Συγκριτική αξιολόγηση επτά Δεικτών Ποιότητας Νερού (WQIs) βάσει μετρήσεων σε επιφανειακά υδατικά συστήματα της Ελλάδας - Ζώτου, Ιωάννα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2017)
Το νερό συνιστά κληρονομιά και πολύτιμο προς διαφύλαξη φυσικό πόρο. Οι συνεχείς πιέσεις τις οποίες δέχονται τα υφιστάμενα υδατικά συστήματα, τόσο σε ποσοστικό όσο και σε ποιοτικό επίπεδο, ως αποτέλεσμα φυσικών και ανθρωπογενών αιτιών, καθιστούν αναγκαία τη συνεχή παρακολούθηση και την αξιολόγηση της κατάστασης τους. Ειδικότερα, η αξιολόγηση της ποιοτικής κατάστασης των υδατικών σωμάτων συνιστά διαδικασία, η ιδιαίτερη σημασία της οποίας έχει αναγνωρισθεί τις τελευταίες κυρίως δεκαετίες. Το πλήθος, ωστόσο, των απαραίτητων δεδομένων για την ποιοτική αξιολόγηση του νερού, η ιδιαίτερη γνώση και εξειδίκευση που απαιτείται, οι αντικειμενικές δυσκολίες οι οποίες προκύπτουν κατά το συνδυασμό των επιμέρους ποιοτικών χαρακτηριστικών για την εξαγωγή ενός ενιαίου αποτελέσματος της ποιοτικής κατάστασης, καθώς και η αδυναμία κατανόησης του αποτελέσματος αυτού από μη εξειδικευμένο κοινό, καθιστούν συχνά τη διαδικασία ιδιαίτερα δυσχερή. Στο πλαίσιο αυτό, καθοριστική είναι τα τελευταία χρόνια η συμβολή των Δεικτών Ποιότητας Νερού (WQIs). Οι Δείκτες Ποιότητας Νερού συνιστούν μεθοδολογίες, οι οποίες στοχεύουν στον προσδιορισμό της ποιοτικής κατάστασης ενός δεδομένου υδατικού σώματος μέσω μίας έκφρασης απλής και κατανοητής στο ευρύ κοινό, διαδικασία η οποία συνήθως συνίσταται στην ένταξη του υπό μελέτη σώματος σε μία ορισμένη ποιοτική κλάση (συχνά από το 1 έως το 5) και στην απόδοση σε αυτό ενός χαρακτηρισμού ποιότητας όπως «καλή», «μέτρια» ή «φτωχή» ποιοτική κατάσταση. Ειδικότερα, ανεξάρτητα από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε επιμέρους μεθόδου, οι Δείκτες Ποιότητας Νερού στο σύνολο τους βασίζονται: (α) στην επιλογή ενός ορισμένου συνδυασμού ποιοτικών παραμέτρων, οι οποίες συχνά εκφράζονται σε διαφορετικές μονάδες μέτρησης και απαντώνται σε διαφορετικά εύρη τιμών, (β) στην κανονικοποίηση των παραμέτρων αυτών μέσω κάποιας μαθηματικής σχέσης, ώστε να καταστούν συσχετίσιμες μεταξύ τους, (γ) στην εκχώρηση ενός συντελεστή βαρύτητας σε κάθε επιμέρους παράμετρο, ανάλογα με τη σημαντικότητά της για τη συνολική ποιότητα του νερού και (δ) στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων πλέον τιμών των επιμέρους ποιοτικών μεταβλητών για την εξαγωγή ενός ενιαίου αποτελέσματος (εκφρασμένου συνήθως σε μία κλίμακα από το 1 έως το 100) το οποίο θα αντανακλά τη συνολική κατάσταση ποιότητας του εξεταζόμενου σώματος. Στην παρούσα εργασία, ύστερα από βιβλιογραφική επισκόπηση των υφιστάμενων Δεικτών Ποιότητας Νερού, των χαρακτηριστικών τους, καθώς και των υπολογιστικών μοντέλων στα οποία βασίζονται, έγινε επιλογή 7 συχνά χρησιμοποιούμενων δεικτών, οι οποίοι εφαρμόστηκαν ξεχωριστά σε καθένα από τα 2 υδατικά σώματα, τα οποία ορίστηκαν ως σώματα εφαρμογής. Ειδικότερα, οι δείκτες οι οποίοι αξιοποιήθηκαν κατά την ποιοτική αξιολόγηση των επιμέρους σωμάτων ήταν ο δείκτης ρύπανσης των Prati et al. (1971), ο δείκτης ποιότητας Bhargava, ο δείκτης Oregon, οι δείκτες CCME και NSF, ο δείκτης Dinius, καθώς και ο Σταθμισμένος Αριθμητικός Δείκτης. Ως σώματα εφαρμογής ορίστηκαν η τεχνητή λίμνη Πολυφύτου, η οποία βρίσκεται στην Περιφερειακή Ενότητα Κοζάνης της Δυτικής Μακεδονίας και ο ποταμός Βοσβόζης, ο οποίος βρίσκεται στο Γεωγραφικό Διαμέρισμα της Θράκης και εμπίπτει στην Π.Ε. Ροδόπης. Το δίκτυο παρακολούθησης του ταμιευτήρα περιλαμβάνει 3 δειγματοληπτικούς σταθμούς, οι οποίοι βρίσκονται στη γέφυρα του Ρυμνίου (Ρ1), στη γέφυρα των Σερβίων (Ρ2) και στο φράγμα Πολυφύτου (Ρ3), αντίστοιχα, ενώ κάθε δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε για δύο επιμέρους βάθη (επιφάνεια και πυθμένας). Στην περίπτωση του ποταμού Βοσβόζη, το δίκτυο απαρτίζεται από τους σταθμούς GS1, GS2 και GS3, καθένας από τους οποίους βρίσκεται πλησίον του οικισμού Φωλιά, πλησίον του οικισμού Παραδημή και ανάντι της λίμνης Ισμαρίδας, αντίστοιχα. Για καθένα από τα 2 σώματα, οι διάφοροι δείκτες εφαρμόστηκαν ανά δειγματοληψία, καθώς και για το σύνολο των δειγματοληπτικών σταθμών, όπως αυτοί ορίστηκαν σε κάθε επιμέρους σώμα εφαρμογής, για μία περίοδο 12 (Ιούνιος 2004-Μάιος 2006) και 16 (Αύγουστος 2005-Νοέμβριος 2006) μηνών, για την περίπτωση του ταμιευτήρα και του υδατορεύματος, αντίστοιχα. Για κάθε επιμέρους μεθοδολογία-δείκτη, ο προσδιορισμός της συνολικής ποιοτικής κατάστασης του εξεταζόμενου σώματος υλοποιήθηκε βάσει του δυσμενέστερου σεναρίου ποιότητας, λαμβάνοντας δηλαδή υπόψιν την κατώτερη κατηγορία ποιότητας στην οποία αντιστοιχήθηκε το δεδομένο σώμα κατά τη διάρκεια της περιόδου παρακολούθησης. Πέραν της εφαρμογής των επιμέρους δεικτών στα μελετώμενα υδατικά σώματα, στην παρούσα εργασία προσδιορίστηκαν, ακόμη, οι «σημαντικότερες» ποιοτικές μεταβλητές, ανά μεθοδολογία, μέσω του προσδιορισμού του συντελεστή συσχέτισης μεταξύ κάθε επιμέρους μεταβλητής και του τελικού αποτελέσματος της τιμής του εκάστοτε δείκτη. Η κατάδειξη των παραμέτρων εκείνων οι οποίες συνεισφέρουν περισσότερο στη διαμόρφωση των τελικών αποτελεσμάτων, είναι ιδιαιτέρως σημαντική στο πλαίσιο της αξιολόγησης της ποιότητας των υδατικών σωμάτων, καθώς θα μπορούσε ενδεχομένως να συντελέσει στην εφαρμογή των επιμέρους δεικτών λαμβάνοντας υπόψιν μικρότερο αριθμό ποιοτικών μεταβλητών, ελαχιστοποιώντας έτσι το κόστος για την υλοποίηση των απαιτούμενων δειγματοληψιών αλλά και των αναγκαίων εργαστηριακών αναλύσεων. Ως κύριος στόχος της συγκεκριμένης εφαρμογής τίθεται, αφενός, η αποτίμηση της ποιοτικής κατάστασης των εξεταζόμενων σωμάτων και, αφετέρου, η συγκριτική αξιολόγηση των επιμέρους μεθοδολογιών και η εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με την επίδραση της επιλεχθείσας μεθόδου στα προκύπτοντα αποτελέσματα της ποιοτικής κατάταξης. Με το πέρας της παρούσας εργασίας, προέκυψε ότι: 1. Ο ταμιευτήρας Πολυφύτου, με βάση τη μεθοδολογία του δείκτη Bhargava, εμπίπτει στην 3η κατηγορία ποιότητας, η οποία εκφράζει «ικανοποιητική ποιότητα νερού». Κατά την εφαρμογή των δεικτών Prati και NSF, ο ταμιευτήρας εντάχθηκε στην ποιοτική κλάση 2, η οποία για καθεμία εκ των μεθόδων, εκφράζει «κατάσταση ρύπανσης» και «κακή ποιότητα νερού», αντίστοιχα. Τέλος, βάσει των δεικτών Oregon, CCME, Dinius, καθώς και του Σταθμισμένου Αριθμητικού Δείκτη, το μελετώμενο σώμα κατατάχθηκε στην κατώτερη ποιοτική τάξη (1η κατηγορία ποιότητας). Σύμφωνα με τα συστήματα ταξινόμησης των μεθόδων αυτών, η συγκεκριμένη ποιοτική κατηγορία εκφράζει «πολύ φτωχή ποιότητα νερού», «φτωχή ποιότητα νερού», «μη αποδεκτή ποιότητα νερού» και «ακατάλληλη ποιότητα για χρήση πόσιμου νερού», αντίστοιχα. 2. Ο ποταμός Βοσβόζης, σύμφωνα με το δείκτη NSF, εμπίπτει στην 3η ποιοτική κατηγορία, βάσει της οποίας η ποιότητα του νερού αξιολογείται ως «μέτρια». Με βάση τη μεθοδολογία του δείκτη Bhargava, η ποιοτική κατάσταση του νερού στο εξεταζόμενο υδατόρευμα χαρακτηρίστηκε ως «φτωχή» (2η ποιοτική κλάση), ενώ για την περίπτωση των δεικτών Prati, Oregon, CCME, Dinius καθώς και του Σταθμισμένου Αριθμητικού Δείκτη, το μελετώμενο υδατόρευμα κατατάχθηκε στην 1η κατηγορία ποιότητας, η οποία για καθεμία από τις εν λόγω μεθόδους εκφράζει «κατάσταση υψηλής ρύπανσης», «πολύ φτωχή ποιότητα νερού», «φτωχή ποιότητα νερού», «μη αποδεκτή ποιότητα νερού» και «ακατάλληλη ποιότητα για χρήση πόσιμου νερού». Επιπλέον, η εργασία κατέληξε στα ακόλουθα κύρια συμπεράσματα: 1. Στην περίπτωση του ποταμού Βοσβόζη, ανεξαρτήτως της εφαρμοζόμενης κάθε φορά μεθοδολογίας-δείκτη, ο δειγματοληπτικός σταθμός GS1 εμφανίζει συνολικά καλύτερες συνθήκες ποιότητας νερού συγκρινόμενος με τον κατάντη σταθμό GS2, ενώ για την πλειονότητα των δειγματοληψιών εμφανίζει ανώτερη ποιότητα νερού και από το σταθμό GS3. Σε ό,τι αφορά στη σχετική κατάσταση ποιότητας μεταξύ των σταθμών GS2 και GS3, ο τελευταίος σταθμός παρουσιάζει όμοιες έως ανώτερες συνθήκες ποιότητας, σε σχέση με το σταθμό GS2, καθόλη τη διάρκεια της δειγματοληπτικής περιόδου. 2. Όσον αφορά στην επίδραση του εφαρμοζόμενου κάθε φορά δείκτη στην ποιοτική ταξινόμηση των μελετώμενων σωμάτων, εντοπίζονται σημαντικές αποκλίσεις στα προκύπτοντα αποτελέσματα μεταξύ των επιμέρους μεθοδολογιών. Ειδικότερα, βρέθηκε ότι διαμορφώνονται τρεις επιμέρους κατηγορίες δεικτών, με βάση τα αποτελέσματα της ποιοτικής κλάσης που αποδίδουν ανά δειγματοληψία, για την περίπτωση του ταμιευτήρα Πολυφύτου, και τέσσερις για την περίπτωση του ποταμού Βοσβόζη. Τόσο για την περίπτωση του ταμιευτήρα όσο και για εκείνη του υδατορεύματος, παρατηρήθηκε ότι οι δείκτες Bhargava και NSF τείνουν να κατατάσσουν τα εξεταζόμενα σώματα σε ανώτερες ποιοτικές τάξεις, συγκρινόμενοι με τους δείκτες Prati, CCME και Oregon. Αντίστοιχα, ο δείκτης Prati καταλαμβάνει κυρίως τις μεσαίες κλάσεις της ποιοτικής κατάταξης, ενώ οι δείκτες CCME και Oregon, αποδίδουν αποτελέσματα τα οποία κινούνται σταθερά στις κατώτερες ποιοτικές τάξεις, γεγονός το οποίο τους καθιστά περισσότερο «αυστηρούς». Όσον αφορά στο δείκτη Dinius, διαπιστώθηκε ότι, για την περίπτωση του ταμιευτήρα Πολυφύτου, κινείται στις μεσαίες τάξεις της ποιοτικής κατάταξης, μαζί με το δείκτη Prati, αποδίδοντας αποτελέσματα μεταξύ των κλάσεων 2 και 4. Αντίθετα, στην περίπτωση του ποταμού Βοσβόζη, η εφαρμογή του οδηγεί στην ταξινόμηση του μελετώμενου σώματος στις ανώτερες κατηγορίες της ποιοτικής κατάταξης. 3. Αναφορικά με τα αποτελέσματα των «σημαντικότερων» παραμέτρων ανά εφαρμοζόμενο δείκτη, τα οποία προέκυψαν μέσω του προσδιορισμού των επιμέρους συντελεστών συσχέτισης, διαπιστώνεται ότι αυτά αφορούν, ως επί το πλείστον, τη δεδομένη κάθε φορά εφαρμογή, καθώς εξαρτώνται τόσο από την εφαρμοζόμενη μεθοδολογία όσο και από τις τοπικές συνθήκες. Απαιτείται, συνεπώς, ιδιαίτερη προσοχή κατά τη γενίκευση τους, καθώς και περαιτέρω διερεύνηση των σημαντικών παραμέτρων, ανά μεθοδολογία, σε περισσότερες περιοχές εφαρμογής. 4. Η εφαρμογή των Δεικτών Ποιότητας Νερού συνιστά ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο στην κατεύθυνση της ποιοτικής αξιολόγησης ενός δεδομένου υδατικού σώματος, καθώς παρέχει τη δυνατότητα να αποτιμηθούν οι υφιστάμενες ποιοτικές συνθήκες, μέσω της ένταξης αυτού σε μία ορισμένη κατηγορία ποιότητας. Επιπλέον, παρέχεται ένα κοινό πλαίσιο αναφοράς για τη σύγκριση διαφορετικών σωμάτων, καθώς και για την ανίχνευση αποκλίσεων, όσον αφορά στις συνθήκες ποιότητας, μεταξύ διαφορετικών θέσεων του ιδίου σώματος, ενώ, τέλος, η εφαρμογή των δεικτών σε διαφορετικές χρονικές στιγμές επιτρέπει τον εντοπισμό ενδεχομένων τάσεων υποβάθμισης ή βελτίωσης των υφισταμένων συνθηκών.