Moreover, as far as it concerns the quality, irrigation water is not very good because of the high salinity it presents, but this should be related to the salinity of soil and/or the permeability of soil. Finally, a statistic analysis of the hydro-chemical results was performed, in which two methodologies were used: a) cluster analysis and b) factor analysis. In the first method, the samples grouped and generated four groups, which show us the degree of salinity from lowest to the highest topographical points. In the second method grouped the concentrations of ions, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, SO4-2, NO3-, NH4+,Cd, Mn, Cr, Fe and emerged four factors. The first and the second factor represent the salinization from the penetration of the sea and use of fertilizers, respectively, while the third and fourth factor represents heavy metals.