Γεωμορφολογική – περιβαλλοντική μελέτη και εκτίμηση γεωμορφολογικών κινδύνων στην ευρύτερη περιοχή των Πιερίων ορέων

Abstract

The present PhD dissertation entitled “Geomorphological – Environmental Study of the broader area of Pieria Mtns. and estimation of geomorphological hazards” is an attempt of an integrated geomorphological study at two levels of research. First, the comprehension and interpretation of the factors that contributed to the landscaped formation and evolution and second the application of this knowledge in order to estimate the geomorphological hazards.The study area is a geographical region where different geomorphological environments meet on the contact of the Pelagonian and Almopia geotectonic zones. Geomorphological mapping of this region was performed at a scale of 1:50.000 applying GIS oriented techiques combined with traditional field geomorphological mapping methodolody. The legend was structured on 6 levels of information while geomorphology was grouped in 9 categories covering all kinds of landforms observed during field work. The inland part of the study area can be further categorized in three units, the mountainous part of Pieria and Olympus Mtns., a hilly terrain and a low lying alluvial plain. The mountainous relief of the first unit is the result of the tectonic uplift of the area and the consequent incision and formation of sharp edges. Furthermore, past climate conditions seem to have played a major role in the formation of Mt. Olympus landscape as glacial landforms have been observed on several parts of Xirolaki torrent basin. A relict deltaic fan of Neogene age as well as a separate large river outlet have been observed on the hilly terrain of the second unit both originating from a large fluvial system (probably a former Aliakmonas drainage network). The low – lying alluvial plain is the result or torrent sediment deposition during the Holocene. The coastal part of the study area is devided into two parts. The northernmost one consisting of coastal cliffs and the southernmost in the form of an extensive beach. Coastal landforms have been recognized during field mapping while uplifted marine terraces located in the coastal part between Methoni and Alykes have been further emphasized. Five groups of marine terraces have been recognized and mapped at an elevation range of 5-110m while relative dating of the chronological sequence suggests a mean uplift rate of 0.05mm/yr for the last 100.000 yrsTwo coring samples have been taken from Alykes lagoon at a maximum depth of 4.5m. Samples have been collected and analyzed in terms of granulometry and micropaleontology in order to recognize depositional palaeoenvironments and reconstruct the palaeogeographical evolution of the lagoon during the Holocene. The beginning of the formation of the lagoon can be safely put around the sixth millennium BP with the formation of a barrier spit which extended towards the NNE and finally confined the lagoon in the northwest. The spit has advanced eastwards. The combined action of two longshore drifts (N-S and S-N) lead to the formation of two generations of beach ridges having a different orientation. Two sedimentation rates can be constrained by radiocarbon dating of shell fragments, the first 0.9 mm/yr at depth 440-260cm and the second 0.6mm/yr at depth 260-0cm. This differentiation can be attributed to gradually slower sea level rise during the Holocene and to a probable differentiation of fluvial sediment discharge. However lack of sea level corresponding samples datings does not allow us to attribute the aforementioned differentiation to tectonics. A GIS based simulation of precipitation-runoff has been applied in the Xirolaki drainage basin using spatial and meteorological data for a storm event that took place in October 2009 in order to examine the natural causes of the flood event. The form of the model-derived synthetic UH for the outlet of the Torrent can be used in a variety of cases. There are two crucial values derived from this UH, the critical time (time difference between peak rainfall and maximum discharge) and the peak value of the discharge. The effects of evapotranspiration, as well as the synergy between the aquifer and the rivers, were ignored. This could also be overlooked due to the fact that the evapotranspiration size during the time, in which the flood occurs, is insignificant. Among the natural causes that triggered the 2009 flash flood event were the pattern and characteristics of the drainage network. These characteristics include irregularities in the hierarchical drainage by stream order (30.44 % of the 2nd order streams and 33.34 % of the 3rd order streams drain directly into 5th order channels), the relatively high values of bifurcation ratio between the 1st and 2nd order streams and high channel gradients in the upper reaches of the catchment. Moreover, the 4th order streams appear to contain significantly high slopes in the upper mountainous part of the basin results to an increase of water velocity in a short time that cannot be adequately accommodated within the main channel.Minimun oceanographic factors that can lead to coastal flooding have been estimated on the coastal part between Alykes and Mavroneri mouth. In particular, SE waves run-up along with storm surge and astronomic tide have been calculated and contrasted upon the present morphology of the coast in order to determine the locations (S1-S7) that are prone to catastrophic coastal flooding. Locations S5 and S6 have been proven as the most vulnerable ones with major socio-economic impacts in case of a catastrophic flood event. In an attempt to further investigate coastal geomorphological hazards, three dynamic and two static models have been applied in order to estimate sea level changes caused by anticipated sea level rise (scenario 0.38m and 1.0m). Beach retreat ranges between 7.9m -27.3m for SLR 0.38 until year 2100 and 23.5m-70.0m for SLR 1.0m for the same time period. Higher values of retreat have been estimated for the S5 location by 27.3 m at a SLR 0.38m leading to a 43.3% beach loss with significant socio economic impacts due to the vicinity to Paralia settlement. By 1.0 m SLR almost all locations will suffer a total beach loss (100%).

Η παρούσα διατριβή υπό τον τίτλο «Γεωμορφολογική – Περιβαλλοντική μελέτη της ευρύτερης περιοχής των Πιερίων Ορέων» αποτελεί μια προσπάθεια δημιουργίας μιας ολοκληρωμένης γεωμορφολικής μελέτης (Integrated Geomorphological Study) της οποίας ο σκοπός εντοπίζεται σε δύο άξονες έρευνας. Την κατανόηση και ερμηνεία όλων των παραγόντων που συνετέλεσαν στην δημιουργία και εξέλιξη του αναγλύφου, και την εφαρμογή και αξιοποίηση της πληροφορίας αυτής στην εκτίμηση των γεωμορφολογικών κινδύνων.Η ευρύτερη περιοχή των Πιερίων Ορέων αποτελεί έναν χώρο στον οποίο συναντιόνται ετερόκλητα γεωμορφολογικά περιβάλλοντα στο όριο της επαφής των γεωτεκτονικών ζωνών της Πελαγονικής και της Αλμωπίας. Αρχικά πραγματοποιήθηκε γεωμορφολογική χαρτογράφηση σε κλίμακα 1:50.000 και σε επιλεγμένες θέσεις 1:5.000, σε μια περιοχή έκτασης 1600 km2. Η χαρτογράφηση πραγματοποιήθηκε ακολουθώντας ημι-αυτοματοποιημένη μεθοδολογία προσανατολισμένη σε εφαρμογές ΣΓΠ, πιστοποιώντας όμως τα αποτελέσματα με επιτόπιες παρατηρήσεις παραδοσιακών μεθόδων χαρτογράφησης. Το υπόμνημα δομήθηκε σε 6 επίπεδα πληροφορίας ενώ η γεωμορφολογία που ήταν και το κύριο ζητούμενο ομαδοποιήθηκε σε 9 κατηγορίες καλύπτοντας έτσι το σύνολο των γεωμορφών που αναγνωρίστηκαν κατά την εργασία υπαίθρου.Το χερσαίο τμήμα της περιοχής μελέτης διακρίνεται σε τρεις τμηματικές ενότητας διακεκριμένων σύμφωνα με την τοπογραφία τους. Το ανάγλυφο του ορεινού τμήματος των Πιερίων και του Ολύμπου είναι αποτέλεσμα των ανυψωτικών κινήσεων που υπέστη η περιοχή κατά το γεωλογικό παρελθόν με την επακόλουθη κατά βάθος διάβρωση των κοιτών και την δημιουργία οξύληκτων ραχών στις μεσοποτάμιες περιοχές. Παράλληλα στην περιοχή του Ολύμπου μεγάλο ρόλο στην διαμόρφωση του αναγλύφου έπαιξαν οι κλιματικές συνθήκες του παρελθόντος με την δημιουργία παγετωνικών γεωμορφών. Στο ημιορεινό λοφώδες τμήμα της περιοχής μελέτης εντοπίστηκε μια υπολειμματική μορφή δελταϊκού ριπιδίου νεογενούς ηλικίας ενώ παράλληλα στην περιοχή του Μοσχοποτάμου εντοπίστηκε και δεύτερη εκβολή το ίδιου υδρογραφικού δικτύου νεογενούς ηλικίας (πρότερος Αλιάκμονας). Το χαμηλό ανάγλυφο της πεδιάδας της Κατερίνης είναι αποτέλεσμα των προσχώσεων από τα κλαστικά υλικά προερχόμενα από τα υδρογραφικά δίκτυα της περιοχής.Το παράκτιο τμήμα της περιοχής μελέτης διακρίνεται στο βόρειο όπου απαντούν παράκτιοι κρημνοί με ίζημα και το νοτιότερο αυτού που αποτελείται από μια εκτεταμένη προσχωσιγενή πεδιάδα με την παρουσία μεγάλου πλάτους εκτεταμένου αιγιαλού. Κατά την παράκτια γεωμορφολογική μελέτη χαρτογραφήθηκαν όλες οι γεωμορφές που εντοπίστηκαν στον παράκτιο χώρο ενώ ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην αποτύπωση των ανυψωμένων θαλάσσιων αναβαθμίδων στην περιοχή μεταξύ του οικισμού της Μεθώνης και των Αλυκών Κίτρους. Συνολικά χαρτογραφήθηκαν πέντε ομάδες αναβαθμίδων σε υψόμετρα 5-110 m. Από την σχετική χρονολόγηση των ακουλουθιών προέκυψε ένας μέσος ρυθμός ανύψωσης της τάξης των 0.05 mm/yr για τα τελευταία 100.000 χρόνια. Στην περιοχή της λιμνοθάλασσας των Αλυκών Κίτρους πραγματοποιήθηκαν δύο δειγματοληπτικές γεωτρήσεις μέγιστου βάθους 4.5 m. Στα δείγματα που συλλέχθηκαν έγινε κοκκομετρική και μικροπαλαιοντολογική ανάλυση με σκοπό την αναγνώριση των παλαιοπεριβαλλόντων απόθεσης των ιζημάτων και την ανασύσταση της παλαιογεωγραφική εξέλιξης της λιμνοθάλασσας κατά το Ολόκαινο. Η αρχή δημιουργίας της λιμνοθάλασσας τοποθετείται χρονικά τα τελευταία 6000 χρόνια όπου λοβοειδείς αμμώδεις προελάσεις της ακτογραμμής περιέκλεισαν την λιμνοθάλασσα η οποία σταδιακά πήρε την σημερινή της μορφή. Από την ραδιοχρονολόγηση κελυφών οστράκων προέκυψαν δύο ρυθμοί ιζηματογένεσης ήτοι 0,9 mm/yr για τα βάθη 440 - 260cm και 0.6 mm/yr για βάθη 260 – 0 cm. Η διαφοροποίηση αυτή αποδίδεται στην σταδιακή μείωση του ρυθμού ανόδου της στάθμης της θάλασσας στο Ολόκαινο, σε πιθανή διαφοροποίηση της στερεοπαροχής των χειμάρρων ενώ θεωρείται επισφαλές να αποδοθεί στην τεκτονική δεδομένουν ότι τα χρονολογηθέντα δείγματα δεν υποδηλώνουν αυστηρώς επίπεδο στάθμης θάλασσας.Στην υδρογραφική λεκάνη του ρέματος Ξηρολάκι πραγματοποιήθηκε προσομοίωση της επιφανειακής απορροής με την εφαρμογή μοντέλου βροχόπτωσης – απορροής. Σε περιβάλλον ΣΓΠ χρησιμοποιήθηκαν μετεωρογικά και χωρικά δεδομένα από τα οποία προέκυψε το μοναδιαίο υδρογράφημα του πλημμυρικού γεγονότος που έλαβε χώρα στην περιοχή τον Οκτώβριο του 2009 το οποίο υποδεικνύει άμεση απόκριση της λεκάνης στη μεγάλης ραγδαιότητας βροχόπτωση της ίδια ημερομηνίας. Παράλληλα έγινε προσπάθεια αποτίμησης των φυσικών παραμέτρων του δικτύου που καθιστούν την λεκάνη επιδεκτική σε πλημμυρικά φαινόμενα. Από την ποσοτική μελέτη της μορφής του δικτύου προέκυψαν ανωμαλίες στην ιεραρχική κατά τάξη απορροή (μεταξύ των κλάδων 3ης και 5ης τάξης), και υψηλές τιμές δείκτη διακλάδωσης Rb μεταξύ των κλάδων πρώτης και δεύτερης τάξης καθώς και υψηλές τιμές κλίσεων στον άνω ρου του δικτύου με επακόλουθη την αύξηση της ταχύτητας ροής στα ανάντη και της αδυναμίας παροχεύτεσης των υδάτων από την κεντρική κοίτη στην έξοδο του ρέματος από τον ορεινό όγκο του Ολύμπου.Τέλος στον παράκτιο χώρο της περιοχής μελέτης έγινε εκτίμηση των ελάχιστων ωκεανογραφικών συνθηκών, ικανών να προκαλέσουν παράκτια πλημμύρα. Συγκεκριμένα συνεκτιμήθηκαν η αναρρίχηση (run up) για μέγιστες συνθήκες κύματος από Νοτιοδυτικό άνεμο, σε συνδυασμό με την ανύψωση της στάθμης της θάλασσας λόγω καταιγίδας (storm surge), και την αστρονομική παλίρροια. Τα αποτελέσματα αντιπαρεβλήθησαν στην σημερινή μορφολογία του μετώπου της παραλίας σε 7 επιλεγμένες θέσεις και εντοπίστηκαν οι περιοχές στις οποίες οι προαναφερθείσες συνθήκες μπορούν δυνητικά να υπερκεράσουν τα φυσικά εμπόδια της παράκτιας ζώνης και να προκαλέσουν παράκτια πλημμύρα. Οι θέσεις S6 και S5 αποδείχθηκαν ως οι πιο ευάλωτες σημειώνοντας την μεγάλη κοινωνικο-οικονομική τους σημασία λόγω γειτνίσασης με τον οικισμό της Παραλίας Κατερίνης στον οποίο συγκεντρώνεται η πλειονότητα των οικονομικών δραστηριοτήτων του παράκτιου χώρου της περιοχής. Στην παράκτια ζώνη μεταξύ των Αλυκών Κίτρους και της εκβολής του Μαυρονερίου έγινε διερεύνηση της πιθανής μεταβολής της ακτογραμμής λόγω της αναμενόμενης ανόδου της στάθμης της θάλασσας για δύο πιθανά σενάρια 0.38 m και 1.0 m. Από την εφαρμογή συστοιχίας τριών δυναμικών και δύο στατικών μοντέλων προκύπτει ότι η οπισθοχώρηση της ακτογραμμής κυμαίνεται από 7.9m -27.3m για άνοδο της στάθμης της θάλασσας κατά 0.38m έως το 2100 και από 23.5m-70.0m για άνοδο στάθμης θάλασσας κατά 1.0m για την ίδια χρονική περίοδο. Σε όλα τα σενάρια ανόδου της στάθμης της θάλασσας η μικρότερη οπισθοχώρηση παρατηρείται στην θέση S7 (εκβολές Μαυρονερίου) κατά 7.9m και 23.5m για SLR 0.38m και 1.0m αντίστοιχα. Παράλληλα οι μεγαλύτερες τιμές οπισθοχώρησης παρατηρούνται στην θέση S5 (παραλία Κατερίνης) κατά 27.3m και 70.0m για SLR 0.38m και 1.0m αντίστοιχα με μεγάλες κοινωνικο-οικονομικές επιπτώσεις. Στο πρώτο σενάριο ανόδου της στάθμης θάλασσας κατά 0.38m η θέση S4 εμφανίζεται ως η πιο ευάλωτη με ποσοστό καταστροφής της υφιστάμενης παραλίας κατά 100%. Άλλες ευάλωτες θέσης είναι οι S1, S5 και S7 με ποσοστά 50.4%, 43.3% και 52.6% αντίστοιχα ενώ στην πλειονότητα των θέσεων η καταστροφή της παραλίας θα είναι ολοσχερής (100%) σε ενδεχόμενη άνοδο της στάθμης θάλασσας κατά 1.0m.