Στο βιβλίο περιγράφονται τα προβλήματα ποιότητας των υπόγειων νερών, οι πηγές ρύπανσης, οι διαδικασίες με τις οποίες οι ρύποι φτάνουν στα υπόγεια νερά και μεταφέρονται στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους και στους υπόγειους υδροφορείς και οι μέθοδοι αποκατάστασης ρυπασμένων υδροφορέων. Η ύλη του βιβλίου αναπτύσσεται σε εννέα κεφάλαια. Περιλαμβάνονται και περιγράφονται:
- Οι βασικές αρχές της ποιότητας των υπόγειων νερών, οι πηγές ρύπανσης, οι επιπτώσεις της ρύπανσης στο περιβάλλον και η μακροσκοπική ανάλυση των διαδικασιών ρύπανσης.
- Τα φαινόμενα μεταφοράς μάζας των ουσιών και οι εξισώσεις που περιλαμβάνουν τη διασπορά, τη μετακίνηση με το νερό, την προσρόφηση, τους μετασχηματισμούς των ουσιών και το διπλό πορώδες του εδάφους.
- Αναλυτικές λύσεις για απλά προβλήματα και αριθμητικές λύσεις για πιο σύνθετα προβλήματα.
- Οι μέθοδοι εφαρμογής υγρών αποβλήτων στο έδαφος (φυσικά συστήματα) και τα προβλήματά τους.
- To άζωτο, ο φώσφορος, τα φυτοφάρμακα και τα άλατα στο εδαφικό και υπόγειο νερό και η επικινδυνότητα ρύπανσης των υπόγειων νερών.
- Σύγχρονες μέθοδοι και τεχνικές εξυγίανσης και αποκατάστασης ρυπασμένων υπόγειων υδροφορέων και οι μέθοδοι και οι διαδικασίες δειγματοληψίας και παρακολούθησης της ποιότητας του νερού στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους και στους υπόγειους υδροφορείς.
Το βιβλίο αποτελεί απαραίτητο εργαλείο και πολύτιμη πηγή γνώσεων για τους επιστήμονες και μηχανικούς που ασχολούνται και ενδιαφέρονται για τη διαχείριση των υδατικών πόρων, αλλά και διδακτικό βοήθημα για φοιτητές γεωπονικών, πολυτεχνικών και άλλων επιστημονικών τμημάτων που περιλαμβάνουν στο πρόγραμμα σπουδών τους μαθήματα υδατικών πόρων, υδραυλικής και προστασίας περιβάλλοντος.
Πρόλογος 2ης έκδοσης
Το βιβλίο αυτό αποτελεί μια ανανεωμένη και βελτιωμένη μορφή της προηγούμενης έκδοσης του 2001 με τον ίδιο τίτλο «Ποιότητα και Ρύπανση Υπόγειων Νερών». Κρίθηκε αναγκαίο και απαραίτητο, για να βελτιωθεί το περιεχόμενο, να ξαναγραφούν τμήματα των κεφαλαίων του παλιού βιβλίου, να προστεθούν υποκεφάλαια, νέα κεφάλαια και περισσότερες λυμένες ασκήσεις.
Οι εξελίξεις στην Ποιότητα και Ρύπανση Υπόγειων Νερών όλα αυτά τα χρόνια ήταν σημαντικές χωρίς αυτές να αναφέρονται στις μεθόδους και τη φιλοσοφία που διέπουν τις μεταβολές της ποιότητας των υπόγειων νερών ή στις διαδικασίες και τα φαινόμενα της εξάπλωσης της ρύπανσης στους υπόγειους σχηματισμούς και την ακόρεστη ζώνη του εδάφους.
Εξελίξεις υπήρχαν στην ανάπτυξη και καθιέρωση προγραμμάτων παρακολούθησης και καταγραφής της ποσοτικής και ποιοτικής κατάστασης των υπόγειων νερών, ιδιαίτερα μετά την θέσπιση της οδηγίας 2000/60/ΕΕ και των εφαρμοστικών νόμων στην Ελλάδα. Μέσα από τα προγράμματα αυτά εντοπίστηκαν υπόγειοι υδροφορείς που έχουν προβλήματα υφαλμύρινσης, νιτρορύπανσης ή και παρουσίας υψηλών συγκεντρώσεων βαρέων μετάλλων, φυτοφαρμάκων και τοξικών στοιχείων. Με την εκπόνηση των διαχειριστικών σχεδίων των λεκανών απορροής τέθηκαν οι βάσεις για την διαχείριση των υδατικών πόρων ώστε να αποκατασταθούν υποβαθμισμένα συστήματα ή να διακοπεί η περαιτέρω υποβάθμιση άλλων. Επίσης με τη θέσπιση της οδηγίας 2006/118/EC σχετικά με την προστασία των υπόγειων υδάτων από τη ρύπανση και την υποβάθμιση τους. Εξελίξεις υπήρξαν και στην διερεύνηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στους υδατικούς πόρους, που τους επηρεάζει τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά.
Θεωρήθηκε αναγκαίο να δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους, επειδή αποτελεί τον συνδετικό κρίκο των δραστηριοτήτων στην επιφάνεια του εδάφους και των υπόγειων νερών και επειδή στη ζώνη αυτή, λόγω της ανάπτυξης του ριζικού συστήματος των φυτών, εφαρμόζονται σημαντικές ποσότητες αγροχημικών.
Το βιβλίο περιέχει αντικείμενα της ποιότητας και της ρύπανσης των υπόγειων νερών που αναλύονται με απλό και κατανοητό τρόπο με στόχο την κατανόηση των διαδικασιών και φαινομένων που συμμετέχουν στις μεταβολές της ποιότητα των υπόγειων νερών. Αλλά περιλαμβάνονται και αντικείμενα που απαιτούν προχωρημένες γνώσεις υδραυλικής υπόγειων νερών, εφαρμοσμένων μαθηματικών και αριθμητικής ανάλυσης. Αυτά τα τελευταία προστέθηκαν για να δώσουν στους μεταπτυχιακούς φοιτητές τη δυνατότητα να εμβαθύνουν στα αντικείμενα και να βοηθήσουν στην ανάπτυξη της έρευνας.
Λόγω των αντικειμένων που αναπτύσσονται στο βιβλίο, θεωρώ ότι αποτελεί απαραίτητο εργαλείο και πολύτιμη πηγή γνώσεων για τους επιστήμονες και μηχανικούς που ασχολούνται και ενδιαφέρονται για τη διαχείριση των υδατικών πόρων, αλλά και διδακτικό βοήθημα για φοιτητές γεωπονικών, πολυτεχνικών και άλλων επιστημονικών τμημάτων που περιλαμβάνουν μαθήματα υδατικών πόρων, υδραυλικής και προστασίας περιβάλλοντος στο πρόγραμμα σπουδών.
Ευχαριστώ τους φοιτητές, συναδέλφους και φίλους για τη συμπαράσταση και ενθάρρυνση για τη συνέχιση της προσπάθειας της αναθεώρησης του βιβλίου. Επίσης τις Εκδόσεις Ζήτη για την συμπόρευση στην έκδοση και διανομή αυτού του βιβλίου.
Βασίλης Αντωνόπουλος
Θεσσαλονίκη 2021
Ομότιμος Καθηγητής
Πρόλογος 1ης έκδοσης
Οι υπόγειοι υδατικοί πόροι είναι από τις σημαντικότερες πηγές νερού για τις ανθρώπινες ανάγκες. Η εντατική χρησιμοποίηση των υδατικών πόρων και η μεγάλη παραγωγή αποβλήτων από τη σύγχρονη κοινωνία έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητας του νερού πολλών υπόγειων υδροφόρων στρωμάτων και την απειλή υποβάθμισης πολλών άλλων. Η ρύπανση των υπόγειων νερών προκαλείται από τη διάθεση των υγρών αποβλήτων απ’ ευθείας στα επιφανειακά και τα υπόγεια νερά, την απόθεση στερεών και υγρών αποβλήτων πάνω ή κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, τις μη σημειακές πηγές ρύπανσης των αγροτικών δραστηριοτήτων και τη χρήση διαφόρων χημικών ουσιών στις διάφορες παραγωγικές διαδικασίες. Η ακόρεστη ζώνη του εδάφους αποτελεί τον συνδετικό κρίκο των δραστηριοτήτων στην επιφάνεια του εδάφους και των υπόγειων νερών. Οι διαδικασίες της κίνησης του νερού και της μεταφοράς μάζας στη ζώνη αυτή καθορίζουν τις ποσότητες νερού και ρύπων που φθάνουν στα υπόγεια νερά.
Η διερεύνηση της μεταφοράς των ρύπων στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους και στους υπόγειους υδροφορείς γίνεται με τη βοήθεια αριθμητικών και αναλυτικών μοντέλων, τα οποία περιγράφουν τις φυσικές, χημικές και βιολογικές διαδικασίες με μαθηματικές σχέσεις. Τα μαθηματικά μοντέλα παρέχουν σημαντική βοήθεια για τη διαμόρφωση διαχειριστικών σχεδίων που οδηγούν στην σωστή αξιοποίηση των υπόγειων υδατικών πόρων, την πρόληψη της ρύπανσής τους και ακόμα τις ενέργειες αποκατάστασης ήδη ρυπασμένων περιοχών των υπόγειων νερών.
Στο βιβλίο αυτό περιλαμβάνονται οι βασικές αρχές και οι διαδικασίες που διαμορφώνουν την ποιότητα και τη ρύπανση των υπόγειων νερών. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην περιγραφή των διαδικασιών που συμμετέχουν στη μεταφορά μάζας των ουσιών στο έδαφος κάτω από κορεσμένες και ακόρεστες συνθήκες και στην επίλυση των εξισώσεων που τις περιγράφουν με μαθηματικά μοντέλα. Επειδή στη μεταφορά μάζας των ουσιών, καθοριστικό ρόλο έχει η κίνηση των υπόγειων νερών, απαραίτητη προϋπόθεση για την καλύτερη κατανόηση των εννοιών και διαδικασιών, για τον αναγνώστη και μελετητή, είναι οι βασικές γνώσεις υδραυλικής σε πορώδη μέσα. Το βιβλίο καλύπτει μέρος της ύλης του μαθήματος Ρύπανση Υδάτων και Προστασία Περιβάλλοντος, που διδάσκεται την τελευταία δεκαπενταετία στο μεταπτυχιακό τμήμα της Γεωργικής Μηχανικής και Υδατικών Πόρων του τμήματος Γεωπονίας του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης.
Αρχικά περιγράφονται οι βασικές αρχές της ποιότητας των υπόγειων νερών. Εξετάζονται οι πηγές ρύπανσης, οι επιπτώσεις της ρύπανσης στο περιβάλλον και η μακροσκοπική ανάλυση των διαδικασιών ρύπανσης. Στη συνέχεια στο 2ο κεφάλαιο δίνονται οι βασικές εξισώσεις που περιγράφουν τη μεταφορά μάζας των ουσιών στα πορώδη μέσα, οι εξισώσεις όπως διαμορφώνονται όταν υπάρχουν οι διαδικασίες προσρόφησης-εκρόφησης, μετασχηματισμού των ουσιών, θεώρηση διπλού πορώδους στο έδαφος και οι εξισώσεις που προσεγγίζουν τον συντελεστή διασποράς στα πορώδη μέσα.
Στο 3ο και 4ο κεφάλαιο δίνονται αναλυτικές λύσεις, που περιγράφουν απλά προβλήματα μεταφοράς μάζας στα υπόγεια νερά, και αριθμητικές λύσεις για πιο σύνθετα προβλήματα μεταφοράς μάζας. Στο 5ο κεφάλαιο περιγράφονται οι μέθοδοι εφαρμογής υγρών αποβλήτων στο έδαφος (βραδείας και ταχείας διήθησης, με επιφανειακή ροή και τεχνητούς υγροτόπους), λόγω της σημασίας τους στην επεξεργασία λυμάτων με τα φυσικά συστήματα και τη σχέση τους με την ποιότητα του εδάφους και των υπόγειων νερών.
Στο 6ο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι διαδικασίες και η επίλυση των εξισώσεων που περιγράφουν την τύχη του αζώτου και του φωσφόρου στο εδαφικό και υπόγειο νερό που εφαρμόζονται, είτε με τα υγρά αζωτούχα λύματα, είτε με την ανόργανη και οργανική λίπανση. Στο 7ο κεφάλαιο περιγράφονται τα προβλήματα της εφαρμογής των φυτοφαρμάκων στο έδαφος και η επικινδυνότητα ρύπανσης των υπόγειων νερών.
Στο 8ο κεφάλαιο περιγράφονται σύγχρονες μέθοδοι και τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την εξυγίανση και αποκατάσταση ρυπασμένων υπόγειων υδροφορέων και στο 9ο κεφάλαιο περιγράφονται οι μέθοδοι και οι διαδικασίες δειγματοληψίας και παρακολούθησης της ποιότητας του νερού στην ακόρεστη ζώνη του εδάφους και στους υπόγειους υδροφορείς.
Ευχαριστώ τους φοιτητές, συναδέλφους και φίλους μου για τις παρατηρήσεις και διορθωτικές προτάσεις τους στα κείμενα και στη διάρθρωση της ύλης και για τη βοήθεια στο σχεδιασμό των σχημάτων. Ζητώ επίσης την κατανόηση του αναγνώστη για πιθανά λάθη, ανεπιτυχή μεταφορά αγγλικών όρων στην Ελληνική γλώσσα και τη μερική ή καθόλου κάλυψη ορισμένων θεμάτων της ρύπανσης των υπόγειων νερών. Τα τελευταία συνδέονται με την περιορισμένη βιβλιογραφία στο Ελλαδικό χώρο λόγω της σχετικά πρόσφατης ανάπτυξης της επιστήμης και μηχανικής της ρύπανσης των υπόγειων νερών.
Βασίλης Αντωνόπουλος
Θεσσαλονίκη 2000
Καθηγητής
