Podzemne vode(Koliine)Geologija zatite okoliaMladen Jurai Geoloki odsjek Prirodoslovno-matematiki fakultet Sveuilite u Zagrebu2008/09

Podzemna voda Dva su osnovna pitanja o podzemnoj vodi (PV): Koliko je ima i koliko se moe koristiti? Kakve je kvalitete/kakvoe? U vezi s koliinama podzemne vode: 1. Ima li je dovoljno za pie? 2. to se dogaa kad je crpimo?

to je podzemna voda? PV je gotovo svugdje prisutna. Od saturirane zone blizu povrine Zemlje pa do nekoliko km duboko. Za razumijevanje PV, treba poznavati ukupni sustav i reim kretanja, te geoloki sklop u kojem je nalazimo. Sustav podzemnih voda je interaktivni, kompleksni dio okolia i dio hidrogeolokog ciklusa (kruenja vode u prirodi od isparavanja iz ocana, prijenosa atmosferom do toka vode na kopnu.

Hidro(geo)loki ciklus (x 1015 kg)

Hidro(geo)loki ciklus U kopneni dio ciklusa vode ulaze kao oborine/ padaline (kia, snijeg, tua/grad i solika). Dio se vraa u atmosferu evaporacijom dio otjee povrinom dok ostatak prodire u podzemlje. Dio te vode adsorbiraju biljke i vraaju atmosferi transpiracijom. Dio vode koji prodire dublje kroz zemlju prolazi prozranom zonom (vadozna zona) dolazi do vodnog lica te postaje voda temeljnica (freatska zona). U toj zoni sve su meuzrnske pore zasiene vodom a pritisak je vii od atmosferskog.

Hidro(geo)loki ciklusVoda na kopnu (x 1015 kg)Tekuice Jezera Slana jezera i uzemna mora

Ukupno povrinska voda Ledenjaci i ledeni pokrovi Vlaga u tlu i vadoznoj zoni Podzemna voda

1 125 104 230 29.300 70 8.400

Ukupno na kopnu

38.000

Podzemna voda Hrvatska je bogata podzemnim vodama: ~ 100 milijardi m3 = 0,1 x 1015 kg Od toga je obnovljiva (koristiva) koliina ~ 9 milijardi m3 (i u kontinentskom, aluvijalnom dijelu i u kru)

Voda u podzemlju Vano razlikovanje karbonatnih i nekarbonatnih terena. U karbonatima su meusobni odnosi vodenih tijela komplicirani. Istraivanje i koritenje voda daleko kompliciranije no u aluvijalnim terenima. Prostori u kojima nalazimo vodu i iz kojih je moemo crpiti mogu biti: meuzrnske pore pa imamo (inter)granularnu, difuznu ili primarnu (Darcievska) poroznost stijena, dok su u kru ee pukotinska ili sekundarna poroznost, te kanalska, odnosno kad imamo pojavu teenja vode u vodovima (slino vodovodnim cijevima - engl. conduit) 2+3 = pukotinsko-disolucijska ili krka.

Tipovi poroznosti

Voda u podzemlju

Voda u podzemlju AQUIFER je podzemni saturirani propusni geoloki paket koji moe dati znaajne koliine vode u bunar ili izvor. (VODONOSNIK) To su najee nevezani ljunci i pijesci (90% aquifera), no i porozni pjeenjaci, vapnenci i znatno okrene eruptivne i metamorfne stijene mogu biti aquiferi. To su geoloki paketi s koristivim dijelom podzemne vode, u stvari podzemna skladita/rezervoari vode.

Voda u podzemlju AQUIFUGE/AQUICLUDE je saturirana zona, ili dio zone male propusnosti koji ne daje znaajne koliine vode bunaru ili izvoru. To su esto kristalinske stijene, gline, ejlovi. AQIUTARD je zona manje propusna od ostalog aquifera, npr. pjeenjak u okrenom vapnencu.

Voda u podzemlju Zona gdje voda ulazi u/puni vodonosnik je zona prihranjivanja aquifera. To moe biti velika povrina u kojoj oborine prodiru u tlo ali i linearna zona infiltracije iz povrinskih voda (rijeka, jezera), te tokasti ulaz (ponor). Voda e se u aquiferu kretati meuzrnskim porama polako i nezamjetljivo no ipak stalno. Propusnost ovisi o nizu fizikalnih faktora (veliina i povezanost pora) te o svojstvima fluida.

Voda u podzemlju Voda u vodonosniku kree se uslijed hidraulikog gradijenta (nagibom vodnog lica) do zone ili toke pranjenja (izvora, bunara, jezera rijeka, gejzira, mora). Starost vode (vrijeme zadravanja vode u podzemlju) ovisit e brzini teenja i udaljenosti izmeu zone prihranjivanja i pranjenja, a moe biti od svega nekoliko godina do vie od milijun. Kako se moe odrediti starost vode? Mjerenjem koncentracije tricija u vodi (T = 3H) Nastaje u atmosferi kozmikim zraenjem (i nuklearnim eksplozijama). Poluvrijeme raspada mu je T/2= 12,43 godine.

Voda u podzemlju Tri su tipa aquifera: S podzemnom vodom slobodnog vodnog lica (neomeeni aquifer), Visei aquiferi, S uklijetenom podzemnom vodom (omeeni /confined aquifer). Ti se aquiferi nalaze izmeu dva aquicluda te su stoga pod hidrostatskim i geostatskim tlakom. Zovu se i arteki ili vodonosnici pod tlakom. Mogu biti kontinuirani na velikim prostranstvima i prijei u vodonosnik s slobodnim licem podzemne vode u zoni prihranjivanja.

Voda u podzemlju kra Krke podzemne vode mogu biti meusobno povezane i imati zajedniku razinu, ali i mogu biti odvojene i tei izoliranim podzemnim putovima. Koja e od ove dvije mogunosti karakterizirati neko podruje ovisi o : hidrogeolokim osobinama stijena i njihovom prostornom poloaju stupnju okrenosti karbonatnih naslaga vodopropusnosti karbonatnih naslaga ukupnim godinjim koliinama voda rasporedu ukupnih godinjih koliina voda

Koritenje podzemne vodeKoritenje vode (vodozahvat) moe biti: na izvorima (karakteristino za kr) ili, iz bunara (to je ee u aluvijalnim terenima). Razlikujemo: bunare u vodonosnicima sa slobodnim vodnim licem, arteke bunare u kojima voda sama izlazi na povrinu iz omeenog vodonosnika, i subarteke bunare u kojima je razina vode poviena u odnosu na visinu vodonosnika.

Kakve izvore nalazimo u kru? Silazni su izvori u kru rijetki Preljevni su izvori najeu u kru Uzlazni (arteki) izvori prevladavaju tamo gdje su krke stijene prekrivene / ograniene / ukljetene nepropusnim stijenama.

Preljevni izvor (vrelo) Rjeine

Preljevni izvor: Vrelo Rjeine

Koje karakteristike izdvajaju krka vrela od ostalih izvora? Velika i promjenljiva izdanost.. Benac

Koritenje podzemne vode Neizbjena posljedica vaenja vode (ispumpavanja) iz bunara je sniavanje vodnog lica u bunarskom podruju. Ukoliko se uspostavi dinamika ravnotea nee biti daljnjeg snienja vodnog lica, ali e se javiti gradijentski tok kojim eventualno oneienje moe tei k bunaru. Veina vodonosnika koji se ne koriste su u dinamikoj ravnotei: prirodno prihranjivanje je jednako prirodnom istjecanju.

Rudarenje vode Ukoliko se pak poremeti dinamika ravnotea koja postoji u vodonosniku zbog ispumpavanja, tj. ako doe do ispumpavanja vie vode no to se nadomjeta dolazi do prepumpavanja/rudarenja vode, i kao poslijedice dolazi do smanjenja izdanosti izvora ukoliko ih ima.

Rudarenje vode snienja razine vode u bunarima, pa i u cijelom vodonosniku. slijeganja terena/subsidencije, tj. relativnog sputananja tla nad vodonosnikom. Uslijed snienja artekog tlaka dolazi do kompakcije nekonsolidiranih sedimenata, posebno zbog gubitka vode u glinama kaolinit < ilit < montmorilonit. esta je i pojava vremenskog kanjenja slijeganja uslijed male hidraulike vodljivosti sitnozrnatih materijala i sporog istiskivanja vode. Dolazi do pojave antropogene subsidencije, koja moe biti vrlo znaajna (Galveston do 9 m, Mexico City 7,5m, Tokyo 4,5 m, Delta Pada (Po, do 5m) To je osobito kritino u zonama blizu morske razine - primjer Venecije (o tome kasnije) ili oko Galvestona.

Nisu zanemarive posljedice

Rudarenje vode3. intruzije morske vode, (Pula, Bokanjako blato, Zadar, Slanac, USA). Uz to moe doi i do pritjecanja slane vode iz niih aquifera (ispod 2/3 vodonosnika u USA nalaze se slane vode!). Obalni izvori, vrulje

Rudarenje vode Ghyben - Herzbergov princip kazuje da kod stabilnih (statikih) uvjeta u poroznom podzemlju koje je u kontaktu s morskom vodom vrijedi odnos da za svako nadvienje razine podzemne vode imamo odgovarajue debeli sloj slatke vode ispod morske razine : f

Zs = ----- x hfs

-

f

dubina z ispod povrine na kojoj se nalazi granica slatke i morske vode ovisi o razlici gustoe slatke i morske vode te o nadvienju slatke vode h.

Rudarenje vode4. Sniavanjem razine podzemne vode u

kru (npr. na Floridi) dolazi do uruavanja, kolapsa povrinskog materijala - svodova. Tako esto nastaju ponikve zbog ispiranja odozdo (esto zbog sniavanja razine podzemne vode i gubitka uzgonske potpore). Primjer?

Ponikva nastala uruavanjem, Merag, o. Cres

. Benac

Uruavanje u kru Zanimljiv primjer uruavanja podzemlja u Ogulinu (NL, 10. 01. 2008)

Sanacija? Kao tehnoloki odgovor prepumpavanju, smiljene su metode umjetnog prihranjivanja. (Umjetno dovoenje vode u zonu prihranjivanja, buenje bunara do vodonosnika radi breg prihranjivanje, uklanjanje povrinskog vodonepropusnog izolacijskog sloja - Podsused).

Primjer Venecije Tri su razine problema koje susreemo u Veneciji: 2. problem promjene prosjene razine mora 3. problem visokih voda 4. problem oneienja / zagaenja voda (kanala)

Tonjenje VenecijeGdje je i kako nastala Venecija, grad svjetske batine bez automobila? Rrefugij na otoiu u laguni (po definiciji nestabilan okoli). Lido (barijerni prud) dijeli lagunu od otvorenog mora. Na njemu su tri plimska otvora. Sam grad razvio se oko Rialta (RIVA ALTA visoka obala)

Tonjenje VenecijeVenecijanska laguna pripada irem deltnom podruju akumulacije sedimenata (Sile i Brenta su najblie, junije su Adige i Po, a sjevernije Piave, Tagliamento, Soa/Isonzo. Radi zatite lagune od zatrpavanja u srednjem vijeku tokovi Sile i Brente kanalizirani su tako da teku izvan lagune. Razina vode uz obalu u dinamikoj je ravnotei donosa materijala (koji je hotimino zaustavljen) i rasta morske razine.

Tonjenje Venecije 2. to sve utjee na rast morske razine u podruju Venecije? Globalni rast razine svjetskog mora (sterike promjene zbog zagrijavanja mora!) iznosi izmeu 1-2 mm/god. u posljednjih 50 - 100 godina. To odgovara rastu oko 1- 2 m u posljednjih 2000 godina. Tonjenje deltnog podruja zbog izostazije i subsidencije (slijeganja) Kompakcija sedimenata zbog gradnje objekata (dodatno optereenje) Rudarenje vode u podruju Marghere na obali (1920 - 1970 godine)

3. 4. 5.

Tonjenje Venecije

Tonjenje Venecije To je dovelo do diferencijalnog slijeganja (i danas se taj dio tonjenja smiruje). U Veneciji je prosjena razina mora porasla (tlo se spustilo) od 1908. do 1988. (u 80 godina) 22 cm, od toga eustatski 9 cm, subsidencije 3 cm, a antropogeno 10 cm. Ukupni porast morske razine dakle nije tako znaajan.

Tonjenje Venecije Puno je vei problem visokih voda (acqua alta). To je pojava povremenog porasta morske razine i za vie od 150 cm od prosjene razine. Najvii zabiljeeni vodostaj bio je 4. 11. 1966. kada je morska razina bila ~ 2m (194 cm) via od srednje.

Visoka voda.

Kako nastaje acqua alta?

Visoka voda Uzroci pojave visokih voda (acqua alta): 2. Raspon morskih mijena raste od juga prema sjeveru u Jadranu. Pa je uobiajeni raspon izmeu niske i visoke vode u Veneciji (2 amplitude) oko 112 cm. 3. Osim toga u doba niskoga tlaka (ciklone) morska razina se povisuje. 4. Pri prolasku genovske cilkone u Jadranu pue jugo koje tjera vodu prema sjeveru. 5. Zadnji, ali vrlo vaan razlog nastanka visoke vode je pojava sea (stojnih valova, slobodnih oscilacija morske vode, kojima je rezonantni period u Jadranu oko 24 h).

Visoka voda to se u vezi s visokom vodom dogodilo u prolom stoljeu? Poveala se incidencija (uestalost) visokih voda a i razina koja se dostie tijekom visoke vode je sve via.

Dodatno 1.12.2008. visoka voda 160 cm.

VENECIJA POD VOD OM1D ECEMBER 2008

Koji su razlozi poveane incidencije i visine visoke vode?

Visoka voda. Razlozi?1. Plimski otvori u izvornom obliku imaju ispred sebe zonu akumulacije materijala. Radi prolaza brodova plimski su ulazi proireni i produbljeni, uklonjene su akumulacije materijala ispred njih. 2. Sustav kanala u laguni takoer je produbljen radi prolaska brodova u Margheru (luka i industrijska zona u samoj laguni). 3. Plimske ravnice (intertajdal), na kojima se inae postupno gubi ulazna energija vode i znatno poveava plavljena povrina, su denivelirane. Dio je nasut za gradnju i novo zemljite, a dio produbljen za ribnjake. Uslijed svega toga vee koliine morske vode i bre ulaze u lagunu!

Visoka voda. Rjeenje?? 22 godine nakon poplave, 1966 pristupilo se jednostavnom probnom tehnikom rjeenju s poleglom branom MOSE (MOdulo Sperimentale Ellectromeccanico), slino tome kako Nizozemci brane obradivu zemlju.

Acqua alta. Rjeenje?? Predvieno je postavljane sustava s 80 pokretnih brana na sva tri plimska ulaza. Veliki tehniki izazov s upitnim rezultatima, pogotovo u smislu utjecaja na okoli. Nije samo Venecija ugroena takvim problemima, ve i mnogi veliki obalni gradovi (Bangkok u Tajlandu, ili Manila na Filipinima). Ne moe se puno napraviti vezano za promjene morske razine. Takvi geoloki faktori se ne mogu kontrolirati; treba ivjeti s

Problemi Venecije Problem zagaenja vode Nemaju kanalizaciju! Treba napraviti kanalizaciju! Dosta jednostavno. Problem zagaenog zraka Jaka kemijska industrija krivo locirana! Na obali lagune u kojoj je spomenik svjetske batine! kolski primjer neadekvatnog lociranja industrije.