Study of groundwater flows in coastal karstic aquifer: observations and modeling of the brackish spring Almyros of Heraklio, Crete (Greece) - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Study of groundwater flows in coastal karstic aquifer: observations and modeling of the brackish spring Almyros of Heraklio, Crete (Greece)

ÉTUDE DES CIRCULATIONS D'EAUX SOUTERRAINES EN AQUIFÈRE KARSTIQUE CÔTIER : OBSERVATIONS ET MODÉLISATION DE LA SOURCE SAUMÂTRE ALMYROS D'HÉRAKLION, CRÈTE (GRÈCE)

(1)
1

Abstract

Αυτή η διδακτορική διατριβή μελετά την διείσδυση θαλασσινού νερού στους ετερογενείς καρστικούς παράκτιους υδροφόρους. Το σχήμα της διεπιφάνειας που δημιουργείται εξαιτίας της διαφορετικής πυκνότητας ανάμεσα στο γλυκό και το αλμυρό νερό, μπορεί τοπικά να τροποποιείται από την ροή του γλυκού νερού μέσα από τους καρστικούς αγωγούς. Το παράδειγμα του εκτεταμένου παράκτιου καρστικού συστήματος του Αλμυρού Ηρακλείου Κρήτης, χαρακτηριζόμενο από μία υπέργεια υφάλμυρη πηγή με αλατότητα αντιστρόφως ανάλογη της παροχής, επιλέχθηκε για να προσδιορίσει τις συνθήκες ανάμειξης ανάμεσα στο γλυκό και στο αλμυρό νερό. Κατά την διάρκεια δύο χρόνων, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η θερμοκρασία, η στάθμη του νερού και η παροχή της πηγής Αλμυρού Ηρακλείου, καθώς και η κλιματολογία της λεκάνης απορροής βρίσκονταν σε συνεχή παρακολούθηση. Η προσεκτική ανάλυση της διαφοράς φάσης ανάμεσα στην αύξηση της παροχής και στην πτώση της αλμυρότητας, σε περιόδους μεγάλης παροχής της πηγής, μάς επιτρέπει να προσδιορίσουμε την απομάκρυνση της ζώνης διείσδυσης του θαλασσινού νερού μέσα από το δίκτυο αγωγών, του οποίας η πηγή αποτελεί φυσική διέξοδος. Στο τέλος των περιόδων μεγάλης παροχής, μεγάλες διαβαθμίσεις της αλμυρότητας, ανεξάρτητες από την παροχή, μας επιτρέπουν να προσδιορίσουμε την εις βάθος γεωμετρία του καρστικού αγωγού. Το μαθηματικό μοντέλο SWIKAC (Salt-Water Intrusion in Karst Conduits - Διείσδυση Αλμυρού Νερού σε Καρστικούς Αγωγούς), που αναπτύχθηκε για να προσομοιώσει την αλμυρότητα της πηγής Αλμυρού Ηρακλείου, πιστοποιεί και ποσοτικοποιεί το υδροδυναμικό καθεστώς του συστήματος. Το θαλασσινό νερό, φυσικά ευρισκόμενο μέσα στην κατακερματισμένη ασβεστολιθική μάζα του παράκτιου υδροφόρου, διεισδύει μέσα στον καρστικό αγωγό σε ένα βάθος μεγαλύτερο από 400 μέτρα, σε συνάρτηση με την διαφορά υδραυλικού φορτίου ανάμεσα στα δυο περιβάλλοντα, και εν συνεχεία εκρέει πολύ γρήγορα για αρκετά χιλιόμετρα μέχρι την πηγή. Κατά την διάρκεια εξαιρετικά μεγάλων παροχών, από μερικές έως πενήντα περίπου ημέρες ανάλογα με τους υδρολογικούς κύκλους, η είσοδος του θαλασσινού νερού έχει σταματήσει και το νερό της πηγής είναι γλυκό, γεγονός που μας κάνει να ελπίζουμε ότι κάποια μέρα θα μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε το δυναμικό αυτής της πηγής σε πόσιμο νερό.
This Ph.D studies the seawater intrusion in heterogeneous coastal karstic aquifers where local modifications of the saltwater encroachment beneath the freshwater in the aquifer occurs, due to the flow of fresh water through the specific pathways of the karst. The vast coastal karstic system of the Almyros spring of Heraklion (Crete), characterized by an inland brackish karstic spring with a salinity inversely proportional to the discharge, is chosen to illustrate the mixing conditions of seawater and fresh-water within the aquifer. For two years, the electric conductivity, the temperature, the water level and the flow rate at the Almyros spring of Heraklion, just as the climatic data, have been continuously recorded. A general functioning scheme and the salinization mechanism of the Almyros spring have been established. A new numerical model SWIKAC (Salt-Water Intrusion in Karst Conduits) has been developed. It is based on a simple concept of the aquifer, reduced to a circular conduit supplying the spring surrounded by an equivalent continuous medium (matrix) where saltwater flows. The spring salinity depends on the conduit-matrix exchange rate, and on the distance of the seawater intrusion within the conduit. While exceptional floods for a few days or for about fifty days, depending on the year, the sea-water intrusion in the karst conduit is blocked leading to fresh water at the spring and giving great hopes of using once this potential drinking water resources.
Cette thèse étudie l'intrusion saline en aquifère karstique côtier hétérogène, où la formation d'un biseau d'eau de mer entrant sous l'eau douce souterraine dans l'aquifère par l'effet des différences de densité entre les deux fluides est localement modifiée par des écoulements d'eau douce circulant dans les conduits perméables en grand spécifiques au karst. L'exemple du vaste système karstique côtier de l'Almyros d'Héraklion (Crète), caractérisé par une source aérienne saumâtre à la salinité inversement proportionnelle au débit, est choisi pour montrer les conditions de mélange entre l'eau douce et l'eau salée. Pendant deux années, la conductivité électrique, la température, la hauteur d'eau et le débit de la source Almyros d'Héraklion, ainsi que la climatologie sur le bassin versant ont été suivis en continu. L'analyse fine du déphasage entre l'augmentation du débit et la chute de la salinité en début de crue à la source permet de déterminer l'éloignement de la zone d'intrusion de l'eau de mer dans le réseau de conduits dont la source est l'exutoire, tandis qu'en fin de crue des oscillations de salinité indépendantes du débit traduisent le développement spatial en profondeur du conduit. Le modèle mathématique SWIKAC (Salt-Water Intrusion in Karst Conduits), développé pour simuler la salinité de la source Almyros d'Héraklion, confirme et quantifie le fonctionnement hydrodynamique du système. L'eau de mer naturellement présente dans la matrice calcaire fissurée de l'aquifère côtier pénètre dans le conduit karstique à plus de 400 mètres de profondeur en fonction des différences de charge entre les deux milieux, puis l'eau saumâtre s'écoule rapidement sur plusieurs kilomètres jusqu'à la source. Lors des crues exceptionnelles, de quelques jours à une cinquantaine de jours suivant les cycles, l'entrée d'eau de mer est bloquée et l'eau est douce à la source, ce qui laisse l'espoir de pouvoir utiliser un jour cette ressource potentielle en eau potable.
Fichier principal
Vignette du fichier
ThesePhD_ARFIB_2001.pdf (61.53 Mo) Télécharger le fichier

Dates and versions

tel-00789231 , version 1 (17-02-2013)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00789231 , version 1

Cite

Bruno Arfib. ÉTUDE DES CIRCULATIONS D'EAUX SOUTERRAINES EN AQUIFÈRE KARSTIQUE CÔTIER : OBSERVATIONS ET MODÉLISATION DE LA SOURCE SAUMÂTRE ALMYROS D'HÉRAKLION, CRÈTE (GRÈCE). Sciences de l'environnement. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00789231⟩
728 View
528 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More