1

Sadržaj: 4. ISTRAŽIVANJA NA PODZEMNU VODU ……………………………………………………………………………… 4

4.1. Indirektni istražni radovi …………………………………………………………………………………………..... 4 4.1.1. Postojeće podloge i dokumentacija ………………………………………………………………………….. 4 4.1.2. Daljinska istraživanja …………………………………………………………………………………………. 5 4.1.3. Geofizička istraživanja ………………………………………………………………………………………... 6

4.1.3.1. Seizmička ispitivanja …………………………………………………………………………………….. 6 4.1.3.2. Geoelektrična ispitivanja ………………………………………………………………………………… 10 4.1.3.3. Magnetska, gravimetrijska, georadarska i VLF ispitivanja …………………………………………… 16

4.1.4. Karotažna ispitivanja ………………………………………………………………………………………… .. 16 4.2. Direktni istražni radovi ………………………………………………………………………………………………. 18

4.2.1. Istražno bušenje ……………………………………………………………………………………………….. 19 4.3. Izvedba vodozahvatnih objekata ………………………………………………………………………………….. 21

4.3.1. Tipovi i kaptaža izvora ………………………………………………………………………………………… 21 4.3.2. Kopani zdenci …………………………………………………………………………………………………... 23 4.3.3. Kanati ……………………………………………………………………………………………………………. 23 4.3.4. Horizontalni zahvati podzemne vode ………………………………………………………………………… 24 4.3.5. Bušeni vertikalni zahvati podzemne vode …………………………………………………………………… 26

4.3.5.1. Vertikalni bušeni zdenci ………………………………………………………………………………….. 26 4.3.5.2. Ugradnja cjevnog materijala i filtra …………………………………………………………………….. 26 4.3.5.3. Osvajanje zdenca ………………………………………………………………………………………… 29

4.3.5.4. Dezinfekcija zdenca ……………………………………………………………………………………… 31 4.3.5.5. Crpenje podzemne vode ………………………………………………………………………………… 31

4.3.6. Dreniranje stijena i snižavanje razine podzemne vode za potrebe graditeljstva ……………………….. 34

5. KORIŠTENJE PODZEMNE VODE ………………………………………………………………………………………. 36

2

5.1. Vodoopskrba stanovništva i industrije …………………………………………………………………………….. 36 5.1.1. Osnovni čimbenici pitke vode ………………………………………………………………………………… 37 5.1.2. Kondicioniranje podzemne vode …………………………………………………………………………….. 37

5.2. Podzemna voda i hidrotehničke melioracije ………………………………………………………………………. 41 5.2.1. Navodnjavanje …………………………………………………………………………………………………. 41 5.2.2. 0dvodnja ………………………………………………………………………………………………………… 43

5.3. Termomineralna podzemna voda …………………………………………………………………………………. 44 5.3.1. Mineraine podzemne vode ……………………………………………………………………………………. 44 5.3.2. Prirodne termomineralne podzemne vode ………………………………………………………………….. 44 5.3.3. Prirodne termalne podzemne vode ………………………………………………………………………….. 45

5.4. Promjena stanja u vodonosniku zbog promjene razine podzemne vode ……………………………………… 47 5.4.1. Slijeganje ………………………………………………………………………………………………………… 48 5.4.2. Dispozicija tekućeg otpada ……………………………………………………………………………………. 50 5.4.3. Obogaćivanje naftnih ležišta podzemnom vodom ………………………………………………………….. 50 5.4.4. Čuvanje i uskladištenje podzemne vode …………………………………………………………………….. 50 5.4.5. Umjetno obogaćivanje vodonosnika …………………………………………………………………………. 51

6. ZAGAĐIVANJE PODZEMNE VODE …………………………………………………………………………………… 56 6.1. Fizičko zagađenje ……………………………………………………………………………………………………. 60 6.2. Mikrobiološko zagađenje …………………………………………………………………………………………… 60 6.3. Kemijsko i radiološko zagađenje ………………………………………………………………………………….. 61 6.4. Osnovne vrste i načini zagađivanja podzemnih voda …………………………………………………………... 65

6.4.1. Zagađivanje kod izvedbe vodozahvatnog objekta …………………………………………………………. 65 6.4.2. Zagađivanje zbog neadekvatne konstrukcije i eksploatacije zdenca ……………………………………. 65 6.4.3. Zagađivanje iz odlagališta komunalnog i industrijskog otpada …………………………………………… 67 6.4.4. Zagađivanje induciranom infiltracijom ……………………………………………………………………….. 70

3

6.4.5. Ostale mogućnosti zagađivanja podzemne vode ……………………………………………………….. 71 6.5. Oblik i trajanje izvora zagađenja ………………………………………………………………………………… 75

7. ZAŠTITA PODZEMNE VODE ………………………………………………………………………………………… 77 7.1. Zaštita izvorišta i crpilišta ………………………………………………………………………………………… 78 7.2. Hidrogeološki aspekt zaštite podzemne vode …………………………………………………………………. 80

8. MODELIRANJE STANJA U VODONOSNIKU ……………………………………………………………………… 82 8.1. Općenito o modeliranju …………………………………………………………………………………………… 82 8.2. Razvoj tehnike i tipovi modeliranja ……………………………………………………………………………… 82

LITERATURA ……………………………………………………………………………………………………………… 87

4

4. ISTRAŽIVANJA NA PODZEMNU VODU Istraživanje na podzemnu vodu zahtijeva poznavanje određenih hidroloških, hidrobiokemijskih i potpuno poznavanje geoloških odnosa prostora koji se istražuje. Od posebnog su značenja pouzdani podaci o litološkoj i stratigrafskoj pripadnosti stijena, geološkoj strukturi te nadasve o hidrogeološkim odnosima u podzemlju. To je neophodno bez obzira na to da li se namjerava kaptirati izvor na površini, zahvatiti podzemna voda zdencima, izgraditi hidroenergetski objekt ili zbog izvedbe nekog građevinskog objekta koji, niti ne mora biti u direktnoj vezi s korištenjem voda. U shematskom se obliku (tablica 4.1) daju faze istraživanja, zahvaćanja i gospodarenja vodonosnikom (Hamill & Bell, 1986) Svi istražni radovi mogli bi se podijeliti u dvije osnove grupe: indirektne istražne radove, kojima se ne zadire, i direktne istražne radove kojima se ulazi u zemljinu koru. 4.1. Indirektni istražni radovi Svakom ozbiljnom istraživanju treba prethoditi potpuno upoznavanje sa svim relevantnim podacima o istraživanom prostoru postavljanje konačnog cilja istraživanja. 4.1.1. Postojeće podloge i dokumentacija To uključuje geodetske podloge, analizu postojećih geoloških, hidrogeoloških i ostalih karata. Osnovni podaci o hidrogeološkim i drugim objektima trebali bi biti pohranjeni u

5

katastru podataka vodnih pojava. Sliku o geološkoj građi, litoškim karakteristikama stijena i generalne podatke o hidrogeološkim (geohidrološkim) podacima istraživanog terena daju nam hidrogeološke karte različitog mjerila i konačne namjene korištenja. Svakoj narednoj fazi istraživanja trebalo bi prethoditi rekognosciranje terena, koje treba verificirati prikupljene podatke i biti osnovom za programiranje nastavka istraživanja. 4.1.2. Daljinska istraživanja Daljinska istraživanja su relativno novija istraživanja bazirana na instrumentalnom snimanju Zemlje s površine ili iz zraka. Većina tehnika daljinskim snimanjima osniva se na registriranju energije koja se kreće od elektromagnetskog spektra, uzroka radioaktivnog gama zračenja, preko vidljivog spektra do radara. Daljinska istraživanja su veoma pogodna za dobivanje regionalnih podataka. Dva su osnovna sistema ovih ispitivanja označena kraticama IRLS (Infra - red linescan) i SLAR (Side - looking airborn radar). IRLS se zaniva na činjenici da svi predmeti zbog termalne aktivnosti njihovih atoma generiraju elektromagnetsko zračenje. Podaci mogu biti procesuirani u boji ili u crno - bijeloj tehnici (HamilI & Bell, 1986.). Zbog termalne inercije moguće je razlikovati dolomite od škriljavaca, te glinovite od pjeskovitih stijena. Primjerice gline, zbog toga jer imaju veliku termalnu inerciju pojavljuju se kao tople stijene pri dnevnom zagrijavanju, a pijesci niske termalne inercije kao hladne stijene. Stijene s velikom količinom vlage-podzemne vode iskazuju se kao hladne stijene. SLAR čini emitiranje radarskih valova iz zrakoplova na površinu zemlje. Njihovo reflektiranje se prihvaća u zrakoplovu i interpretira kao crno bijele fotografije. Na bazi tih mjerenja programskim se paketima obrađuju podaci i izrađuju karte mjerila 1:100.000 do 1:250.000 s rezolucijom 10 do 30 m. Manji se objekti mogu registrirati samo iznimno. Međusobni odnos geološke građe, morfologije, klime, vegetacije i obradivog tla odrazit će se na interpretaciju podataka dobivenih multispektralnim skaniranjem s Landsat satelitima. Pri interpretaciji reflektirane energije nevidljivog dijela sunčane svjetlosti (infracrvene i ultraljubičaste zrake) moguće je odrediti morfologiju terena i definirati različite tipove stijena. Interpretacijom fotografija iz zraka dobivaju se podaci o stijenama i tlu kao i o eventualnoj prisutnosti podzemnih voda u njima. Postoje četiri osnovna tipa filmova koji se koriste za ta snimanja: crno-bijeli, infracrveni monokromatski, stvarne boje i »false colour«. Crno-bijela fotografija se koristi u većini namjena, prvenstveno za

6

potrebe geodezije i utvrđivanje geoloških struktura. Drugi tipovi filmova koriste se za posebne namjene. Varijacije u sadržaju vode u tlu i stijeni koje neće biti vidljive na crno-bijelim fotografijama jasno će se odražavati na »false« snimkama. Stereoskopsko promatranje pripadajućih stereoparova fotografija omogućuje dobivanje trodimenzionalne slike morfologije i geološke građe terena. 4.1.3. Geofizička istraživanja Geofizičke metode se koriste da bi se odredila geološka struktura, litološki sastav i kvaliteta stijena mjerenjem njihovih pojedinih fizičkih značajki. Korelaciju i interpretaciju geofizičkih mjerenja olakšavaju rezultati dobiveni bušenjem i interpretacijom rezultata strukturnih bušenja. Osnovne geofizičke metode čine seizmička, geoelektrična, gravimetrijska i magnetska ispitivanja stijena. 4.1.3.1. Seizmička ispitivanja Seizmička ispitivanja se baziraju na mjerenju brzina valova koji se šire od mjesta potresa. Umjetni potres može biti izazvan snažnim udarcem ili eksplozijom na površini zemlje. Kao i kod prirodnog potresa energija odnosno vibracije prenašaju se kao longitudinalni, transverzalni i kao dugi valovi. Zbog toga, jer se longitudinalni valovi šire brže i lakše generiraju, samo se oni koriste kod seizmičkih ispitivanja stijena. Širenje potresnih valova ovisi o građi i stanju stijena, o mineraloškom sastavu te o prisutnosti podzemne vode u porama stijena. Općenito brzine su veće u eruptivnim stijenama, nego u metamorfnim, a najmanje su u sedimentnim stijenama. Brzine se u sedimentnim stijenama povećavaju sa stupnjem konsolidacije (zbijanja, kompakcije), te stupnjem cementacije i dijageneze stijene. Većina stijena, a posebno neki škriljavci te gotove sve sedimentne stijene, obilježene su izrazitom anizotropijom, što neposredno utječe i na brzinu širenja seizmičkih valova. Posebnu ulogu pri tome ima poroznost stijene i saturiranost stijene podzemnom vodom.

7

U tablici 4.2. daje se prikaz brzina potresnih valova u nekim osnovnim stijenama prema iskustvenim rezultatima ispitivanja Geofizike iz Zagreba. Pri prolazu seizmičkih valova kroz jedan sloj prema drugome, jedan se dio energije reflektira prema površini, dok se drugi, koji je zadržan u stijeni, lomi. Stoga se razlikuju dvije osnovne metode: refleksivna i seizmička refrakcijska ispitivanja. Slikom 4.1. prikazan je hipotetski grafički prikaz vrijeme-udaljenost za teoretski jednoslojan problem, kada je kontakt između dviju vrsta stijena paralelan s površinom. Danas se rezultati istraživanja više ne interpretiraju samo po matematičkim obrascima, nego se obilno za to koriste kompjuterski programi.

8

Plitka refrakcijska seizmika (Delta-t-V metoda) Refrakcijska seizmika zasniva se na određivanju brzina seizmičkih valova (V) i lociranju značajnijih elastičnih diskontinuiteta, a primjenjuje se u svrhu kontinuiranog praćenja prostornog rasporeda i promjena u fizičko-mehaničkim karakteristikama stijena u podzemlju. Refrakcijska metoda temelji se na refrakciji elastičnih seizmičkih valova na kontaktu dviju sredina kojima seizmičke značajke zadovoljavaju uvjet V2>V1. Elastični val generira se na površini i počinje se širiti brzinom gornje površinske zone. Za ovu metodu od presudne je važnosti da val koji prolazi kroz gornju površinsku zonu stigne na granicu diskontinuiteta pod kritičnim kutom, kutom totalne refrakcije (prema Snellovom zakonu). On se dalje širi duž tog kontakta brzinom donjeg medija V2 i vraća na površinu (prema Hygensovom principu), gdje se njegov nailazak registrira geofonima. Iz geometrije rasporeda geofona i točaka paljenja na površini terena, te registriranih vremena prvih nailazaka seizmičkih valova do pojedinog geofonskog mjesta, od trenutka kada je val generiran, formiraju se s-t dijagrami tzv. dromokrone. Iz dobivenih dromokrona kombiniranim se tehnikama primjenom direktnih metoda i metoda inverznog modeliranja dobivaju dubine i prostorni rasporedi seizmičkih brzina. Uvjeti i ograničenja Za uspješnu primjenu direktnih metoda interpretacije seizmičke refrakcije (plus-minus metoda, metoda valne fronte, CMP-metoda, GRM-metoda i sl.), u određivanju granica različitih sredina po dubini treba postojati tzv. normalan slijed brzina, što znači da se materijali veće brzine elastičnih valova trebaju nalaziti ispod onih s manjom brzinom. U obrnutom slučaju ne može doći do totalne refrakcije valova duž plohe diskontinuiteta.

9

Inverzija brzina je sasvim normalna pojava, npr. u kršu kod pojave kaverni, zatim raspucanih vapnenaca ispod kompaktnih, fliških lapora ispod vapnenaca, kod različite zbijenosti i saturiranosti sedimentnih serija i sl., pa u takvim slučajevima metoda ne daje točne rezultate po dubini. Ipak, njezina primjena je opravdana jer se dobro može izdvojiti debljina prve trošne zone materijala najmanje brzine, koja je redovito prisutna. Uvođenjem novih metoda inverznog modeliranja, ova su ograničenja eliminirana i mogućnosti refrakcijske seizmičke metode proširene su na sasvim realne geološke situacije. Metoda koja se koristi, pored gore navedenih direktnih metoda, pri konačnoj obradi rezultata seizmičkih ispitivanja je inverzna Delta-t-V metoda, uvedena u siječnju 1999., (prvi put opisna od strane Gebrande and Miller 1985) te WET tomografija (Wavepath Eikonal Traveltime; Schuster 1993: Watanabe 1999 ) . Delta-t-V metoda daje kontinuirani raspored brzina sa dubinom ispod svake stanice u seizmičkom profilu, a uključuje vertikalne gradijente brzina, linearni porast brzine sa dubinom i inverzne rasporede brzina.

Oprema za seizmička istraživanja Tipični uređaj za seizmička istraživanja prikazan je na donjoj slici (digitalni seizmograf TERRALOC ABEM MARK 6 (24 kanala). Za prijem signala koriste se vertikalni geofoni SENZOR SM 4, rezonantne frekvencije 10 Hz. Dakako, može se koristiti i kvalitetna oprema bilo kojeg drugog proizvođača.

Tehničke karakteristike seizmografa Terraloc Mark 6, ( 24 kanala ) :

Dužina snimke 28, 256, 512, 1024,2048, 4096, 8196 ili 16384 uzoraka po traguVrijeme snimanja 3,2 ms do 32,7 s

Pojačanje (teor./mjer.) 126/114 dB

Analogni filteri Low-cut, 12 ili 24 dB/oktava,16 koraka od 12 do 240 Hz

A/D konverter 21 bitni (18 bita + 3-bitni IFP)

Memorija 999 32-bitnih riječi po tragu

Digital I/O

9” LCD ekran

10

4.1.3.2. Geoelektrična ispitivanja Geoelektrična ispitivanja bez sumnje imaju značajne prednosti pred drugim geofizičkim metodama ispitivanja podzemlja; posebice ako se radi o ispitivanjima na podzemnu vodu, jer su jednostavna, jeftina, brza i točna. No naravno i ta ispitivanja, kao uostalom i sva druga, imaju svoje ograničavajuće uvjete; to je u prvom redu relativno mala debljina stijena, odnosno jako izražena morfologija ispitivanog prostora. Geoelektričnim ispitivanjima mjeri se provodljivost, odnosno otpori stijena pri prolazu električne struje. Struja se iz baterije (najčešće), preko žica putem metalnih elektroda (naponskih) upušta u tlo, a na mjernim elektrodama se registriraju prividni otpori stijena. Prolaz električne struje kroz stijene u mnogome ovisi o prisutnosti podzemne vode u stijeni. Prema rasporedu elektroda razlikuju se dvije najčešće korištene konfiguracije: Wenner-ova i Schlumberger-ova. Kod Wenner-ovog rasporeda elektroda razmak među naponskim i mjemim elektrodama je konstantan, zato se ona primjenjuje kod geoelektričnog profiliranja. Profiliranjem se određuju karakteristike stijena na određenoj i konstantnoj dubini, a odabirom stajališta dobiva se prostoma slika o rasprostiranju i kvaliteti stijena. Pri Schlumberger-ovom se rasporedu na istom stajalištu povećava međusoban razmak naponskih i mjernih elektroda i time se ispituje sve veća dubina; ovakva se

11

ispitivanja nazivaju geoelektrična sondiranja i temeljna su ispitivanja među geolektričnim metodama. Geoelektričnim se sondiranjem dobiva slika i o vertikalnim značajkama stijena te o njihovoj prostornoj distribuciji. Dubina stijena obuhvaćena ispitivanjima zavisi o međusobnoj udaljenosti naponskih i mjemih elektroda; što je veći međusobni razmak elektroda veća je dubina ispitivanja. Elektrode se obično postavljaju u ravnoj liniji s time da se naponske elektrode (A i B) nalaze izvan mjernih elektroda MiN). Razlike u potencijalu se mjere u ohm-ima, a dobivene vrijednosti se iskazuju u prividnim otporima. Tablicom 4.3. daju se prividni otpori nekih osnovnih stijena prema iskustvu Geofizike. Podaci dobiveni geoelektričnim ispitivanjima veoma su pouzdani ako se verificiraju strukturnim bušenjima, mjerenjima na prirodnim izdancima stijena, te ako rezultate mjerenja interpretira iskusan geoelektričar. Posebno se dobri rezultati dobivaju pri izrazitim razlikama u prividnim otporima stijena, njihovoj većoj debljini te u nevezanim klastičnim sedimentima. Geoelektrična ispitivanja spadaju u osnovna indirektna ispitivanja koja se provode za potrebe hidrogeologije. U izvjesnom smislu može se povući korelacijska veza prividnih otpora i vodoprovodnosti (transmisivnosti) vodonosnika. U novije vrijeme, kao najnaprednija i najučinkovitija vrsta geoelektričnih istraživanja, razvijene je geoelektrična tomografija. U nastavku izlaganja biti će opisana malo podrobnije.

12

Geoelektrična tomografija Otpornost je najvažnije električno svojstvo stijena i mjerenjem na površini određujemo potpovršinsku raspodjele otpornosti u podzemlju te dobivamo informacije o geološkom sastavu i građi istraživanog područja. Različite vrste stijena imaju različite električne otpornosti a rasponi otpornosti (v. tablični prikaz) ovise o mineralnom sastavu, stanju stijenske mase (razlomljenost, šupljikavost) sadržaju fluida u pukotinama i porama, porozitetu, stupnju zasićenja stijene vodom, mineralizaciji fluida, temperaturi. Valja uočiti da su otpornosti glina, kao najslabije karike u «geotehničkom lancu posmične čvrstoće», najniže u stijenama i tlima. Zato je geoelektrična tomografija u geotehnici veoma pogodna za otkrivanje slojeva najniže posmične čvrstoće.

Tablični prikaz električne otpornosti stijena, tala, minerala (mokro –suho stanje) i tekućina:

13

Za potrebe hidrogeoloških istraživanja, gline se dobro razlikuju od pijesaka i šljunaka (usporedi s tablicom 4.3), pa se jasno ističu vodonosne naslage (pijesci, šljunci) kao i izolatori (gline). Metoda električne otpornosti zasniva se na uvođenju struje u podzemlje pomoću dvije strujne elektrode (C1, C2) te mjerenju električnog potencijala pomoću druge dvije elektrode koje se zovu potencijalne (P1, P2).

Princip mjerenja i modeli istraživanja kod geoelektrične tomografije

2D-GEOELEKTRIČNA MJERENJA (geoelektrična tomografija) odlikuju se slijedećim značajkama:

uklanjanjaju ograničenja 1D mjerenja prate promjene otpornosti u vertikalnom i horizontalnom smjeru i koriste se pri istraživanju kompleksnih geoloških struktura.

ne uzimaju u obzir promjene otpornosti okomite na mjereni presjek mjerenja se izvode za sve uzemljene elektrode pri čemu se mijenja razmak između elektroda a time i dubinski zahvat te tako dobiva kontinuirani presjek prividnih otpornosti (pseudosekcija).

Shematski prikaz mjerenja otpornosti

C1, C2- strujne elektrode P1, P2- potencijalne elektrode

strujnice

ekvipotencijalne linije Površina terena

P2 P1

C2 C1

14

Adreseelektroda

Kablovi soznačenim pozicijama elektroda i mjernim instrumentima

Prvi položaj kablova

Drugi položaj

Treći položaj

Točka mjerenja Točka mjerenja Točka mjerenja1 2 3

Oprema za 2D i 3D mjerenja metodom otpornosti sastoji se od uređaj za mjerenje otpora u tlu od (ABEM Terrameter SAS

4000), selektora elektroda ( ABEM Electrode Selector ES 464 ), kabela za elektrode od kojih svaki ima 21 izlaz za elektrode s konstantnim razmakom između izlaza za elektroda, elektroda od nehrđajućeg čelika sa spojnicama do kabla.

Kabeli imaju konstantni izlaz za elektrode na 2, 5 i 10 metara. Ovisno o razmaku izlaza elektroda ovisi geometrija mjernog sustava a time i dubina istraživanja Osim otpornosti uređajem za mjerenje ABEM Terrameter možemo mjeriti i induciranu polarizaciju za zadani pravac

mjerenja.

Tipična oprema za geoelektrična istraživanja (postoje, dakako, i drugi slični uređaji odgovarajuće kvalitete)

15

a) Trošna zona i/ili glinoviti pokrov na osnovnoj stijeni

b) Kontakt fliša i

vapnenca

Tipični izlazni rezultati za neke slučajve korištenja geoelektrične tomografije

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160

Udaljenost (m)

45

50

55

60

65

70

75

80

Nad

mor

ska

visi

na

45

50

55

60

65

70

75

80

0 20 30 40 50 60 100 200 300 500 1000

1500

2500

5000

7500

10000

15000

25000

Otpornost ( m )Ω

1. POKROVNI I POVRŠINSKI POJAS TROŠENJA -GLINA, ODLOMCI I KRŠJE VAPNENCA, PJEŠČENJAKA, LAPORA I BREČE TE VEĆI BLOKVI VAPNENCA UNUTAR GLINE

2. NASLAGE FLIŠA - LAPOR OTPORNOSTI MANJIH OD 60 OHMMETARA

KARBONATNA STJENOVITA MASA

DRO-24

NASLAGE FLIŠA

3 KARBONATNA STJENOVITA MASA , OKRŠENA U POVRŠINSKOM DIJELUNA GEOELEKTRIČNOM PROFILU OTPORNOSTI VEĆE OD 15000 OHMMETARA (OD 88 METARA DO 128 METARA NA PROFILU) UKAZUJU NA MOGUĆU POJAVU MANJIH KAVERNI I PUKOTINA BEZ ISPUNE

16

4.1.3.3. Magnetska, gravimetrijska, georadarska i VLF ispitivanja Magnetske i gravimetrijske metode se primarno koriste kod istraživanja geoloških struktura, a u manjoj mjeri pri standardnim hidrogeološkim istraživanjima. Magnetske metode istraživanja se baziraju na činjenici da su sve stijene u većoj ili manjoj mjeri pod utjecajem zemljinog magnetnog polja magnetične. Mjerenja se provode magnetometrom i naročito su pogodna snimanja iz zraka. Gravimetrijske metode ispituju različitost gustoće površinskih ali i stijena u zemljinoj unutrašnjosti. I za ova su ispitivanja najpogodnija snimanja iz zraka. Metoda daje pouzdane podatke u slučaju kada se pod nevezanim klastičnim sedimentima nalaze čvrste - primjerice eruptivne stijene. Georadarskom metodom se mogu utvrditi heterogenosti u sastavu relativno plitkog dijela litosfere. VLF metodom se mogu odrediti zone relativno intenzivnijeg procjeđivanja podzemnih voda, posebice u čvrstim stijenama. Metoda se bazira na instrumentalnom utvrđivanju magnetske komponente elektromagnetskog polja, izazvanog radio odašiljačima vrlo niske frekvencije (VLF). 4.1.4. Karotažna ispitivanja Karotažna ispitivanja su nezaobilazna geofizička ispitivanja koja se provode u istražnim bušotinama različitih dimenzija i namjena. To su ispitivanja koja su kratkotrajna (provode se u toku jednog dana za standardnu dubinu bušotina), relativno malih troškova, te omogućuju dobivanje dragocjenih podataka o hidrogeološkim parametrima ispitivanih stijena »in situ«. Rezultati ispitivanja ovise o vrsti i primijenjenoj konfiguraciji mjernih sondi, o dijametru bušotine, otporu isplake koja se koristi pri bušenju i njezinog prodora u stijenu, debljini pojedinih slojeva, te o poroznosti stijene i fluidu koji se nalazi u porama stijene. Metode karotaže mogu se podijeliti u nekoliko grupa, a navode se one koje se u našoj praksi najčešće koriste, tj. elektrokarotaža, radioaktivna karotaža i još neke karotažne metode.

17

Elektrokarotaža Monoelektrodno ispitivanje otpora - služi za identifikaciju, utvrđivanje debljine i dubine zalijeganja stijena, određivanje zacjevljenja bušotine.

Mala normala (razmak elektroda 0,4 m) – za određivanje litološkog sastava, posebno tankih proslojaka, proračun poroznosti stijena.

Velika normala (razmak elektroda 1,6 m) – za određivanje otpora debljih litoloških članova. Laterolog – za ispitivanje stvarnog otpora, prvenstveno čvrstih i konsolidiranih stijena. Mikrolog – za određivanje propusnosti dobro konsolidiranih naslaga stijena, posebice tankih proslojaka. Spontani potencijal - izdvajanje granica između različitih stijena, određivanje mjesta ulaska fluida u bušotinu, indiciranje kvalitete podzemne vode

Radioaktivna karotaža

Gama karotaža - definiranje prisutnosti, škriljavaca, laporovitih i glinovitih sedimenata, korelacija stijena, određivanje suhog i zacjevljenog dubinskog intervala bušotine, pri radioaktivnom obilježavanju podzemnih voda.

Neutronska karotaža - određivanje poroznosti stijena posebice male propustljivosti, prisutnosti podzemne vode u stijenama.

Gama-gama kartotaža (radioaktvni izvor najčešće 60Co) - određivanje gustoće i poroznost stijena. Ostale karotaže

Termička karotaža - određivanje termičkog gradijenta, lociranje mjesta gubitka isplake, lociranje pukotina kroz koje se vrši procjeđivanje u bušotinu.

Određivanje brzine toka (flow-metrom) - određivanje zona dotoka u bušotinu po dubinskim intervalima posebice arteških zdenaca, određivanje defekta zacjevljenja odnosno dubinskog intervala kaptiranog vodonosnika.

18

Kaliperska ispitivanja - određivanje dijametra bušotine odnosno njezinog zacjevljenja, određivanje konstrukcije nepoznatih zdenca.

Inklinometarska ispitivanja - određivanja nagiba bušotine i otklona od vertikale osi bušotine, određivanje stvarne dubine bušotine ili zdenca.

Hipotetski prikaz rezultata karotažnih ispitivanja daje se slikom 4.3. Za korektnu interpretaciju prikupljenih podataka neophodno je primijeniti svu paletu prezentiranih metoda karotažnih ispitivanja. Treba napomenuti da se ovim ispitivanjima mogu odrediti i proslojci debljine samo 5 cm. Zbog toga su često u američkoj praksi ova mjerenja supstitucija jezgrovanju strukturnih bušotina, što ima opravdanja samo u slučaju kada se nabušena jezgra ne treba laboratorijski ispitivati. 4.2. Direktni istražni radovi U direktne istražne radove mogu biti svrstana ona istraživanja kojima se fizički ulazi u zemljinu koru. Ručno ili sa strojevima mogu se izvesti relativno plitki istražni objekti kao što su istražni raskopi i istražne jame. Ovi se radovi obično izvode u okviru detaljnih hidrogeoloških istražnih radova, posebice u terenima gdje je stijena prekrivena sekundarnim materijalima odnosno produktima trošenja. U čvrstim stijenama, a naročito u karbonatnim stijenama našeg krša, detaljno istraživanje hidrogeoloških odnosa često se provodi izvedbom istražne galerije. Nerijetko dobro projektirana i izvedena istražna galerija može poslužiti i kao konačna kaptažna građevina podzemne vode.

19

4.2.1. Istražno bušenje Istražna bušenja su temeljna ispitivanja koja se provode za potrebe hidrogeologije. Promjer bušotina je različit, no u praksi se on najčešće kreće između Ø25 i Ø200 mm. Dubina bušenja može biti veća i od 1000 m, no vezano uz naše hidrogeološke prilike dubina bušenja rijetko prelazi 150 m. Prema načinu izvedbe istražna se bušotina može izvesti ručnim i motornim načinom. Ručno bušenje se u principu vrši u nevezanim klastičnim sedimentima do dubine oko 20 m, iako su u Kini u prošlosti izbušene bušotine ručnim postupkom i preko 1000 m. Motorno bušenje je sigurno osnovni i najčešće primjenjivani način istraživanja svih vrsta stijena »in situ«. S obzirom na smjer bušenja mogu biti: vertikalna, kosa i horizontalna. Bušotina se može izvesti sa i bez jezgrovanja. Jezgrovanje znači da se u tijeku bušenja posebnim priborom uzimaju uzorci nabušenih stijena. U nevezanim klastičnim sedimentnim stijenama ti će uzorci biti «poremećeni». U slabo vezanim klastičnim sedimentima, te u svim čvrstim stijena nabušena, će jezgra biti relativno «neporemećena», a to znači da će biti gotovo ista kao u prirodi. Nabušena se jezgra geološki determinira, a po potrebi se uzorci i laboratorijski ispituju. Izvedba bušotine može se provesti: udarnim, udarno-rotacionim i rotacionim posutpkom. Slikom 4.4. daje se u shematskom obliku prikaz osnovnih tipova bušačih garnitura, koje se koriste pri hidrogeološkim radovima. Odabir metode izvedbe bušotine prvenstveno ovisi o litološko-petrografskom sastavu stijena. O vrsti i značajkama stijena, te konačnoj namjeni bušotine ovisit će kojih će dimenzija biti početni i završni profil bušotine.

20

Naime, u nekim litološkim sredinama može doći do smanjivanja profila bušotine, što je u biti posljedica različitih stanja nabušene stijene (bujanje stijena, razlomljenost stijena, zarušavanje materijala i dr.). Zbog toga se, a posebice kod dubokih bušotina, smanjuje profil bušenja. Nerijetko se događa da u bušotinu treba privremeno ugraditi zaštitne cijevi čija je prvenstvena namjena sprečavanje zarušavanja bušotine (tzv. »teleskopska konstrukcija« bušotine). Nabušeni se materijal može na površinu iznijeti: »suhim postupkom«, komprimiranim zrakom, vodom i različitim isplakama. Isplakom se naziva vodena otopina različitih supstancija, koje se koriste pri bušenju. Najčešće i u najširoj primjeni su bentonitne isplake kojima se mogu dodavati različiti aditivi. Bentonit je vrsta glinovitih materijala koja u svom sastavu ima montmorilonit (silikatni mineral koji buja u kontaktu s vodom). Isplaka se kod direktne metode u bušotinu utiskuje kroz bušače šipke i pribor za bušenje, a izlazi na površinu kroz prstenasti otvor između stijenke bušotine i bušačeg pribora (Slika 4.4.b). Bentonit se odlikuje tiksotropijom. Tiksotropija je svojstvo materijala da kod prestanka mehaničke pobude (rotacija pribora za bušenje), prelazi iz tekućeg u čvršće agregatno stanje. Time se i mehanički pridržava stijenka bušotine i štiti od zarušavanja. Ponovnom uspostavom mehaničke pobude (rotacije!), bentonit prelazi u tekuće stanje. Bentonitna isplaka hladi i podmazuje bušači pribor, sprečava zarušavanje bušotine, onemogućuje prodor fluida u otvor bušotine, te omogućuje iznašanje nabušenih čestica stijene na površinu. Prirodne gline mogu katkada biti zamjena za bentonit. Razni aditivi koji se dodaju mogu bentonitnoj isplaci promijeniti svojstva. Tako organski polimeri mogu spriječiti flokulaciju glina, akrilni polimeri reduciraju filtraciju ili povećavaju viskoznost, a dodatkom barita se povećava specifična težina isplake. Dodavanje barita je standardni postupak pri bušenjima na naftu, zbog visokih tlakova koji vladaju u naftnom ležištu. Brzina bušenja ovisi o vrsti stijena, promjeru bušotine, primijenjenoj metodi bušenja, a može se kretati od nekoliko cm do 100 m na dan. U nekim vodoistražnim, a posebice u vodozahvatnim radovima, primjenjuje se metoda reversnog bušenja. Reversno bušenje se naziva zbog toga što isplaka kroz bušači pribor cirkulira obratno, a to znači od dna prema ušću bušotine (Slika 4.4.c). Bušenje se u većini slučajeva provodi čistom vodom. Usprkos značajnih pripremnih radova koji trebaju prethoditi ovoj metodi, to je sigurno najbolji i najbrži način izvedbe bušotina za kaptiranje vodonosnika u nevezanim klastičnim sedimentima.

21

4.3. Izvedba vodozahvatnih objekata Po završetku istražnih radova i dobivanja pozitivnih rezultata, traženih količina i kakvoće vode, pristupa se projektiranju hidrogeoloških objekata za zahvaćanje podzemne vode. Namjena kaptažnih objekata može biti različita. U najvećem broju slučajeva radi se o kaptiranju podzemnih voda za potrebe vodoopskrbe stanovništva (pitka, industrijska, tehnološka, voda za navodnjavanje, mineralna voda i dr.). No, zahvaćanje podzemne vode može se vršiti i zbog drugih razloga koji nemaju direktne veze s vodoopskrbom stanovništva. Već se odavna podzemna voda koristi za potrebe balneologije, geotermički se potencijal termički iskorištava u sve većoj mjeri zbog ekonomskih i ekoloških razloga, vrši se odvodnja građevinskih jama i rudarskih prostora, podzemnom vodom se eksploatiraju različite mineralne supstancije, koristi se u sekundarnoj fazi razrade naftnih ležišta, te za izvedbu najrazličitijih hidrauličkih barijera. Treba reći da ovaj poduži navod korištenja podzemnih voda ipak nije konačan, te da se u svakom slučaju ponaosob treba projektirati i izvesti vodozahvatni objekat, koji je u potpunom suglasju s hidrogeološkim odnosima i namjenom korištenja. Prikazati će se osnovni načini kaptiranja podzemne vode. 4.3.1. Tipovi i kaptaža izvora Izvor (vrelo) se može definirati kao mjesto izbijanja podzemne vode na zemljinu površinu. Uzrok izbijanju podzemne vode može biti različit, no najčešće se izvor pojavljuje na kontaktu propusnih i nepropusnih stijena.

22

Znači da je pojava izvora uvjetovana prirodnim karakteristikama stijena te općim i lokalnim hidrogeološkim odnosima; to se odnosi prvenstveno na izvore u sedimentnim stijenama, no i na druge izvore kao što su npr. gejziri, krški izvori i dr. Na slici 4.5. daju se neki tipovi izvora.

U kršu su prisutni hidrogeološki objekti, na kojima za visokih vodostaja i obilnih oborina izvire podzemna voda, dok u sušnim mjesecima na istom prostoru površinska voda ponire. Takve se pojave nazivaju estavelama. Izviranje slatke vode u moru naziva se vruljama. Svi se izvori mogu uvjetno podijeliti u dvije osnovne skupine, u silazne i uzlazne izvore. Uvjetno - zbog toga jer se sva kaptirana podzemna voda može kretati jedino pod djelovanjem gravitacije, sve su podzemne vode izvora u stvari silaznog porijekla. Iznimka u tom smislu je podzemna voda gejzira, čija je pojava na površini terena uvjetovana pregrijanim parama, pa možemo reći da (u najužem smislu) jedino ove podzemne vode možemo smatrati uzlaznim (Slika 4.6.c). U praksi, ne samo hidrogeološkoj, rabi se izraz uzlazni izvor. Naziv se u stvari odnosi isključivo na mjesto pojave izvora, gdje su lokalni hidrogeološki odnosi takvi da se dio podzemnih voda na manjem prostoru kreće uzlazno, pri čemu se ona prelijeva preko vodonepropusne barijere. U pragmatičkom smislu ova distinkcija ima veoma značajnu ulogu. Naime, veoma često upravo zbog toga jer nisu do kraja razjašnjeni hidrogeološki odnosi pojave izvora, izrađeni su loši projekti a u skladu s time i pogrešne kaptaže. Tako se često događada kaptažna građevina djeluje kao uspor te podzemna voda nije u potpunosti zahvaćena kaptažom, već ju djelomično zaobilazi.

23

Stoga generalno kaptažnu građevinu (zahvaćanje izvora) pri silaznim izvorima treba postaviti iznad pojave izvora, a na uzlaznim izvorima hipsometrijski ispod lokacije izbijanja podzemne vode (Slika 4.6.). Kaptaža na samom izvoru izvodi se jedino u slučaju vertikalnog kontakta između vodonosnika i vodonepro-pusne stijene, odnosno na nekim lokacijama u kršu. 4.3.2. Kopani zdenci Kada na određenom prostoru ne postoji izvor, odnosno ako on ne daje potrebne količine vode, poseže se za podzemnom vodom. Ne samo iz pisanih dokumenata, nego i na osnovu mnogobrojnih arheoloških nalazišta, moglo se zaključiti da su naši preci veoma često izvodili kopane zdence. Kopanim zdencem se naziva objekat za zahvaćanje podzemne vode iz relativno plitkog vodonosnika. Kopani zdenci su obično malih dubina i promjera oko 1 m. Načini izvedbe su različiti, što prvenstveno ovisi o stijeni u kojoj se zdenac (bunar) izvodi. Kopanje zdenaca je u mnogim zemljama pa i kod nas, zanat kojim se na žalost kao u pravilu bave nedovoljno educirane osobe. Zbog toga, bez obzira na to što se ovi objekti izvode za potrebe individualnih potrošača, uložena sredstva nisu uvijek u skladu s dobivenim rezultatima. Stijenke zdenaca zidaju se od kamena i cigle pa i drvene građe; izvode se također iz betonskih prstenova, no u tom slučaju se dotok vode ostvaruje isključivo kroz dno zdenca. 4.3.3. Kanati Prije 3.000 godina u Iranu je umjetnost izvedbe kopanih zdenaca kulminirala genijalnom konstrukcijom zdenca i tunela nazvanom kanat (ghanat, kariz, foggaras). Odatle se ova tehnika kaptaže vode proširila na velik dio Azije, Afrike pa i Južne Amerike. U Iranu postoji oko 50.000 takvih sistema, koji još i danas pokrivaju 75 % potreba za vodom. Na slici 4.7. dan je shematski prikaz izgleda kanata.

Slika 4.7. Shematski prikaz kanata

24

U kvartarnim poluvezanim sedimentima kopa se osnovni zdenac (dubine oko 50 m, no ima ih i do dubine od 400 m) kojim se kaptira podzemna voda u prostoru neposredno uz zonu prihranjivanja. Iz osnovnog zdenca (»majka zdenac«) vrši se ručno kopanje tunela pod blagim nagibom prema mjestu korištenja. Profil tunela (oko 0,6 x 0,4 m) osigurava se segmentima izrađenim od pečene gline, odnosno oblaže se kamenom da bi se spriječilo zarušavanje tunela i nepotrebno procjeđivanje vode prema saturiranom dubljem dijelu vodonosnika. Svakih 30 do 100 m iskapa se vertikalni prokop prema površini kojim se iznosi iskopani materijal i istodobno služi za ventilaciju. Dužina kanata kreće se od nekoliko stotina metara do 70 km. Izdašnosti kanata su također različite i kreću se od nekoliko litara do 500 l/s. Kada se uzme u obzir da su se kanati izvodili bez modernog načina projektiranja i izvođenja, sasvim je sigurno da se iranske graditelje kanata (moganise) može svrstati doista u najgenijalnije hidrogeologe i građevinske inženjere. 4.3.4. Horizontalni zahvati podzemne vode U brdovitim krajevima, gdje su strmi kontakti između vodopropusnih i vodonepropusnih stijena, podzemna se voda može kaptirati i horizontalnim zahvatima. Na Havajima se često izvode horizontalni tuneli da bi se kaptirala podzemna voda iza vodonepropusnih lava, koje su se prema površini probile dikeovima, rasjedima ili pukotinama. Izvedbom jednog tunela na Havajima ostvarena je izdašnost od 600 l/s vode (Hamill & Bell, 1986.). Slikom 4.8. prikazuje se zahvat podzemne vode horizontalnim bušenjem na lokaciji Točak kod Travnika. izdašnost prirodnog izvora Točak bila je 5 l/s, a izvedbom horizontalne kaptaže podzemne vode ostvarena je izdašnost od Q = 19,5 l/s.

25

U kršu su naslage fliša česte hidrogeološke barijere otjecanju podzemnih voda u more. Fliš čini izmjena naslaga breča, konglomerata, vapnenca, pješčenjaka i lapora. U »paketu« naslaga fliš se odlikuje relativnom «vodonepropusnošću», pa je - ako nije jako oštećen tektonskim procesima, odnosno erodiran - idealna barijera podzemnim vodama u karbonatnim stijenama krša. S obzirom na činjenicu da sva krška područja karakterizira kronični nedostatak vode, fliš ima dominantnu ulogu pri rješavanju problema vodoopskrbe u obalnim prostorima svih mediteranskih zemalja. Veoma se često u cilju zahvaćanja podzemnih voda, odnosno s namjerom povećanja izdašnosti krških izvora, pristupa izvedbi vodozahvatnih galerija. Galerijama su kaptirane podzemne vode kapaciteta nekoliko litara pa do nekoliko m3 u sekundi (Slika 4.6.f). Poseban način kaptiranja podzemne vode su hidrogeološki objekti nazvani Ranney zdenci (Slika 4.9.). Ovi se zdenci sastoje od kopanog armiranog zdenca debljine stijenke između 0,45 i 0,60 m prosječne dubine 20-tak metara. U dnu betonske konstrukcije radijalno se izvode bušotine u koje se horizontalno ugrađuju drenažne cijevi. Drenažne cijevi sastoje se od dvometarskih perforiranih cijevi promjera 20 do 60 cm, čija ukupna dužina može biti i 90 m.

26

Ovi relativno komplicirani hidrogeološki objekti izvode se u sitnozrim vodonosnicima (pijescima) u kojima se pojedinačnim vertikalnim zdencima mogu dobiti samo manje količine vode. Ranney zdenci se često izvode u blizini površinskih tokova, tako da se voda rijeka filtrirana kroz prirodne naslage procjeđuje u drenove koji su postavljeni ispod korita same rijeke. 4.3.5. Bušeni vertikalni zahvati podzemne vode 4.3.5.1. Vertikaini bušeni zdenci Osnovna razlika između istražnih bušotina i vodozahvatnih zdenaca sastoji se samo u njihovom promjeru. No treba naglasiti da je već spomenuto reversno bušenje ipak specijalizirana metoda razvijena prvenstveno za potrebe zahvaćanja podzemnih voda. 4.3.5.2. Ugradnja cijevnog materijala i filtra Svaki se cijevni zdenac sastoji od tri osnovna konstruktivna dijela: nadfiltarske cijevi, filtra i taložnika (Slika 4.11.). Nadfiltarska cijev može biti istog promjera kao ostali konstruktivni dijelovi zdenca, no može biti i većih dimenzija; tada se govori o teleskopskoj konstrukciji zdenca. Teleskopska se konstrukcija izvodi u slučaju da dijametar cijevi nije dovoljan za ugradnju eksploatacijskih uređaja zdenca. U praksi se izvedba teleskopske konstrukcije primjenjuje kod crpenja vode iz zdenaca čije su filtarske cijevi manje od Ø300 mm. U cijevnim zdencima podzemna voda ulazi u zdenac kroz filtarsku konstrukciju. Osnovna namjena filtarskog dijela zdenca jest omogućiti procjeđivanje podzemne vode iz vodonosnika, a s druge strane spriječiti unašanje čestica čvrstog dijela vodonosnika u konstrukciju zdenca. Filtarsku konstrukciju nije neophodno postavljati u konsolidiranim sedimentima i čvrstim stijenama, gdje se podzemna voda u zdenac procjeđuje kroz pukotine i šupljine u stijenama. Ako kakvoća stijena dozvoljava u takve stijene katkada nije potrebno ugrađivati bilo kakav filtarski materijal. Odabir tipa i vrste filtra određuje se projektom - na bazi analize uzoraka nekonsolidiranih stijena. Filtar, kao uostalom i drugi cijevni materijal, može biti od čelika, azbest-cementa, betona, plastike te od armiranih umjetnih smola. Azbest-cementni materijal je u mnogim zemljama, zbog njegovih karcinogenih značajki, zabranjen materijal za kaptažu pitkih podzemnih voda. Osnovni i najčešće korišteni materijal je i nadalje čelik.

27

Vrste i tipovi filtarskih otvora su veoma različiti. Danas se u većini slučajeva rabe filtri okruglih otvora, uzdužno (slika 4.10.a) i poprečno rezani otvori, mostičavi filtri te veoma cijenjeni i sigurno najbolji tzv. Johnson filtri (spiralno namotana žica od nerđajućeg čelika navarena na osnovnu skeletnu konstrukciju - slika 4.10.b).

Odabir filtra i njegova promjera (tablica 4.4) vrši se prema značajkama vodonosnika, planiranim količinama vode, i načinu eksploatacije, vodeći računa da troškovi izvedbe vodozahvatnog objekta budu što manji.

28

Odnos površine perforiranog dijela filtra prema ukupnoj površini filtarske cijevi naziva se propusnost filtra i izražava se u postocima. Propusnost filtra kreće se između 1 i 61 %, s time da ona ne bi trebala biti manja od 15%. Propusnost od 15 - 25% najčešće je kompromisno rješenje između želje za što manjim otporima i potrebnom čvrstoćom filtarskog dijela konstrukcije zdenca. Možda je najvažniji faktor koji utječe na projektiranje konstrukcije zdenca da li je vodonosnik pod tlakom ili slobodan, te da li je vodoprijemnim dijelom zdenca zahvaćena čitava debljina vodonosnika. To će naime uz tipove filtarske konstrukcije odrediti ekvipotencijalne linije tokova podzemne vode uz sam eksploatacijski zdenac (Slika 4.10.). Navedene filtarske konstrukcije ugrađuju se u vodonosnike izgrađene od krupnozrnih sedimenata. Pri zahvaćanju nafte i dubokih naftnih voda ne koriste se unaprijed pripremljeni i izrađeni filtri, već se čelični cijevni materijal perforira na određenom dubinskom intervalu posebnim priborom. Ugradnja filtarske konstrukcije bez šljunčanog zasipa primjenjuje se u vodonosnicima izgrađenim od čvrstih i krupnozrnih nevezanih klastičnih sedimenata. U vodonosnike koje čine relativno sitnozrne nevezane klastične stijene, gdje je efektivna veličina zrna manja od 0,25 mm, a koeficijent nejednolikosti manji od 3, ugrađuje se odgovarajući šljunčani zasip. Filtarski zasip treba biti takav da trajno sprečava unašanje sitnozrnih frakcija u konstrukciju zdenca. Filtarski zasip se projektira prema filtarskom pravilu, što u praksi znači da veličina prosječnih njegovih zrna treba biti 4 puta veća od odgovarajuće veličine zrna sedimenta vodonosnika (Bieske, 1961.). Pri prvim izvedbama zdenaca sa šljunčanim zasipom smatralo se da debljina zasipa treba biti što veća, kako bi se u potpunosti spriječilo pjeskarenje zdenca. Danas se znade da šljunčana ispuna zasipa prstenastog prostora između stijenke bušotine i ugrađenog cijevnog materijala treba imati debljinu između 7 i 12 cm, što će prvenstveno ovisiti o granulometrijskom sastavu vodonosnika. Ispod filtarskog dijela konstrukcije zdenca ugrađuje se taložnik (Slika 4.11.). Taložnik s jedne strane služi za prihvaćanje izvjestne količine sitnozrnog materijala iz vodonosnika i zasipa zdenca, a s druge strane omogućuje da se u slučaju relativno tankih vodonosnika, kao i pri velikom ostvarenom sniženju, u njega ugradi crpka za eksploataciju zdenca.

29

4.3.5.3. Osvajanje zdenca Nakon ugradnje cijevnog materijala i zasipa zdenac treba očistiti, a sam vodonosnik uz filtarski dio osvojiti. Osvajanje zdenca (well development) je faza aktivnosti na zdencu koja prethodi eksploataciji, a može se primijeniti i kod regeneracije starih zdenaca. Uz dobar projekt i izvedbu zdenca, osvajanje zdenca je presudno za ostvarivanje maksimalno moguće izdašnosti zdenca. Slikom 4.12. daje se prikaz osvajanja zdenca (zasipa) i vodonosnika intergranularne poroznosti. Razlozi postupka osvajanja su različiti:

Bušenjem zdenca narušena je primarna struktura vodonosnika. Udarnim bušenjem kompaktira se stijenka bušotine, a bušaćom isplakom se zatvaraju pore u stijeni (skin efekt).

Odstranjivanjem sitnozrnog materijala iz zasipa i vodonosnika povećava se propusnost vodoprijemnog dijela zdenca i efektivni radius, a time i njegova izdašnost.

Stabilizira se dio vodonosnika oko filtarske konstrukcije, tako da će i pri većim ulaznim brzinama u zdenac kod trajne eskploatacije podzemna voda biti bez sitnih čestica.

Osvajanje se primarno primjenjuje kod nekonsolidiranih klastičnih sedimenata, dok se u čvrstim stijenama rabe različite metode i potpuno drugačija metodologija osvajanja zdenca i vodonosnika.

30

U osnovi, sve metode se baziraju na destabilizaciji »mostića« sitnozrnih čestica koje sprečavaju slobodan prolaz podzemne vode kroz veće pore naslaga vodonosnika i zasipa: 1) Prekomjemim crpenjem zdenca ostvaruje se izdašnost veća nego što je bila programirana za trajnu eksploataciju. To će uzrokovati veće ulazne brzine nego što je normalno, što znači da će se pokrenuti i one čestice koje bi inače stajale na mjestu. 2) Klipovanje se provodi pomoću gumenih brtvi (»paker«) promjera ugrađenog cijevnog materijala. Često je upotrebljavana metoda, jer se za rad koriste šipke bušače garniture. Podizanjem ispuštanjem klipa narušavaju se mostići sitnozrnog materijala u vodonosniku, koji ulazi kroz filtar a potom se sedimentira u taložniku zdenca (Slika 4.13.a). Ovu metodu treba pažljivo primjenjivati, jer postoji mogućnost utiskivanja sitnozrnih čestica dublje u vodonosnik, što praktično znači njegovo kolmiranje. 3) Komprimirani zrak (»air lift«) pod uobičajenim tlakom između 700 i 1000 kPa sigurno je najviše primjenjivana metoda osvajanja vodonosnika, no zahtijeva dosta iskustva da bi se dobili optimalni rezultati. Metoda se bazira na miješanju zraka i vode, pa ta emulzija veoma lagano može iz bušotine izbaciti i sitne čestice stijene (Slika 4.13.b). Metoda zahtijeva adekvatni odabir zračnih i eksploatacijskih cijevi (Rizen, 1989.), a može se koristiti i kao način eksploatacije podzemnih voda. 4) Hidraulički mlaz (»jetting«) je efektivna metoda, koja zahtijeva relativno visoku propusnost filtarskog dijela zdenca. Potrebna oprema je relativno jednostavna i sastoji se od bušačih cijevi, mlaznica i crpke za ostvarivanje dovoljnog tlaka mlaza koji će isprati isplaku sa stijenke bušotine, odnosno izbaciti sitnozrni materijal u taložnik zdenca (Sl. 4.13.c).

31

5) Disperzivna sredstva su brojna a primjenjuju se kao deflokulanti glinenih suspenzija i korištenog bentonita pri bušenju. Najčešće su to razni polifosfati koji se dodaju vodi pri ispiranju zdenca.

Prethodne metode mogu se rabiti i kod čvrstih stijena, no za njih su razvijene i rabe se druge specifične metode: Eksplozivom («raspucavanje» stijene oko zdenca) se može povećati efektivni radius zdenca, otvoriti pukotine u stijenama. Efekat te metode ovisi o primijenjenom eksplozivnom sredstvu, vrsti stijene, strukturi stijene, te o prisustvu i saturiranosti stijene podzemnom vodom.

Kiselinama se u principu obrađuju vodonosnici koje tvore karbonatne stijene. Koristi se octena kiselina, a u slučaju primjene solne kiseline treba dodati inhibitore u cilju zaštite metalnih dijelova u zdencu. Efekat tretmana kiselinama će biti to izraženiji što je veća razlomljenost stijena.

Hidraulički slom stijena ostvaruje se primjenom dvostrukih brtvi (»pakera«) između kojih se pod velikim tlakom utiskuje voda. Ovom metodom može se povećati propusnost vodonosnika i na udaljenosti većoj od 100 m od tretiranog zdenca (Hamill & Bell, 1986).

4.3.5.4. Dezinfekcija zdenca U tijeku izvedbe zdenca kojim se kaptira podzemna voda praktično je nemoguće ostvariti sterilne uvjete. No, bez obzira na to bilo bi dobro tijekom izvođenja barem povremeno dodavati dezinfekcijska sredstva u isplaku. U svakom slučaju ugrađeni šljunčani zasip treba obavezno prije ugradnje biti dezinficiran. Najčešći način sterilizacije postiže se suhim kalcijskim hipokloritom /Ca(ClO)2/. Dezinfekcijsko sredstvo treba izvjesno vrijeme biti u kontaktu s ugrađenim cijevnim materijalom, zasipom pa i samim vodonosnikom. Trajanje kontakta ovisi o hidrogeološkim uvjetima, no preporuča se da to ne bude kraće od 24 sata. Nakon toga treba u kraćem periodu provesti crpenje zdenca, ali bez distribucije crpene vode u potrošačku mrežu. Svaki novi zdenac ili regenerirani stari zdenac, prije uključenja u vodoopskrbni sistem, mora biti steriliziran. 4.3.5.5. Crpenje podzemne vode Osnovni problem, oduvijek pa i danas, jest kako kaptiranu podzemnu vodu crpiti - iznijeti na površinu, odnosno distribuirati do potrošača. Nekada, a i danas u nekim siromašnim sredinama, to se provodi ručno, domaćim životinjama, te na prostorima gdje za to postoje uvjeti, korištenjem vjetra.

32

Najčešći način eksploatacije podzemnih voda je korištenje različitih tipova crpki. Odabir crpke, bez obzira na to radi li se samo o testiranju zdenca ili o trajnoj eksploataciji, ovisi o ovim osnovnim čimbenicima:

1) statičkoj razini podzemne vode, 2) minimalnoj razini podzemne vode u širem prostoru, u 50 godišnjem povratnom periodu, 3) proračunatom sniženju za traženu izdašnost zdenca, 4) mogućnosti interferencije s drugim zdencima u prostoru, 5) zahtijevanom uranjanju crpke od strane proizvođača crpke, 6) predviđenoj eksploataciji, računajući i smanjenje izdašnosti zdenca tijekom vremena, 7) konstrukciji zdenca (teleskopska, neophodnost ugradnje crpke u taložnik i sl.).

Crpenje podzemne vode može se provoditi različitim strojevima i opremom. U fazi osvajanja vodonosnika često se primjenjuje crpenje komprimiranim zrakom (»air lift-om«). Ovaj način crpenja veoma je prikladan ukoliko zdenac nije do kraja osvojen, a to znači da još »pjeskari«. Mogućnost crpenja ovisi o razini podzemne vode, stupcu vode u zdencu te o konstrukciji i dimenzijama ugrađenih eksploatacijskih i zračnih cijevi (Rizen, 1989.). Ekonomičnost crpenja ovim načinom veoma je niska, te se rijetko primjenjuje u trajnoj eksploataciji. Najčešće korišteni način eksplotacije podzemne vode je crpkama. Tri su osnovna tipa crpki:

centrifugalne crpke s horizontalnom osovinom, crpke s vertikalnom osovinom i uronjene crpke.

Za pojedinačne manje potrošaće i domaćinstva mogu se koristiti klipne ili membranske crpke.

33

Centrifugalne crpke s horizontalnom osovinom koriste se kod eksploatacije plitkih podzemnih voda, relativno visoke razine podzemne vode. Crpka se nalazi izvan vode, pa usisni dio može praktično podizati vodu samo sa dubine od 7 m. Crpke su značajnih kapaciteta, veoma su ekonomične i najčešće se koriste pri navodnjavanju poljoprivrednih površina. Crpke s vertikalnom osovinom koriste se pri eksploataciji dubokih podzemnih voda, a njihovo korištenje nije uvjetovano statičkom i dinamičkom razinom podzemne vode. Rotori su potopljeni i osovinom spojeni s eletromotorom ili disel agregatom na površini. Zdenac u koji se ugrađuje ovaj tip crpke mora biti potpuno vertikalan. Uronjene ili potopljene crpke imaju uz rotore i pogonski dio pod vodom. Za ugradnju tih crpki nije neophodno imati vertikalan zdenac. Naime, vertikalnost je veoma teško ostvariti dubokim zdencima u heterogenom litološkom sastavu. To je sigurno najmodernija i najčešće korištena crpka za eksploataciju podzemnih voda. Na slici 4.14. daje se shematski prikaz zdenca s ugrađenom uronjenom crpkom. Zahtijevana visina podizanja vode crpkom neće biti konstantna zbog sezonskih i godišnjih oscilacija razine vode u skladu s prihranjivanjem vodonosnika i intezitetom eksploatacije. Prema rezultatima testiranja zdenca određuje se maksimalno moguća i optimalna količina vode koja se može stalno eksploatirati iz zdenca uz adekvatna sniženja. Na osnovu projektiranih sniženja definiraju se tip crpke i dubina njezine ugradnje.

Slika 4.14. Zdenac s uronjenom crpkom

34

Pokusno crpenje Pokusno crpenje zdenca u stvari znači crpenje zdenca uz mjerenje crpenih količina vode, te uz praćenje oscilacija razine podzemne vode u crpenom zdencu i pratećim opažačkim objektima. Pod pojmom opažačkog objekta smatra se mjesto praćenja podzemne vode bez distinkcije tipa, konstrukcije i namjene opažačkog hidrogeološkog objekta. U tijeku testiranja zdenca uzimaju se uzorci vode za kemijsku i mikrobiološku analizu. Prikupljeni podaci se analiziraju u cilju dobivanja osnovnih hidrogeoloških parametara kaptiranog vodonosnika i izvedenog zdenca, što je već navedeno u ranijim poglavljima. Podaci testiranja koriste se za ocjenu trajno moguće eksploatacije zdenca, projekt ugradnje, odabira crpke, kao i aktivne zaštite crpilišta (Tablica 4.1). 4.3.6. Dreniranje stijena i snižavanje razine podzemne vode za potrebe graditeljstva Prisutnost podzemne vode može otežati, pa i onemogućiti, izvedbu pojedinih građevinskih objekata. I pojave klizanja terena gotovo redovito prati prisutnost podzemnih voda. Prilikom probijanja tunela za hidroenergetske objekte ili prometnice posebna se pažnja posvećuje upravo podzemnoj vodi. Zbog visokih razina voda u jako propusnim stijenama praktično je nemoguće provesti temeljenje objekta bez posebnih prethodnih radova i zahvata. Limitirajući faktor izvedbe deponija svih vrsti otpada, izgradnje groblja, pa i eksploatacije sirovina u podzemlju je podzemna voda. Podzemna voda je osnovni razlog nemogućnosti korištenja katkada i veoma velikih površina za bilo kakvu poljoprivrednu aktivnost. Ovo su primjeri samo nekih graditeljskih objekata čijoj izgradnji predstoji borba s podzemnom vodom. Uspješno uklanjanje neugodne i opasne podzemne vode može se provesti samo pri potpunom poznavanju hidrogeoloških odnosa predmetnog područja. Jedan od prirodnih razloga stradavanja ljudi i opreme pri probijanju tunela, uz gorski udar i eksplozije metana, je i naglo pražnjenje podzemne vode u otkopan i prostor tunela (Tunel Simplon i cesta kroz Karavanke). Preventivne i sanacijske mjere na klizištima provode se ugradnjom drenažnih cijevi kojima se odvodi podzemna voda iz tijela klizišta i osnovne stijene. Trajno sniženje razine podzemne vode na zamočvarenim prostorima ostvaruje se posebnim horizontalnim drenažnim cijevima, čija dispozicija ne može ovisiti samo o tlu nego i o hidrogeološkim odnosima dubljih stijena (Kos, 1987). Zaobalje umjetnih jezera i akumulacija nerijetko treba braniti od podzemnih voda (Hidroelektrane Varaždin i Čakovec) posebnim kanalima pa čak i crpenim zdencima.

35

Ta se zaštita provodi trajno ili do kolmatacije vodonosnika. Onemogućavanje prodora podzemne vode u prostor građenja dobro vodopropusnih vodonosnika može se postići na više načina.

Dijafragmom ili zavjesom može se spriječiti prodor podzemne vode kroz relativno plitak vodonosnik. U iskopani jarak širine do 1 m utiskuje se mješavina cementa i bentonita. Ovaj način protekcije je pouzdan no skup i ne može onemogućiti prodor podzemnih voda u dno građevinske jame, ako zavjesa nije temeljena u sigurnu nepropusnu podinu vodonosnika. Snižavanjem razine podzemne vode u prostoru građenja može se, u posebnim hidrogeološkim uvjetima, ostvariti hidraulički slom sedimenata u podini vodonosnika.

Iglofiltrima se može sniziti relativno plitka razina podzemne vode (do dubine 7 m). Tzv. iglofiltre čine čelične perforirane cijevi promjera do 2", koje se utiskuju u vodonosnik međusobno su spojene cijevima većeg promjera, a voda se iz podzemlja izvlači vakuum crpkama.

Eksploatacijskim zdencima može se ukloniti podzemna voda iz vodonosnika na bilo kojoj dubini. To je sigurno najpouzdaniji način snižavanja razine podzemne vode i veoma često se koristi u kombinaciji s drugim navedenim metodama. Prodor podzemnih voda u građevinsku jamu može se spriječiti i smrzavanjem vode u vodonosniku putem utisnutih cijevi koristeći posebne uređaje. Metoda se može uspješno primijeniti i u jako propusnim sedimentima, no iziskuje izuzetno poznavanje, da ih tako nazovemo, mikrohidrogeoloških odnosa (Strojarnica HE Čakovec).

36

5. KORIŠTENJE PODZEMNE VODE Istraživanja na podzemnu vodu vrše se uglavnom s osnovnim ciljem osiguranja dovoljne količine vode za različite namjene. O konačnoj namjeni neće zavisiti samo količina nego i kakvoća pridobivene podzemne vode. 5.1. Vodoopskrba stanovništva i industrije 5.1.1. Osnovni čimbenici pitke vode Podzemna, kao i površinska voda, koja se namjerava koristiti za ljudske potrebe treba biti biološki i kemijski čista. Kakvoća podzemne vode odredit će njezinu primjenu. Različiti će zahtjevi biti postavljeni za dobru pitku vodu ili onu za navodnjavanje poljoprivrednih površina, u industriji papira ili za toplane. U svakom slučaju, osnova svih gospodarstava je osigurati dobru pitku vodu svom pučanstvu, što se onda provodi i kroz određenu zakonsku regulativu. Sve su zemlje podesile svoje propise prema Standardima WHO-e (Svjetska zdravstvena organizacija, 1971), pa tako i naša. Zbog toga se u tabličnom prikazuju upravo njezini parametri za dobru pitku vodu (Tablica 5.1). No treba reći da u našim propisima neki parametri i znatnije odstupaju od preporuka WHO-e. Tako je primjerice MDK (maksimalno dozvoljena količina) kod nas za željezo 0,3 mg/l, no zato je dozvoljena količina za nitrate samo 10 mg/l. Posebne odlike imaju termomineralne podzemne vode. Glavna njihova značajka je povišena temperatura, odnosno ukupna količina otopljenih tvari - iznad 1000 mg/l.

37

5.1.2. Kondicioniranje podzemne vode U većini slučajeva za korištenje podzemne vode potrebno je provesti samo kloriranje. Kloriranje će reducirati ili potpuno eliminirati sve štetne mikroorganizme iz podzemne vode. Za tu namjenu može se koristiti i ozon, no njegova primjena ipak nije široko primjenjivana, niti u svijetu - pa niti kod nas. Ako kakvoća podzemne vode ne zadovoljava kriterije za određenu namjenu, onda se takva voda ili ne koristi ili se prije korištenja voda mora kondicionirati. Neadekvatna kakvoća podzemne vode može biti uzrokovana autohtonim značajkama vodonosnika. No, kakvoća podzemne vode može se promijeniti i zbog alohtonih razloga, za što je gotovo isključivo odgovoran čovjek i njegovo neodgovorno ponašanje. Da li će se kondicioniranje provesti - ili ne, uz ostalo je i ekonomska kategorija, jer svako kondicioniranje podzemnih voda znači povećanje investicijske cijene i troškova održavanja. Zbog toga se primjenjuju sve novije i u osnovi jeftinije motode kondicioniranja podzemnih voda. Podzemne vode su u biti bez patogenih mikroorganizama; eventualna njihova prisutnost uzrokovana je najčešće neispravnošću vodozahvatnog objekta, a ne samog vodonosnika, a to se može nakon saniranja objekta otkloniti već i običnim kloriranjem. Aktivnim ugljenom tretiraju se podzemne vode koje su lošeg mirisa, okusa ili podzemne vode s previše organske supstance. Zbog relativno visoke cijene regeneracije, ili neophodnosti zamjene aktivnog ugljena, veoma je teško kod nas naći crpilište gdje se on trajno koristi. Naše podzemne vode su visoke tvrdoće zbog prisutnosti karbonata u vodonosniku. To znači da će se za posebnu namjenu (voda za grijanje, industriju papira i sl.) vodu trebati omekšati. Omekšavanje podzemne vode provodi se u osnovi na dva načina - pomoću sedimentacije te ionskom zamjenom. Veliki problem je uklanjanje nitrata iz podzemne vode. Povećana količina nitrata u podzemnoj vodi uvjetovana je prvenstveno sve većom aplikacijom umjetnih gnojiva u tretiranju poljoprivrednih površina. Uklanjanje nitrata iz podzemnih voda je težak problem zbog visokih cijena do sada primijenjenih tehnologija. Sasvim je izvjesno da će rješenje ovog sve većeg problema trebati rješavati uz iznalaženje novih metoda u budućnosti i kompromisima između poljoprivrednih aktivnosti i korištenja podzemnih voda za piće.

38

Uklanjanje željeza i mangana iz podzemne vode U većini vodonosnika vladaju anaerobni uvjeti, čija je posljedica da se u podzemnoj vodi zbog redukcijskog stanja nalaze veoma često otopljeni željezni i manganski spojevi. Prekomjerna količina željeza i mangana u podzemnoj vodi karakterizira i veći dio sjeverne Hrvatske. Količina željeza i mangana se tijekom eksploatacije obično smanjuje, no može se i povećavati, čak i na onim zdencima gdje na početku crpenja željezo i mangan nisu bili registrirani. To se prije svega događa u vodonosnicima iz kojih se crpi povećana količina vode, a posebice u zatvorenim vodonosnicima (Blaszyk & Gorsky, 1980). S tehničkog stanovišta uklanjanje željeza, mangana i pratećeg sumporovodika nije težak problem. Konvencionalno postrojenje sastoji se od sektora aeracije, flokulacije i sektora filtracije. Uz korištenje izvjesne količine kemikalija voda postaje ispravna. Podzemna voda se iz eksploatacijskih zdenaca pročišćava tzv. otvorenim ili zatvorenim deferizacionim postupkom. Učinjeni su mnogi napori da se željezo i mangan uklone na jednostavniji i posebice jeftiniji način. Jedan pokušaj se bazira na finsko/švedskom otkriću - Vyredox metodi (Hallberg & Martinell, 1976). Kako se radi o tipičnoj hidrogeološkoj metodi daje se njezin kraći prikaz. Prisutnost nepoželjnih supstancija prvenstveno ovisi o hidrogeološkim odnosima u vodonosniku uključujući i prisutnost autohtonih bakterija (Pollak & Marušić, 1994). Željezo može biti prisutno u podzemnoj vodi u dvovaletnoj odnosno trovalentnoj formi (kao fero- i feri-ion). Topivost željeza ovisi prvenstveno o redoks potencijalu i pH vrijednosti okoliša. Praktična mjerenja su pokazala da se pri padu redoks potencijala (Eh) ispod +230 mV povećava količina željeza i mangana u vodi. Neke bakterije - MIB (Metal Immobilising Bakteria; Banks & Banks, 1993) za svoj metabolizam koriste energiju koja se oslobađa prilikom oksidacije željeza i mangana, pa željezo ostaje u njima ili na njihovoj površini. Vyredox metodom postiže se veći stupanj oksidacije u samom vodonosniku. To se postiže na taj način da se na eksploatacijskom polju u sam vodonosnik utiskuje voda obogaćena kisikom (slika 5.1). Kisikom obogaćena podzemna voda, uz iniciranje kemijskih procesa, pospješuje intenzivna aktivnost MIB-a, što sve rezultira uklanjanjem željeza, mangana i neugodnog sumporovodika iz podzemne vode. Proces utiskivanja vode se u određenim vremenskim razmacima treba ponavljati kako bi se održalo optimalno stanje za procese oksidacije u vodonosniku.

39

Procesi taloženja željeza i mangana u porama vodonosnika imaju neznatan utjecaj na propusnost vodonosnika. Proračuni pokazuju (što je verificirano i u praksi), da će proces kolmatacije okoline vodonosnika biti nekoliko puta sporiji od životnog vijeka zdenca iz kojega se crpi podzemna voda s prekomjerno željeza i mangana. Kondicioniranje podzemne vode u samom vodonosniku ima nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalne postupke uklanjanja željeza i mangana iz podzemne vode:

manji troškovi u fazi investiranja i tijekom eksploatacije (ispiranje filtara i kemikalije),

postupkom se preventivno onemogućuje kemijska kolmatacija i inkrustacija filtarskog dijela konstrukcije zdenca, što je redovita pojava pri crpenju željezovitih voda konvencionalnim načinom eksploatacije - to praktično znači produljivanje života zdenaca,

nema potrebe evakuiranja i naknadnog tretiranja voda kao pri ispiranju klasičnih deferizacijskih uređaja, mogućnost uklanjanja i većih količina željeza iz podzemnih voda.

Uspješna primjenjivost ovog načina kondicioniranja podzemnih voda uglavnom ovisi o potpunom poznavanju hidrogeoloških odnosa ispitivanog vodonosnika. Ispitivanja su pokazala (Pollak & Martinell, 1985) da se ovim načinom mogu tretirati i podzemne vode kod kojih količina željeza prelazi 16,5 mg/l. Ova je metoda našla primjenu i kod nas, pa se na crpilištu Gaza kod Karlovca od 1983. god. uspješno iz podzemne vode uklanjaju željezo, mangan i H2S.

40

Slika 5.2. Prikaz kondicioniranja podzemnih voda na crplištu Gaza-Karlovac (preuzeto od Pollak & Martinell, 1985)

41

5.2. Podzemna voda i hidrotehničke melioracije Hidrotehničke melioracije bave se utvrđivanjem zakonitosti pojava voda u tlu, njezinim utjecajem na tlo i biljke, te odvodnjom i navodnjavanjem poljoprivrednih površina. Biljka za normalan rast treba zrak, svjetlost, toplinu, tlo, mineralnu tvar i posebno vodu. Primjenjivost pojedinih aktivnosti iz područja hidrotehničkih melioracija u mnogim je segmentima u direktnoj ovisnosti i o hidrogeološkim odnosima predmetnog područja. Iako je to posve jasno, veoma se rijetko u praksi događa da pri rješavanju problema iz domene hidrotehničkih melioracija kontinuirano bude angažiran i hidrogeolog. 5.2.1. Navodnjavanje Podobnost podzemnih voda za navodnjavanje prvenstveno ovisi o efektima sadržaja pojedinih soli na biljke. Soli mogu smanjiti prirast biljaka, mijenjajući osmotske procese kao i metaboličke reakcije, pa se čini kao da su prisutne toksične supstancije. Nakupljanje soli u tlu znači promjenu strukture tla, a to znači i smanjenu aeraciju. Naime, kationi iz podzemne vode mogu uzrokovati deflokulaciju minerala glina, što znači smanjenje drobljivosti a time i propusnosti tla. Kakvoća podzemne vode koja se koristi za navodnjavanje (irigaciju) zavisi o klimi, tipu i drenažnim karakteristikama tla te o vrsti raslinja. U vrućim i suhim područjima biljkama je potrebna veća količina vlage koju izvlače iz tla, što u stvari znači brzo povećavanje koncentracije soli u tlu. Treba reći da posebnu opasnost za efikasnost navodnjavanja može imati prisutnost natrija u podzemnoj vodi. Kationskom izmjenom kalcija i magnezija s ionom natrija na površini minerala glina smanjuje se propllsnost tla te tlo postaje tvrđe. Sadržaj soli može biti prikazan na slijedeći način:

%Na = KNaMgCaK)100(Na

++++

, gdje je koncentracija svih iona izražena u mili-ekvivalentima/l.

Veličina kationske izmjene kalcija i magnezija s natrijem može se izračunati prema SAR-u (Sodium Absorption Ratio):

SAR =Mg)/2(Ca

Na+

, pri čemu su koncentracije i ovdje izražene u mili-ekvivalentima/l.

42

Na slici 5.3. se u grafičkom obliku daje kategorizacija voda za navodnjavanje. Iz navedenog se grafičkog prikaza može zaključiti o mogućnosti korištenja podzemne vode za navodnjavanje, što je od presudnog značenja za korištenje podzemnih voda, posebice u aridnim područjima. Upotrebljivost glede natrija:

S1 - Mala količina natrija; voda se može koristiti za sve vrste tala.

S2 - Srednja količina natrija; takva će voda biti nepodobna za sitnozrna tla, a može se koristiti za krupnozrnata tla, odnosno tla s mnogo organske supstancije.

S3 - Visoki sadržaj natrija; iziskuje posebnu pripremu tla: drenažu, dobro procjeđivanje i dodavanje organske supstancije.

S4 - Vrlo visoki sadržaj natrija; uglavnom su to vode neupotrebive za navodnjavanje, osim ako imaju nisku ukupnu mineralizaciju i ako se vodi dodaju gips ili drugi aditivi kako bi se primarna kakvoća izmijenila.

Slika 5.3. Podobnost podzemne vode za navodnjavanje poljo- privrednih površina (preuzeto od US Dept. Agric., Washington)

43

Upotrebljivost glede ukupne mineralizacije: C1

- Niska ukupna mineralizacija; može se koristiti za većinu usjeva, a intenzivnije procjeđivanje će trebati ostvariti samo u tlima ekstremno niske propusnosti.

C2 - Srednja ukupna mineralizacija; može se primijeniti pri umjerenom procjeđivanju, kod biljaka s umjerenom tolerancijom u odnosu na mineralizaciju, te uz kontrolu saliniteta.

C3 - Visoka ukupna mineralizacija; ne može se koristiti u tlima s ograničenim procjeđivanjem, a može se koristiti samo pri posebnim kontrolama saliniteta, te kod biljaka koje su tolerantne na visok sadržaj soli.

C4 - Vrlo visoka ukupna mineralizacija; voda nije za navodnjavanje, osim u posebnim slučajevima, i to u jako propusnim tlima dobrim procjeđivanjem i izuzetnom drenažom uz biljke koje su ekstremno tolerantne na visok salinitet podzemnih voda.

U našoj zemlji navodnjava se 15 puta manje poljoprivrednih površina od svjetskog prosjeka, računajući u hektarima po glavi stanovnika (Kos i dr., 1992). U mnogim je zemljama navodnjavanje podzemnim vodama od primarnog značenja za egzistenciju i život ljudi na određenom prostoru. 5.2.2. Odvodnja Iz dosadašnjeg se razmatranja moglo zaključiti da se za uspješno navodnjavanje veoma često mora primijeniti i adekvatna odvodnja tretiranih poljoprivrednih površina, kako bi se spriječilo prekomjerno zaslanjenje tla. Tlo, dakle, zbog prekomjernog nakupljanja soli treba ispirati. Tip drenaže ne ovisi samo o vrsti tla nego i o hidrogeološkim karakteristikama stijena u podini obradive površine. Ispiranja su to intenzivnija, što je navodnjavanje dugotrajnije a posebno ovisi o klimatskim uvjetima. Poseban je problem odvodnje voda s površina koje su povremeno ili stalno pod vodom. Ta primarna zamočvarenost terena može biti uzrokovana morfologijom, hidrološkim i veoma često hidrogeološkim razlozima koji vladaju na određenom prostoru. Uspješnost odvodnje uz ostalo u mnogome će ovisiti i o detaljnom poznavanju hidrogeoloških odnosa predmetnog područja. Npr., zamočvarenost prostora Crne Mlake kod Draganića uvjetovana je i mogućnošću procjeđivanja dubokih podzemnih (arteških) voda na površinu terena prirodnim putevima, no i istjecanjem arteških podzemnih voda putem vodozahvatnih zdenaca.

44

5.3. Termomineralna podzemna voda Dublje podzemne vode mogu po svom kemijskom sastavu i temperaturi biti takvih značajki da se ne mogu koristiti za normalnu vodoopskrbu. Na kemijski sastav podzemnih voda uz topivost minerala krutog dijela vodonosnika utječe i dužina kontakta podzemne vode sa samom stijenom. Generalno se može reći da su termominera1ne vode starije od običnih plitkih podzemnih voda. 5.3.1. Mineralne podzemne vode Osnovna i najčešća značajka mineralne podzemne vode jest da je količina ukupno otopljene mineraine supstacije veća od 1 g/l. No, mineralnim se vodama mogu proglasiti i one vode kojima samo jedan parametar »odskače« od običnih pitkih voda. To su primjerice podzemne vode s prekomjernim količinama CO2, H2S, Rn, naftana i sl. Sastav podzemne vode omogućuje nam zaključak i o genezi mineralnih voda. Prisutnost naftana, npr., upućuje na konatne vode naftnih ležišta, a prisutnost H2S na organske procese ili postvulkansku aktivnost u podzemlju. Brojni su autori, većinom Rusi (Ovčinikov, Plotnikov, Ivanov i dr.), izradili klasifikacije mineralnih voda. Njihova osnovna značajka jest da su mineralne vode svrstane prema dominatnom (više od 25% mg - ekv.) sadržaju aniona, odnosno kationa, ali i s naglašenim ljekovitim djelovanjem. To su hidrokarbonatne, kloridne, sulfatne, vode miješanog sastava, te vode s biološko aktivnim ionom (Fe, As, Br i Li). Posebno su izdvojene vode sa slobodnim CO2, H2S i radioaktivne vode s Rn (Istarske toplice). 5.3.2. Prirodne termomineralne podzemne vode Najpoznatiji naš znalac kemizma termomineralnih voda je bez sumnje S. Miholić (1952), koji spominje da je sam taj termin dosta neodređen. Pod tim se pojmom podrazumijevaju podzemne vode jače mineralizirane, vode koje sadrže neke posebne tvari, te podzemne vode čija je temperatura viša od srednje godišnje temperature površine zemlje na mjestu pojavljivanja termomineralne podzemne vode. Kod prosudbe da li je jedna podzemna voda mineralna ili ne danas ima sve više poteškoća. Naime, ne događa se tako rijetko da podzemne vode zbog visokog sadržaja sekundarnih onečišćenja postaju mineralne. S druge strane, u visokim planinama srednja je godišnja temperatura oko 2 °C, no to ipak ne znači da se podzemna voda temperature primjerice 5 °C može proglasiti termalnom.

45

Općenito je usvojeno da se termalnim vodama mogu smatrati podzemne vode temperature iznad 20 °C. Brojni su pokušaji klasificiranja ljekovitih temlomineralnih voda, a zbog općih hidrogeoloških odnosa u našoj zemlji najpogodnija je klasifikacija koju je prema S. Miholiću uradila R. Novak (1962). U tablici 5.2. daje se modificirana klasifikacija termomineralnih podzemnih voda prema balneloškim i ljekovitim značajkama - po osnovnim parametrima. Postoji opće suglasje da je teško u potpunosti rastumačiti fiziološko i terapeutsko djelovanje tih voda. 5.3.3. Prirodne termalne podzemne vode Prirodne termalne podzemne vode korištene su u Japanu kao i u termalnim kupalištima starih Rimljana, već prije 2000 god. Moderno korištenje geotermalne energije započelo je početkom ovog stoljeća i naglo se razvija u svim svojim segmentima. Ovaj sigurno ekološki najčišći način korištenja energije porasao je od 2800 MW u 1981. god. na 10.000 MW u 1990. godini, s izrazitim daljnjim trendom porasta u svim zemljama. Geotermalna energija se izdvaja, izvlači iz stijena putem vode koja se nakuplja i perkolira u zemljinoj kori. U osnovi se termalne vode prema islandskom iskustvu (Tomasson & Smarason, 1985) mogu podijeliti na: (1) visoko termičke sisteme - iznad 200 °C i (2) nisko termičke sisteme - ispod 150 °C. Geotermalna područja su, u regionalnom smislu, uglavnom locirana uz granice s vulkanima, gdje vlada velik protok topline i značajna propusnost stijena. Druga su geotermalna područja znatno dublja i vezana su zs prostore pod debelim naslagama sedimentnih stijena.

46

Prvo korištenje geotermalne energije zbilo se 1913. god. kod mjesta Landerello u Italiji, kada je izgrađena i prva energetska stanica jačine 250 KW: Danas se u Japanu, Novom Zelandu, Meksiku, USA, Salvadoru, Filipinima i posebno na Islandu sve više koristi geohidrotermalna energija. Korištenje geotermalne energije naglo je poraslo nakon posljednje svjetske naftne krize. Oko 80% stanovništva Islanda koristi geohidrotermalnu energiju za zagrijavanje domova. Hidrogeološki uvjeti su bili razlogom da se 40% ukupnih potreba za energijom može na Islandu rješavati putem vrućih podzemnih voda. Iako je za sada u svijetu korištenje geotermalne energije neznatno, u odnosu na druge izvore energije, treba reći da ipak u Salvadoru to čini 19%, a na Filipinima 12% od ukupnih izvora energije. Samo se u prvoj fazi termalna voda kaptirala na izvorima. Danas se veoma često koriste kaptiranja podzemne vode putem dubokih vodozahvatnih zdenaca (i više od 2000 m). Na već spomenutom području Landerello postoji geotermalno polje u kojem se nalazi podzemna voda temperature od 320-400 C uz tlak od 240 bara. Geohidrotermalna energija se može koristiti za različitu namjenu, kao što se može vidjeti iz tabličnog pregleda 5.3. koji daju Tomasson i Smarasson (1985).

47

Podzemne vode temperatura do 120 °C, ovisno o pritisku, spomenuti autori nazivaju vrućim vodama, a iznad tih temperatura pregrijanim parama. Podzemna voda temperatura iznad 140 °C koristi se za konvencionalnu produkciju energije. Doduše bojažljivo, ali i kod nas se započelo s korištenjem primarne geotermalne energije podzemnih voda. Za sada se geotermalni potencijal u Hrvatskoj koristi samo za potrebe grijanja prostorija, za potrebe rekreacionih plivaćih bazena, te samo na ponekim lokacijama za uzgoj riba (Topličica - Novi Marof). Sasvim je izvjesno da energetski potencijal prirodnih podzemnih voda niti približno nije iskorišten. No treba reći da se sve kompleksnije razmišlja i istražuje u smislu sekundarnog korištenja energetskog potencijala zemljine unutrašnjosti. To se provodi putem izvedbe dubokih zdenaca injektiranjem hladnom vodom s površine, te eksploatacijom te iste vode nakon dostatnog zagrijavanja u podzemlju. Ponovno injektiranje otpadnih iskorištenih termalnih voda u duboki vodonosnik je veoma dobro rješenje, jer su te vode gotovo uvijek loših hidrokemijskih karakteristika (Bouwer, 1978), pa se ne mogu bez prerade ispuštati u otvorene vodotoke. 5.4. Promjena stanja u vodonosniku zbog promjene razine podzemne vode Promjena razine podzemne vode tijekom godine normalna je pojava. Ona je najčešće uvjetovana hidrogeološkim odnosima, intezitetom prirodnog prihranjivanja te pražnjenjem odnosno eksploatacijom vodonosnika. U manjoj mjeri oscilacije razine podzemne vode uvjetovane su atmosferskim tlakom, plimskim valom, potresima i čitavim nizom različitih sporednih uzroka. U praksi je sve prisutniji razlog snižavanja razine podzemne vode njegova prekomjerna eksploatacija. U cilju rješavanja tog problema pristupa se umjetnom obogaćivanju vodonosnika. Umjetno prihranjivanje vodonosnika može se definirati kao postupak obnavljanja rezervi podzemne vode, čija je količina smanjena u vodonosniku djelovanjem čovjeka. Postupak nije nov, jer su ga već u prošlom stoljeću rabili u Engleskoj, a danas se široko primjenjuje u Njemačkoj, Švedskoj, Izraelu, USA, Švicarskoj, Australiji i posebno u Nizozemskoj. Osnovni razlozi umjetnog obogaćivanja vodonosnika mogu biti veoma različiti. U najvećem dijelu projekti umjetnog prihranjivanja podzemlja odnose se na osiguranje dovoljnih količina vode u budućnosti, iz vodonosnika

48

koji se prekomjerno eksploatiraju. Drugi takvi projekti rade se za prevenciju prodora morske vode u eksploatirani vodonosnik, za kontrolu slijeganja, pri izvedbi hidrauličkih barijera raznih deponija otpada te pri eksploataciji nafte. Sa stanovišta akumuliranja voda za buduće potrebe, osnovni je uvjet da se može dobiti dovoljno vode u periodu korištenja. U nekim slučajevima to znači sprečavanje naglog otjecanja bujičnih tokova voda nakon obilnih oborina, pomoću raznih jaraka, bazena ili izvedbom brana, a voda se naknadno upušta u podzemlje. Na drugim se prostorima voda za obnavljanje dovodi cjevovodima, odnosno akvaduktima, što se može smatrati vanbilačnim količinama raspoloživim za korištenje. Podzemlje se može obnavljati nakon tretiranja otpadnih dreniranih voda s poljoprivrednih površina i otpadnih voda nekih industrija. Na nekim morskim obalnim područjima, posebice na mediteranu, u Izraelu, Nizozemskoj i Kaliforniji, u funkciji su umjetni sistemi obogaćivanja podzemlja. Oni sprečavaju prodore mora u vodonosnike koji se eksploatiraju više nego što se sam vodonosnik prirodno obnavlja. U većini slučajeva radi se o injektiranju vode kroz zdence posebne konstrukcije. Uglavnom se radi o vodi koja se direktno ne može ponovno koristiti, već služi samo kao hidraulička barijera za potpunije korištene postojeće podzemne vode vodonosnika. Intezivna eksploatacija podzemne vode uzrokovala je na nekim mjestima značajno snižavanje razine podzemne vode, pojavu isušivanja močvarnih terena no i slijeganja terena. 5.4.1. Slijeganje Slijeganje pomaže konsolidaciji sedimentnih naslaga u kojima je prisutna podzemna voda. Konsolidacija se događa kao posljedica povećanog tlaka u naslagama. Ukupni geološki tlak, u djelomično ili potpuno saturiranom sloju, uzrokovan je zrnatom strukturom naslaga i pornom vodom. Izvlačenjem vode iz stijena smanjuje se tlak u porama. To znači da se tlak iz pora postepeno prenosi na strukturu zrna. Drugim riječima, efektivna težina naslaga se u zoni odvodnje povećala zbog toga što je porna voda odstranjena iz naslaga, pa je smanjen uzgon (Arhimedov zakon). Na primjer, ako se razina podzemne vode snizi za 1 m, tada će porasti efektivni tlak za 10 kPa (Hamill & Bell, 1986). Povećanjem tlaka deformirat će se prvobitna struktura zrnatih naslaga. Smanjenje poroznosti znači smanjenje ukupnog volumena, što će imati za posljedicu slijeganje površine terena. Vrijeme slijeganja uvijek je dugotrajnije od vremena izvlačenja podzemne vode.

49

Značaj sila koje se prenose kroz zrnatu strukturu tla prvi je uočio Terzaghi koji je predložio slijedeći, sada već klasični odnos:

σ' = σ - u gdje je: σ' - efektivni tlak

σ - ukupni tlak u - porni tlak

Slikom 5.4. daje se efekat snižavanja razine podzemne vode na efektivni tlak u stijenama. Na slici 5.4./a dano je prvobitno stanje u stijeni, dok je slikom 5.4./b prikazano stanje u podzemlju nakon snižavanja razine podzemne vode.

Iz navedene se slike može razabrati da je snižavanjem razine podzemne vode u pijesku došlo do odgovarajućeg porasta efektivnog pornog tlaka, dok je u glini efektivni i ukupni porni tlak vode isti. Na tabličnom pregledu 5.4. (preuzeto od Poland, iz Hamill & Bell, 1986) dani su primjeri slijeganja na nekim lokacijama kao i mjere koje su poduzete da se slijeganje smanji.

50

Na mnogim je mjestima u svijetu slijeganje registrirano kao posljedica eksploatacije podzemne vode. Mjerenja u gradu Meksiku pokazala su da se teren u nekim dijelovima grada sliježe više od 1 mm na dan. Podzemna voda se crpi već više od 100 godina, iz nekoliko slojeva pijesaka interkaliranih u mekane gline. Većina istraživača je suglasna da je umjetnim prihranjivanjem vodonosnika veoma teško u potpunosti eliminirati slijeganja (United Nations, 1975: Ground Water Storage and Artificial Recharge). 5.4.2. Dispozicija tekućeg otpada Dispozicija tekućeg otpada je veoma značajan predmet bavljenja umjetnim obogaćivanjem podzemnih voda. Sanitarne otpadne vode, na primjer, mogu biti filtrirane, klorirane i drugačije tretirane i tada je dozvoljeno upuštati ih u podzemlje kroz posebno izvedene objekte. Kadkada se to primjenjuje naprosto za to da bi se smanjili troškovi izvedbe dugih kanalizacijskih sistema otpadnih voda. U aridnim područjima, gdje je prirodno prihranjivanje eksploatiranog vodonosnika ograničeno malom količinom oborina, upuštanje otpadnih voda u podzemlje može imati značajnu ulogu u bilanci podzemnih voda. U Izraelu je do 1970. godine bilo izvedene 270 takvih objekata (Harpaz, 1971). 5.4.3. Obogaćivanje naftnih ležišta podzemnom vodom Veoma često se zaboravlja na još jednu vrstu obogaćivanja podzemlja, vjerojatno zato što ona nema direktne veze s vodoopskrbom; radi se o vodi koja se injektira u zdence da bi se pospješila eksploatacija nafte. U naftnoj se industriji to je »sekundarna metoda pridobivanja nafte«. U osnovi radi se o tome da se oko naftnog polja injektiranjem vode, kroz posebne upojne zdence, ostvari tlak koji će omogućiti intenzivnije protjecanje nafte kroz stijene prema eksploatacijskom zdencu. 5.4.4. Čuvanje i uskladištenje podzemne vode Iz dosadašnjeg prikaza moglo se zaključiti da je većina projekata obogaćivanja vodonosnika podzemnom vodom vezana uz čuvanje i uskladištenje pitke vode za kasnije potrebe ljudi. Mnogi projekti imaju dvojaku namjenu - eliminiranje suvišnih voda na površini terena i obogaćivanje vodonosnika podzemnom vodom.

51

Dva su osnovna hidraulička efekta kojima je uzrok promjena razine podzemne vode u vodonosniku: pijezometarski i volumetrijski efekat (Huisman & Olsthoorn, 1982) . Pijezometarski efekt rezultat je povišenja razine podzemne vode u otvorenim vodonosnicima, odnosno povećanog pijezometarskog tlaka u arteškom vodonosniku, i ovisi ovisi o:

(1) faktorima koji utječu na »prigušivanje efekta« što se može izraziti i matematički, a ovise o pijezometarskoj razini, hidrogeološkim rubnim uvjetima, te o načinu i mjestu obogaćivanja vodonosnika,

(2) kvocijentu T/C gdje je T koeficijent transmisivnosti, a C koeficijent popunjavanja - ekvivalent koeficijentu uskladištenja.

(3) količini vode kojom se obnavlja vodonosnik, a zavisi i o trajanju postupka umjetnog obogaćivanja vodonosnika.

Uz navedeno, na pijezometarski efekt imaju utjecaja i kapilarne sile, temperature vode, te prisutnost mjehurića zraka u vodonosniku. Volumetrijski efekat ovisi o specifičnoj izdašnosti vodonosnika, o koeficijentu popunjavanja, koeficijentu transmisivnosti i rubnim uvjetima vodonosnika. 5.4.5. Umjetno obogaćivanje vodonosnika Veoma čest razlog oscilacijama razine podzemne vode je umjetno obogaćivanje vodonosnika. Izbor lokacije i tipa obogaćivanja podzemlja može se provesti tek nakon detaljnih hidrogeoloških istražnih radova. To znači da moraju biti poznati slijedeći parametri:

geološke i hidrogeološke granice, ulaz i izlaz površinskih i podzemnih voda na predmetnom području, poroznost, hidraulička provodljivost vodonosnika, transmisivnost, izdašnost prirodnih izvora i raspoložive količine voda za obogaćivanje, prirodno obnavljanje vodonosnika, bilanca svih voda te kakvoća (osobito kemizam) podzemnih voda kao i voda koje će se koristiti za prihranjivanje vodonosnika.

52

Najpodobniji vodonosnici za umjetno obogaćivanje su oni koji mogu primiti velike količine vode, a da ih istodobno brzo ne otpuštaju. Teoretski to bi se moglo primijeniti u stijenama velike vertikalne provodljivosti u kojima bi horizontalna provodljivost bila umjerena. Takva se dva uvjeta ne susreću baš često u prirodi. Karbonatne stijene krša imaju sposobnost primanja velikih količina vode, no voda se u kratkom vremenu gubi u podzemlju te krškim kanalima izbija na površinu odnosno istječe direktno u more. Primjere za takve hidrogeološke odnose možemo naći gotovo svuda u priobalnoj zoni Mediterana. Najveći se broj područja umjetnog obogaćivanja podzemlja nalazi u aluvijalnim dolinama, koje su s hidrogeološkog aspekta najbliže idealnim uvjetima (Harpaz, 1971.). U stvari, u mnogim aluvijalnim dolinama snižavanjem razine podzemne vode zbog prekomjerne eksploatacije, stvoreni su uvjeti za umjetna prihranjivanja eksploatiranih vodonosnika. U aridnim područjima snižavanje razine podzemne vode može biti uvjetovano i fluktuacijama vodostaja, odnosno povremenim izostankom površinskog toka. Područja pješčanih dina uz obale kao i deltasta ušća rijeka vrlo često su prostori intenzivnog obogaćivanja podzemlja. Umjetno prihranjivanje vodonosnika u takvim hidrogeološkim sredinama ima redovito dvojaku namjenu: prvo - osiguranje dovoljnih količina vode za vodoopskrbu i drugo - zaštita vodonosnika od prodora slane morske vode. Obalno područje Nizozemske je tipičan primjer takve hidrogeološke strukture. Široko rasprostranjeni sedimentacijski bazeni, koje karakterizira arteška podzemna voda, veoma se rijetko umjetno obogaćuju vodom s površine. Metode umjetnog prihranjivanja podzemlja Svaka aktivnost čovjeka, u smislu dodatnog prihranjivanja vodonosnika, može se smatrati umjetnim obogaćivanjem podzemne vode. U osnovi, metode umjetnog prihranjivanja podzemlja mogu se podijeliti u dvije osnovne grupe:

(1) plitke metode koju čini irigacija, izvedba jaraka i bazena te (2) duboke metode koje u večini slučajeva znače izvedbu upojnih zdenaca.

53

Obogaćivanje vodonosnika izvedbom bazena Najrasprostranjenija je metoda obogaćivanja vodonosnika izvedbom bazena. Da bi se metoda mogla primijeniti:

tlo mora imati dobre filtracijske karakteristike, otvoreni vodonosnik nije na dubini većoj od 3 m od površine terena.

Jedan ili više međusobno povezanih bazena obično su locirani uz površinski tok rijeke iz koje se uzima voda za prihranjivanje. Infiltracija nedovoljno čiste vode ima za posljedicu kolmiranje dna bazena uslijed čega se bitno smanjuje infiltracija vode u vodonosnik. Ponovno povećanje infiltracije može se ostvariti uklanjanjem kolmiranog sedimenta u dnu bazena. Umjetno prihranjivanje zatvorenih vodonosnika može se ostvariti uklanjanjem nepropusnih stijena u krovini eksploatiranog vodonosnika. Primarna vodonepropusnost čvrstih stijena u krovini vodonosnika može se narušiti eksplozivima, a postoje i smjele ideje da se za tu namjenu koriste nuklearne eksplozije? (Dennis, Dvoracek, Peterson, 1970). Obogaćivanje vodonosnika induciranim prihranjivanjem Obogaćivanje plitkih vodonosnika koji su u direktnoj hidrauličkoj vezi s površinskim tokom može se provesti i induciranim prihranjivanjem. U osnovi se tu radi o nekom hidrotehničkom objektu (brana, ustava, prag) na rijeci, čijom će se izvedbom intenzivirati prihranjivanje podzemnih voda. U Hrvatskoj su mnoga crpilišta vezana na prirodna prihranjivanja vodonosnika na račun površinskih tokova, no u našoj dosadašnjoj praksi nisu se izvodili namjenski objekti sa ciljem umjetnih induciranih prihranjivanja vodonosnika čija se podzemna voda koristi za vodoopskrbu. Ipak, valja spomenuti da je izvedbom praga (visine 2,5 m) na rijeci Korani kod Karlovca, zbog malih protoka ostvaren umjetno srednji vodostaj, što je rezultiralo dvostrukim mogućim izdašnostima eksploatacijskih zdenaca crpilišta Gaza (Pollak & Martinell, 1985). Sasvim je sigurno da u ovakvim hidrogeološkim sistemima vodoopskrbe treba vršiti potpuni i neprekinuti monitoring površinskih i podzemnih voda, posebice sa stanovišta kakvoće voda.

54

Obogaćivanje vodonosnika upojnim zdencima Umjetno prihranjivanje upojnim zdencima jedina je moguća metoda obnavljanja podzemnih voda relativno dubokih vodonosnika. Umjetnim obnavljanjem otvorenih vodonosnika povisit će se razina podzemne vode, dok će prihranjivanje u zatvorenim vodonosnicima, gdje se ne može povećati saturiranost vodonosnika, imati za posljedicu povećanje pijezometarskog tlaka. Konstrukcija upojnog zdenca je identična onoj eksploatacijskog zdenca, no hidrogeološke su mu značajke inverzne (konstrukcija filtarskog dijela, konusi utjecaja, smjer toka vode i ostalo). Osvajanjem i eksploatacijom zdenca iznaša se sitna frakcija iz vodonosnika i time se povećava efektivni radius zdenca. Utiskivanjem nedovoljno čiste vode u vodonosnik kolmira se vodonosnik i na taj se način smanjuje prvobitni efektivni radius zdenca. To je razlog da se nakon izvjesnog perioda injektiranja upojni zdenac treba kraće vrijeme crpiti, kako bi se pročistila filtarska konstrukcija. Danas je u različitim zemljama izbušeno na tisuće upojnih zdenaca i svi su znastvenici (Dennis, Dvoracek, Peterson, Koch, Giamo, Sulam, Harpaz i dr.) suglasni da je optimalna izvedba zdenaca s dvojakom namjenom. To znači da se isti vodni objekti koriste za eksploataciju i prihranjivanje vodonosnika. Nizom upojnih zdenaca, paralelnih s obalom mora, može se spriječiti prodiranje morske vode do kojega dolazi prekomjernom eksploatacijom slatkih voda vodonosnika. To znači da se izvedbom hidrauličke barijere želi sačuvati primarna kakvoća podzemne vode. Veoma često na prostorima Zemlje gdje vlada oskudica vode, u suhim i aridnim područjima, i ono malo oborina koje padnu u zimskom periodu treba sačuvati za veće potrebe u ljetnom periodu. To se najbolje može postići na taj način da se višak površinskih voda upojnim zdencima utisne u vodonosnike iz kojih će kasnije, kada to bude najpotrebnije, crpiti (Harpaz, 1971). Dominatno korištenje upojnih zdenaca je u cilju održavanja povoljne kakvoće ili dostatne količine podzemnih voda ili iz oba razloga. No danas se promišljaju i realiziraju projekti iskorištenja energetskog potencijala podzemnih voda. Insolacijom zagrijane površinske vode utiskuju se kroz upojne zdence u podzemne rezervoare (zatvorene vodonosnike), iz kojih će se crpiti sa svrhom termičkog iskorištavanja. Hyden (1985) iznosi podatak da se korištenjem sekundarnog zagrijavanja vodonosnika može riješiti 18% ukupnih potreba grijanja u Švedskoj. Visoka cijena energije razlog je da akumuliranje topline u podzemlju

55

treba smatrati realnim. Postavljeni su i osnovni hidrogeološki kriteriji koji trebaju biti zadovoljeni da bi se moglo pristupiti realizaciji takvog projekta (Andersen i dr., 1985):

zatvoreni vodonosnik od pijeska, debljina vodonosnika > 15 m, debljina vodonepropusne krovine 5 - 10 m, hidraulička provodljivost matične stijene treba biti slaba do srednja, prirodni tok podzemne vode treba biti slab, u blizini ne smije biti zdenac za vodoopskrbu, mala udaljenost između prostora akumiliranja i mjesta korištenja topline.

Pri obogaćivanju vodonosnika naročitu pažnju treba posvetiti interakciji injektiranih voda i izvornoj podzemnoj vodi; inkopatibilnost njihovih kemijskih sastava može dovesti do pogonskih problema crpilišta. Projektiranje prihranjivanja vodonosnika, bez obzira na konačnu namjenu spada u najkompleksnije hidrogeološke zahvate, a može biti uspješno samo onda ako su provedeni potpuni istražni radovi s adekvatnim monitoringom. Nepotpuni preliminarni istražni radovi značiti će gubitak vremena, napora i što je najvažnije - uloženih sredstava.

56

6. ZAGAĐlVANJE PODZEMNE VODE Kada se jednom kaptirani izvor, zdenac ili neki drugi vodozahvatni objekat uključi u vodoopskrbni sistem, mora se biti svjestan da postoje velike mogućnosti da podzemna voda bude zagađena. Brown i dr. (UNESCO, 1972) su zagađenje definirali kao »dodatak fizičkih, kemijskih, bioloških supstancija ili topline, što uzrokuje kvarenje kakvoće podzemne vode, a kroz djelovanje ljudi, životinja ili nekih drugih aktivnosti i čimbenika«. Sama degradacija kakvoće podzemne vode ne znači da je podzemna voda neupotrebiva za sve namjene. Ako se uspoređuje kakvoća podzemnih voda, posebice dubokih, s kvalitetom površinskih voda - može se generalno zaključiti da su podzemne vode čišće. No, i podzemne vode su izložene cikličkim promjenama kakvoće (Hamill & Bell, 1986) a u svezi s dubinom, filtracijskim karakteristikama i mineraloško - petrografskim sastavom vodonosnika, te posebno mogućnošću incidentnih zagađivanja. Tako primarna čistoća podzemnih voda ne može biti garancija da se eksploatirana podzemna voda može direktno distribuirati u vodoopskrbni sistem. Stoga je preporučljiv neki od načina preventivne zaštite i dezinfekcije, posebice kod eksploatacije zdenaca za vodoopskrbu individualnih domaćinstava, čije korištenje ne podliježe zakonskoj regulativi praćenja kvalitete vode. Danas gotovo da i nema zemlje gdje podzemne vode nisu zagađene različitim pesticidima, nitratima, raznim teškim metalima, otpadom pa i radioaktivnim, te raznim naftnim derivatima. Posebno je teška situacija u zemljama u razvoju gdje više od 500 mil. osoba boluje od bolesti koje su na neki način vezane uz vodu. Prema podacima WHO 1,32 milijarde osoba, 57% ukupne populacije (bez Kine), nema osiguranu zdravu pitku vodu. Prema istoj zdravstvenoj organizaciji u trećem svijetu umire dnevno barem 30.000 ljudi zbog nedovoljno vode i posebno zbog neadekvatne kakvoće vode. Tako ispada da zagađivanje podzemnih voda nije samo hidrogeološki, nego vrlo često politički, socijalni, ekonomski i medicinski problem. U posljednje se vrijeme uvelike razvija Contaminent Hydrogeology što bi se nespretno doslovno moglo prevesti kao »zagađivačka hidrogeologija«. Možda samo ime niti nije najvažnije, ali je bitno to da se ukazala potreba za razvojem znanosti koja se bavi unašanjem, pronosom i ponašanjem zagađivača u odnosu na hidrogeološke odnose u podzemlju. U novije vrijeme se ovi procesi mogu veoma uspješno simulirati računalnom tehnikom.

57

Zagađivanje podzemnih voda najčešće je uzrokovano infiltracijom s površine: iz različitih životinjskih farmi, obrađenih poljoprivrednih površina, otpadnih voda industrije, neispravnih kanalizacijskih sistema, odlagališta komunalnog i posebnog otpada, zagađenih rijeka i sl. Zagađivanju s površine posebno su izloženi plitki vodonosnici s tankom krovinom, odnosno prostori direktnog prihranjivanja vodonosnika. Svako potencijalno zagađivanje u prostoru treba biti evidentirano prije nego se izvede vodozahvatni objekt, a u toku njegove eksploatacije treba provoditi sve mjere pasivne i aktivne zaštite crpilišta. Treba naglasiti da zbog relativno sporog pronosa zagađenja u podzemlju, zagađivač može biti detektiran tek nakon niza godina.

Za to vrijeme veći dio vodonosnika može biti zagađen do te mjere da eksploatacija podzemne vode mora biti prekinuta. U svijetu postoje brojni primjeri takvih zagađivanja. No, navest će se samo primjer u Zagrebu. Otpadne toksične vode tvornice »Plive« u Zagrebu putem neispravne kanalizacije dospjele su podzemlje. Tijekom 1980. g. redom su morala biti zatvorena crpilišta u Selskoj cesti, Zagorskoj i Daničićevoj ulici. Pokušaj sanacije crpilišta crpenjem nije uspio, tako da su do današnjeg dana ostala izvan uporabe. Već duže vrijeme u Zagrebu postoji opasnost direktne kontaminacije jednog od glavnih gradskih crpilišta, zbog podzemnih dotoka eluata iz glavnog gradskog deponija smeća «Jakuševac». Iako se ušlo u njegovu sanaciju, do 2010.g. to još nije efikasno riješeno. U međuvremenu oblak onečišćenja nezaustavljivo putuje prema crpilištu.

58

U nastavku daju se dva prikaza, iz kojih se razabiru još neki zagađivači. Veoma su «ranjivi» plitki slobodni vodonosnici u pijescima i šljuncima.

59

Uz plitke slobodne vodonosnike u pijescima i šljuncima, osobito su «ranjivi» krški vodonosnici, u kojima su autopurifikacijske sposobnosti često veoma male ili nikakve.

Razlozi zagađivanja podzemnih voda mogu biti različiti (Mayer, 1993), pa ih se, s obzirom na podrijetlo onečišćenja može podijeliti na:

fizičko zagađenje, mikrobiološko zagađenje, kemijsko i radiološko zagađenje.

60

6.1. Fizičko zagađenje Fizičko zagađenje očituje se u promjenama: boje, mirisa, okusa, mutnoće i temperature podzemne vode. Boja, miris i okus mogu biti rezultat i nekih drugih kemijskih procesa u vodonosniku. Mutnoća podzemne vode u stijenama intergranularne poroznosti znači da sam vodozahvatni objekat nije dobro projektiran, odnosno izveden. U stijenama s pukotinskom, a posebno disolucionom poroznošću, mutež je često prisutna, bez obzira na to da li je kaptiran izvor ili je podzemna voda zahvaćena zdencima. Iz ranijih se izlaganja moglo vidjeti da je temperatura podzemne vode stabilna, a njezine su vrijednosti oko srednje godišnje temperature lokacije na površini. Svako značajnije temperaturno odstupanje znači da su u podzemlju prisutni neki biološki ili kemijski procesi, ili - što je u prirodi puno češći slučaj, da je kaptirani vodonosnik pod utjecajem podzemnih voda dubljih geoloških struktura. Eksploatacija relativno plitkih vodonosnika uz rječni tok može imati za posljedicu značajne oscilacije temperature podzemne vode u tijeku godine. Tako su primjerice dugogodišnja istraživanja na crpilištu Gaza uz rijeku Koranu pokazala da temperatura podzemne vode varira između 7 i 23 C zbog inducirane infiltracije vode rijeke (Pollak, 1995). S obzirom na to da se voda može smatrati pitkom do 16 C, ovo povišenje temperature u ljetnom periodu možemo smatrati termičkim zagađenjem podzemne vode. 6.2. Mikrobiološko zagađenje Mikrobiloško zagađenje podzemne vode uzrokovano je prisutnošću patogenih mikroorganizama koji nisu autohtoni u vodonosniku, a u vodonosnik su u većini slučajeva dospjeli kao otpadne tvari ljudi odnosno životinja (Mayer, 1993). Filtriranjem kroz stijene intergranularne poroznosti velik će dio mikroorganizama zbog Van der Waals-ovih sila ostati na površini čestice stijene, a samo manji dio će biti pronešen do mjesta korištenja. Naime, što su čestice manje to su jače električne i Van der Waals-ove sile između čestica vodonosnika i čestica vode. To praktično znači će neznatne količine praha i glina u vodonosniku imati značajna purifikaciona svojstva čvrstog dijela vodonosnika. Iz prethodnih se poglavlja moglo zaključiti da je prisutnost mikroorganizama uvjetovana i promjenjivim hidrokemijskim odnosima u podzemlju (Slika 3.23. i 3.24), pa će primjerice zbog promjene vrijednosti pH doći veće mobilnosti teških metala i dugotrajnijeg preživljavanja mikroorganizama u podzemlju. Običnim se postupcima dezinfekcije može eliminirati prisutnost patogenih mikroorginizama u podzemnoj vodi.

61

6.3. Kemijsko i radiološko zagađenje Kemijsko i radiološko zagađenje može biti uzrokovano prirodnim sastojcima stijena no i ljudskom aktivnošću. Podzemne vode mogu sadržavati razne anorganske (olovo, šesterovalentni krom, živu, bakar, kadmij i dr.) i organske spojeve (derivati nafte, pesticidi, nitrati i dr.), čija prisutnost u podzemnoj vodi znači da se ona ne može koristiti za piće. Iako do anorganskog zagađenja može doći kao posljedica rudarenja, osnovni razlog anorganskog zagađenja podzemnih voda su sve intenzivnije prisutna kemijska industrija, te nekontrolirana procjeđivanja iz odlagališta komunalnog i industrijskog otpada. Prisutnost organskih zagađivača u vodonosniku posljedica je neadekvatnog ponašanja u zaštitnim zonama crpilišta, odnosno zbog neadekvatne aplikacije agrotehničkih mjera u prostoru gdje vodonosnik može biti zagađen. Radiološko zagađenje može biti posljedica prisutnosti radioaktivnih supstancija u stijenama, no puno češće je razlog tome zagađenju neadekvatno odlaganje otpada iz nuklearnih centrala, bolnica, nuklearne eksplozije, upotrebe nuklearnog oružja i posebno zbog sve češćih incidentnih događaja u nuklearnim centralama. U praksi je najčešće vodonosnik zagađen različitim zagađivačima iz različitih izvora kontaminacije. Do smanjenja koncentracije zagađivača koji je jednom dospio u vodonosnik može doći zbog četiri osnovna procesa (Hamill & Bell, 1986).

Biološki procesi; tlo ima snažna purifikaciona svojstva zbog prisutnosti raznih bakterija i gljiva, koje će napadati patogene mikroorganizme i reagirati s određenim štetnim supstancijama.

Fizički procesi; procjeđivanje podzemne vode kroz relativno sitnozrne stijene (prvenstveno klastične) omogućuje filtraciju suspendiranih nečistoća u podzemnoj vodi.

Kemijski procesi; neke supstancije reagiraju s mineralima u stijeni ili tlu, mogu biti oksidirane i precipitirane iz vode, a procesi adsorbcije naročito su snažni u organskim materijalima.

Disolucija i disperzija; tradicionalna - danas osporavana - metoda smanjenja koncentracije zagađivala sastojala se u razblaženju toksičnog efluenta relativno čistom vodom, tako da se na mjestu korištenja postigne zadovoljavajuća kvaliteta.

62

Autopurifikacijske značajke vodonosnika ovise o fizičkoj i kemijskoj formi zagađivača, o mineraloško-petrološkom sastavu vodonosnika te njegove neposredne podine i krovine, i o načinu na koji je kontaminacija prodrla u podzemlje. Jasno da je vrsta zagađivača važan faktor njegovog uklanjanja iz podzemne vode. Topivi zagađivači, kao što su umjetna gnojiva i neki industrijski otpadni efluenti (istjecaji), neće biti uklonjeni filtracijom. Prisutnost nekih metala ovisit će o biološkim procesima u podzemlju (željezne i manganske bakterije). S druge strane čvrste će čestice biti eliminirane iz podzemnih voda u sitnozrnirn klastičnim sedimentima, no neće biti filtrirane u stijenama pukotinske i disolucijske poroznosti (posebice u kršu). Netopivi (hidrofobni) ugljikovodici mogu u vodonosniku biti pronošeni na značajne udaljenosti. Na slici 6.2. prikazano je hipotetsko stanje pronosa nekih ugljikovodika u vodonosniku. Velika toksičnost ugljikovodika u podzemnoj vodi, već u tragovima, bila je uzrokom nastojanja da se sve sofisticiniranijim metodama oni uklone iz podzemlja. U tom smislu svakako su veoma interesantni pokušaji da se ugljikovodici eliminiraju iz podzemnih voda biodegradacijskim postupcima (Batterman & Large, 1983. i McFarland & Sims, 1991). No, biodegradacijom stvaraju se organski nusprodukti, koji doduše nisu toksični no njihova prisutnost u vodonosniku smanjuje prvobitnu prirodnu poroznost tretiranog vodonosnika. Najopasniji su hidrofilni zagađivalči, koji se miješaju s podzemnom vodom. Na slici 6.3. daje se prikaz nekih procesa koji se mogu dogoditi u slučaju prodora i pronosa hidrofilnog zagađivača u vodonosniku. Općenito se količina (koncentracija) zagađivača smanjuje pronosom kroz vodonosnik. Otvoreni vodonosnici, odnosno vodonosnici u čijoj se krovini nalaze tanke pokrovne naslage, biti će u zoni prihranjivanja također izloženi mogućnosti zagađivanja. To se posebno odnosi na sve karbonatne stijene, pješčenjake kao i druge nekonsolidirane sedimentne stijene. Duboki vodonosnici, koji su zaštićeni debelom vodonepropusnom krovinom (škriljavcima, glinom, glinovitim laporima, …), relativno su sigurni od najčešćih zagađivanja s površine. Naslage vodonepropusnih glina debljine 30-tak metara kod mjesta Mol u Belgiji ocijenjene su podobnim za odlaganje posebnih otpadaka niske i srednje radioaktivnosti. U prostornom pogledu znači postoje s hidrogeološkog aspekta površine koje su »ranjivije« od drugih na mogućnost zagađivanja. To je razlog da se u većini zemalja uz standardne hidrogeološke karte izrađuju i posebne karte na kojima su izdvojene litološko-stratigrafske jedinice prema mogućnosti zagađivanja stijena s površine.

63

Kada je jednom određena potencijalna mogućnost zagađivanja vodonosnika, dodatna pažnja treba biti posvećena načinu infiltracije zagađivača u podzemlje. Vrlo je vjerojatno da će ista količina zagađivača na većem prostoru imati znatno manji utjecaj od onoga koji u podzemlje uvire u jednoj točki. Koncentrirani izvori zagađivanja su nepoželjni zbog toga što zagađivanje u tom slučaju veoma često prelazi autopurifikaciona svojstva lokalnih stijena. U cilju zaštite zagrebačkih crpilišta bila je obveza da obilaznica Zagreba mora imati posebnu vodonepropusnu kanalizaciju za evakuiranje voda i eventualnih fluida, koji bi se mogli naći u slučaju incidenta na prometnici. Objekat je izveden po projektu, i to tako da se fluid iz izvedenog kanalizacijskog sistema direktno infiltrira, no ovaj puta točkasto u podzemlje. Komentar je suvišan.

Slika 6.2. Pronos hidrofobnih zagađivača (ugljikovodika) u vodonosniku (preuzeto od Schwille, iz Matthess i dr., 1985).

Slika 6.3. Pronos hidrofilnih zagađivača u vodonosniku (Glower, 1983).

64

Opasnost zagađivanja je znatno veća ako je zagađivač direktno unesen u vodonosnik, a to znači da su izostali uvijek prisutni intenzivni purifikacijski procesi u površinskom tlu. Posebno je opasno direktno unašanje zagađivača u saturiranu zonu vodonosnika klastičnih stijena, jer je horizontalna komponenta propusnosti (osim kod prapora ili lesa) znatno veća od vertikalne. Primjerice, rječni nanos Save i Drave može imati 10 do 100 puta veće horizontalne od vertikalnih koeficijenata propustljivosti. To praktično znači da se zagađivač pronosi na znatne udaljenosti prije nego dođe do značajnih smanjivanja koncentracija. Ovaj tip zagađivanja često je prisutan kod individualnih domaćinstava te na farmama. Iako je biološko zagađenje u obliku mikroorganizama često prisutno u vodonosnicima, to kao da nije predmet interesa hidrogeologa, a niti građevinara - hidrotehničara. Treba ponovno reći da svi mikroorganizmi nisu patogeni, niti oni igraju značajnu ulogu pri formiranju kakvoće i kod purifikacije podzemne vode. Najčešći razlog zagađivanju podzemnih voda individualnih potrošača jest pogrešna dispozicija izvora zagađivanja u odnosu na crpeni zdenac. U Americi se individualnim korisnicima podzemne vode (Romero, 1970) daju preporuke dozvoljenih udaljenosti između izvora zagađenja i zdenca u eksploataciji. Vrijednosti koje su dane u tablici 6.1. mogu se primjenjivati u klastičnim stijenema intergranularne poroznosti, dok se u stijenama s pukotinskom, a posebice disolucionom poroznošću, ove preporuke ne mogu rabiti. U kršu se nerijetko mogu detektirati zagađenja i na udaljenosti više od 30 km od mjesta ulaska zagađivala u podzemlje. Proces degradacije, disolucije i disperzije opasnih tvari u kršu slabije je učinkovit nego u površinskim vodama (Hamill & Bell, 1986).

65

6.4. Osnovne vrste i načini zagađivanja podzemne vode Osnovni razlog zagađivanju podzemnih voda leži u mogućnosti neposrednog zagađivanja s površine zemlje. Zbog toga se ne treba iznenaditi što je veoma često upravo neispravno izveden ili nedovoljno zaštićen eksploatacijski zdenac mjesto prodora zagađivača direktno u vodonosnik. 6.4.1. Zagađivanje kod izvedbe vodozahvatnog objekta Prvo zagađivanje vodonosnika događa se redovito pri samoj izvedbi kopanog ili bušenog zdenca. Osim mogućnosti slijevanja oborina i zagađenih voda s površine, pri izvedbi zdenca koriste se razni alati, ugrađeni materijal, isplake za bušenja i dr., što je sve sanitarno neispravno. Time su ostvareni idealni uvjeti za kemijsko i biološko zagađivanje vodonosnika. Posebna se pažnja i kontrola režima izvedbe novog objekta moraju provoditi u koliko se bušenja vrše u neposrednoj blizini zdenca u eksploataciji te u karbonatnim stijenama krša. Dakako najveći će dio zagađenja biti odstranjen već nakon kratkotrajnog crpenja zdenca. 6.4.2. Zagađivanje zbog neadekvatne konstrukcije i eksploatacije zdenca Do zagađivanja vodonosnika može doći i tijekom eksploatacije zbog neadekvatne konstrukcije i eksploatacije zdenca:

kroz neispravni pokrov zdenca ili između ugrađenog cijevnog materijala i crpke koja se nalazi na površini, zbog vraćanja dijela vode iz eksploatacijskih cijevi (ovo je česta pojava pri eksploataciji zdenaca crpkama s vertikalnim osovinama s motorom na površini, a čija se rashladna voda kao u pravilu vraća u zdenac),

kroz poremećenu zonu neposredno uz ugrađeni cijevni materijal, kroz neispravno izveden šljunčani zasip zdenca, zbog slijeganja stijena uz konstrukciju zdenca, do koje je došlo radi pjeskarenja zdenca (prekomjerno iznašanje sitnozrne frakcije vodonosnika),

zbog oštećenja betona ili zaštitne vodonepropusne ispune u zdencu. Navedeni razlozi zagađivanja veoma su često prisutni kod vodoopskrbnih zdenaca individualnih domaćinstava.

66

Ako je vodozahvatnim objektom probušeno ili kaptirano više vodonosnika, može se dogoditi da će se zagađene podzemne vode iz jednog vodonosnika procjeđivati kroz konstrukciju zdenca u drugi vodonosnik. Napušteni zdenci veoma često mogu biti mjesta mogućih zagađivanja. Kako se na njima gotovo nikada ne vrši monitoring, zagađivanje će biti registrirano na samim eksploatacijskim zdencima, što je u većini slučajeva prekasno. Danas se projektiraju i izvode duboki zdenci kojima se opasne tvari mogu odložiti u dublje geološke strukture. Na slici 6.4. daje se hipotetski prikaz mogućih posljedica injektiranja zagađivača kroz duboke zdence u hidrogeološkim sredinama koje za to nemaju uvjete.

U bliskoj će se budućnosti sve više promišljati i realizirati projekti odlaganja štetnih tvari u duboke geološke strukture putem zdenaca. Do toga će vjerojatno doći bez obzira na visoku cijenu neophodnih istražnih radova, odgovarajućih ispitivanja i izvedbe zdenaca (Hydrogeology of Hard Rocks, XXIV Kongres IAH-a, Oslo, 1993). Osnovnu pažnju pri odlaganju opasnih tvari upojnim zdencima ne treba posvetiti samo adekvatnoj konstrukciji i izvedbi upojnih zdenaca nego i dispoziciji opažačkih bušotina u prostoru odlaganja štetnih tvari (slika 6.5).

67

6.4.3. Zagađivanja iz odlagališta komunalnog i industrijskog otpada Glavna opasnost za kvalitetu podzemnih voda su odlagališta komunalnog i industrijskog otpada. Uklanjanje otpadaka, je jedan od najvećih problema današnjice, bez obzira na to da li se taj problem rješava u razvijenim ili nerazvijenim zemljama. Otpad se može spaliti i reciklirati ili odlagati na površinu zemlje. S obzirom na to da pri postupku spaljivanja i reciklaže uvijek ostaje nepreradivi dio, osnova svih postupaka uklanjanja otpada jest njegovo odlaganje - deponiranje (Mayer, 1993).

Urbane sredine produciraju dnevno 0,5-1 kg otpada po glavi stanovnika. Tijekom 1991. god. u Zagrebu se prikupljalo dnevno 824 t komunalnog otpada, 40 t industrijskog te 3,5 t bolničkog otpada. Prosječni sastav komunalnog otpada Zagreba prikazan je tablicom 6.2.

Eluat (iscjedak) koji se formira u odlagalištu rezultat je oborina koje su pale na deponiju kao i kemijskih i biokemijskih procesa razgradnje otpadaka. Te iscjeđene vode karakterizira intenzivan miris (lako hlapivi ugljikovodici), povišena koncentracija soli (jaka agresivnost) i velika količina raznih organskih spojeva. Tablicom 6.3. daje se prosječna minimalna i maksimalna količina nekih sastojaka eluata u Europi (Knez, 1992).

68

Količina eluata ovisi o ukupnim oborinama koje godišnje padnu na otvoreni dio odlagališta te o kompaktiranosti otpada. Kod slabo zbijenoga otpada 30-60 % oborina će se naći u deponiju, dok će se kod dobro kompaktiranog otpada samo 10-25% padalina naći u tijelu odlagališta. Kao primjer navest će se da prosječna godišnja količina eluata na komunalnom odlagalištu za 450.000 stanovnika kod Halbenraina u Austriji iznosi 21.000 m3/god (Knez, 1992.). Osnovni problem na svakom odlagalištu nisu smrad i plinovi, nastali tijekom razgradnje organske supstancije, već nastali eluat i njegovo uklanjanje i sprečavanje infiltracije u podzemlje. Stoga treba pomno paziti na odabir lokacije odlaganja otpada, te prethodno izvršiti sve neophodne i često kompleksne istražne radove.

Osnovna težnja pri tome jest da se za odlagalište otpada odabere takva lokacija na kojoj će zbog prirodnih hidrogeoloških odnosa biti onemogućeno infiltriranje eluata u podzemlje. Barber (1982. iz Hamill & Bell, 1986) je prema hidrogeološkim kriterijima lokacije odlagališta otpada svrstao u tri grupe (tablica 6.4). U svakom slučaju treba nastojati da se odlagalište otpada locira na mjesto koje odgovara trećoj kategoriji. Ako lokacija po svojim hidrogeološkim značajkama ne odgovara potpuno namjeni, zadržavanje eluata može se postići jedino ugradnjom vodonepropusnog materijala u buduće dno tijela deponiranog otpada. Svakako da nema nikakve garancije da će ugrađena glina, cementirano tlo, asfalt ili pokrov od plastičnih materijala ostati trajno nepropustan.

69

U cilju smanjivanja količine eluata treba spriječiti dotjecanje površinskih voda u prostor odlagališta. Dodatna je opasnost prisutna ako se zagađivač direktno procjeđuje u saturirani vodonosnik. Slikom 6.6. daje se hipotetski primjer praćenja »oblaka« zagađivača. Zbog hetorogene građe vodonosnika potrebno je filtrima opažačkih piezometara zahvatiti različite dubinske dijelove vodonosnika. Jednom odložena supstancija u odlagalištu neće ostati nepromijenjena. U zoni aeracije dolazi do intenzivnih procesa i raspada organske supstancije, uz povišenje temperature. »Radna« temperatura deponija ovisi o zbijenosti otpada, a kreće se oko 80o C. Svaki se deponij može podijeliti u tri zone:

aerobna zona od 0-2 m dubine prelazna zona od 2-4,5 m anaerobna zona >4,5 m dubine deponija.

Uz stvaranje eluata u odlagalištu komunalnog otpada stvara se i bioplin (H2S, CH4, CO2, vodena para). Većim dijelom radi se o metanu koji može zagaditi okoliš, pa se preporuča koristiti ga kao energent. Osim toga ne smije se zaboraviti da je metan veoma eksplozivan. Procesi »rada« deponija najaktivniji su prvih 5 g., no potpuna fermentacija nije gotova niti 50 godina nakon zadnjeg odlaganja otpada (Knez, 1992).

70

Većina se istraživača i znanstvenika suglasna je da mikrobiološko zagađivanje iz deponija nije ozbiljan problem, jer je relativno lagano ispuniti uvjet od 50 dana zadržavanja fluida u podzemlju, nakon kojeg perioda nema ozbiljnog proliferiranja bakterija. Pravi problem su kemijske supstance koje su ili odložene, ili mogu nastati u tijelu deponija, pa eluat iz odlagališta otpada može biti praktično trajno toksičan. To je osnovni razlog što se on ne smije upuštati u površinske vodotoke i podzemne vodonosnike. Jedan način njegove eliminacije je ponovno rasprskavanje po odlagalištu, no puno je sigurnije eluat dovoditi na uređaj za pročišćavanje, koji bi trebalo imati svako malo veće naselje, odnosno industrija. Ako se mjesto odlaganja koristi samo za obični kućni otpad, onda pri pravilnoj pripremi odlagališta i deponiranju otpada neće biti ugrožena kvaliteta podzemnih voda. Poseban hidrogeološki problem je odlaganje komunalnog, industrijskog i drugog otpada u prostorima krša. Tu nikakvu generalizaciju stanja u podzemlju nije moguće postaviti. Svaku potencijalnu lokaciju treba pomno istražiti, jer problem odlaganja otpada u kršu nema lokalni nego regionalni karakter. 6.4.4. Zagađivanje induciranom infiltracijom Inducirana infiltracija događa se pri crpenju vodonosnika koji je u neposrednoj hidrauličkoj vezi s površinskim tokom rijeke, a teoretski bi ostvareni depresioni konus bio veći od udaljenosti do rijeke. To praktično znači da će zbog eksplotacije doći do promjene hidrauličkog gradijenta, a s time i do intenzivnije infiltracije rječne vode u podzemlje. Ukoliko rječna voda nosi opasne tvari može se dogoditi da će i podzemna voda eksploatiranog vodonosnika biti zagađena. Treba reći da se mnogim crpilištima u svijetu, pa i kod nas, obnavljanje crpenih količina većim dijelim vrši induciranom infiltracijom, zbog čega je kvaliteta površinskih voda od presudne važnosti i za kakvoću podzemnih voda. Induciranu infiltraciju ne smije se automatski poistovjetiti sa zagađivanjem. Planirane energetske stepenice na rijeci Savi kod Zagreba značit će u budućnosti intenzivnije prihranjivanje vodonosnika na račun površinskih voda. Već su ispitivanja na brojnim Ranney zdencima pokazala da su podzemne vode, bez obzira na karakteristike rječnih voda - bez muteži, boje i mirisa te bez patogenih bakterija. Ono što može pokvariti kakvoću podzemnih voda je termičko (Pollak, 1995) i posebno kemijsko zagađenje. Održivost ovakvih crpilišta uvjetovana je dakle kakvoćom rječnih voda.

71

6.4.5. Ostale mogućnosti zagađivanja podzemne vode Prodor slane vode. Iako slane konatne vode, odnosno vode iz evaporita mogu zagaditi podzemne vode, prodor slane morske vode u priobalnom području poseban je problem održanja kakvoće i mogućnosti crpenja pitke vode u tim prostorima. Iz ranijeg se prikaza moglo zaključiti da se odnos slatke i slane vode vlada prema poznatoj Ghyben–Herzbergovoj formuli. Intenzivno snižavanje razine podzemne vode, uzrokovano eksploatacijom slatke vode, može prouzročiti promjenu položaja plohe kontakta slatko/slane vode (»interface«) i zaslanjenje vodonosnika (v. sliku).

Ranije se smatralo da se te dvije vode slabo miješaju, te da je zbog toga njihova međusobna granica oštra. U stvari prelazna zona može varirati od 0,5 m pa do više od 100 m (Hamill & Bell,1986). To i je razlog da se na mnogim priobalnim mjestima, posebice Mediterana, nalaze boćatne (brakične) podzemne vode. Danas se odnos slatke i slane vode može veoma uspješno simulirati matematičkim modelima. Poseban je problem vodoopskrba malih otoka na moru, koji imaju relativno tanku leću slatke na slanoj podzemnoj vodi, osobito u slučaju da je eksploatacija slatke vode veća od prirodnog obnavljanja oborinama.

72

Prvi znak prodora morske vode u podzemlje je porast klorida na crpenom objektu. Od uobičajenih vrijednosti 25 mg/l količina klorida može postati veća od 10.000 mg/l. Preporučena gornja granica za kloride u Europi je 200 mg/l. U slučaju prekoračenja te granice treba odmah prekinuti s crpenjem vodnog objekta. U prvom redu zbog toga jer je vodonosnik praktično zagađen slanom vodom, a u drugom redu zbog toga jer je proces regeneracije vodonosnika znatno dugotrajniji od perioda crpenja takve neispravne vode. Ostvarivanje maksimalno moguće eksploatacije pitkih voda u takvim prostorima, posebice u kršu, moguće je jedino poznavanjem detaljnih hidrogeoloških odnosa i provedbom cjelovitog i dugotrajnog monitoringa. Razumnim gospodarenjem podzemnim vodama i umjetnim prihranjivanjem vodonosnika moguće je zaštiti vodonosnik od prodora morske vode i povećati eksploatabilne količine u sušnom periodu, kada je voda najpotrebnija. Zagađivanje podzemnih voda zbog poljoprivrednih aktivnosti Nekada ova vrsta zagađivanja nije predstavljala ozbiljnu prijetnju kakvoći podzemne vode. Želja da se urod poveća uzrokovala je primjenu sve većih količina umjetnih gnojiva i sredstava za zaštitu bilja. U većini slučajeva ta sredstva pogoršavaju kakvoću podzemne vode. Jedan od najčešćih razloga pogoršanja kakvoće je prisutnost nitrata u podzemnoj vodi. Bez obzira na to u kojoj se formi dušik aplicira na obradivu površinu, on će za nekoliko tjedana biti transformiran u (NO3)- formu. Ovaj ion se niti ne apsorbira niti ne taloži u tlu, već će se zbog oborina ili navodnjavanja infiltrirati u vodonosnik. Nitrati neće odmah imati utjecaj na kakvoću podzemne vode. Zbog relativno sporog procjeđivanja kroz nesaturiranu zonu oko 1m/god. pojava nitrata u podzemnoj vodi će znatno zaostajati za aplikacijom gnojiva (Alfoldi, 1982). Ponekad nitratima treba da perkoliraju do podzemne vode i više od 10 godina, pa je teško u praksi komparirati aplikaciju dušičnih gnojiva s promjenom kakvoće podzemne vode. Spojevi dušika kod male djece izazivaju methaemoglobinaemiau, a kod odraslih nitrosamini imaju karcinogeno djelovanje, pa se u svijetu i koda nas nastoji s jedne strane smanjiti ili izostaviti aplikaciju mineralnih gnojiva u zaštitnim zonama crpilišta, a s druge strane posebnim tretmanima ukloniti nitrate iz pitke vode. U cilju sprečavanja štetnog djelovanja na bilje, poljoprivredne se površine tretiraju različitim sredstvima od kojih većina može doprijeti i do podzemnih voda.

73

Ta se sredstva poznata kao pesticidi, mogu podijeliti u tri osnovne grupe (Mayer, 1993): insekticidi - sredstva za uništavanje insekata, fungicidi - sredstva za uništavanje gljivica, bakterija i virusa, herbicidi - sredstva za uništavanje korova.

Većina navedenih sredstava veoma je opasna jer ostaju u tlu i više desetaka godina (DDT), a neki su - kao npr. arsenski spojevi veoma toksični. Unatoč tome, zbog karakteristike sitnozmih klastičnih sedimenata da ih zadržavaju na površini svojih čestica, oni za sada ne predstavljaju neposrednu opasnost za kakvoću podzemne vode. Hidrogeološki gledano pesticidi mogu ugroziti vodonosnike koji nemaju dobru krovinu, te posebice vodonosnike krša. Opasnost je danas još manja jer se proizvode pesticidi koji su lako hlapivi i biorazgradljivi. U nekim su dijelovima svijeta u sve većoj mjeri prisutne kisele kiše. Zagađivanje kiselim kišama uništava biljni pokrov na zemljinoj površini, no infiltracijom u podzemlje može doći i do promjene kakvoće podzemne vode. Naime, imobilizirani teški metali na površini čestica tla i stijena mogu zbog promjene pH vrijednosti vode postati ponovno mobilni i podzemnu vodu učiniti nepodobnom za piće. Zagađivanje otpadnim vodama naselja U većini urbanih sredina postoji velika potencijalna opasnost procjeđivanja otpadnih voda domaćinstava i industrijskih postrojenja u podzemlje. Veliki broj naselja u svijetu pa i kod nas nema uređaje za pročišćavanje otpadnih voda. Otpadne vode milijunskog Zagreba za sada završavaju u površinskom toku rijeke Save. Posebna opasnost za kakvoću podzemnih voda prijeti od neispravnih i dotraja1ih kanalizacijskih sistema otpadnih voda, kao i voda s gradskih prometnica. Zagađivanje s prometnica Željezničkom prugom se često prevoze opasne i štetne tvari koje zbog raznih incidenata mogu doći najprije na površinu terena, odakle mogu biti unošene i u sam vodonosnik. Zagađivanje s cesta nije samo potencijalna mogućnost zbog incidenata, pri čemu razni zagađivači mogu sa cesta dospjeti u podzemlje, već i zbog činjenice da se u mnogim zemljama gdje vladaju niske temperature, ceste

74

zimi redovito posipavaju različitim solima. Problem zagađivanja s prometnica jako je prisutan u urbanim sredinama. Istraživanja su pokazala da su i podzemne vode duž obilaznice Grada Zagreba u određenom periodu godine zagađene prekomjernom količinom klorida (Pollak & Rogović, 1991). U tijeku zime ureom i sredstvima za odleđivanje aviona ugrožene su podzemne vode pod aerodromskim površinama. Zagađivanje iz ukapališta i groblja Razgradnjom ljudskog tijela producira se fluid koji može 10 godina zagađivati okolinu. Pojedini grob, u ovisnosti od klimatskih uvjeta, može producirati 400 l/god fluida (Bouwer, 1978). Sugerira se da razina podzemne vode bude barem 0,7m ispod dna groba. Groblje ne bi smjelo biti niti iz estetskih razloga uz crpilišta podzemne vode. No upravo se to dogodilo s jednim od najljepših groblja u Hrvatskoj. Varaždinsko groblje se, naime, naslanja na crpilište podzemne vode grada Varaždina.

75

Zagađivanje iz naftnih postrojenja i naftovoda U ovu grupu potencijalnih zagađivača mogu se svrstati bušotine na naftu, naftovodi, rezervoari na benzinskim crpkama, te čitav niz podzemnih i nadzemnih spremišta za naftu i naftne derivate (Mayer, 1993). Čovjek organoleptički registrira veoma male količine zagađivača od nafte (0,05 mg/l), pa voda postaje praktički neupotrebiva za piće ako sadrži samo tragove benzina. 6.5. Oblik i trajanje izvora zagađivanja Bez obzira na vrstu zagađivač može u podzemlje biti uneseno u tri osnovna pojavna oblika kao:

točkasto zagađenje - septičke jame, upojni zdenci i sl. linijsko zagađenje - prodori slane morske vode, zagađene rijeke i kanali, kanalizacijski sistemi, prometnice i sl. plošno zagađenje - kisele kiše, procjeđivanje s obrađenih poljoprivrednih površina te velika odlagališta komunalnog, industrijskog i drugog otpada.

S obzirom na trajanje zagađenja moguće je izvršiti slijedeću podjelu: trajno zagađivanje vodonosnika povremeno zagađivanje incidentno zagađivanje vodonosnika.

Ove su podjele uvjetne, te je sigurno da se mogu očekivati i sve moguće kombinacije oblika i trajanja zagađivanja vodonosnika. Forma zagađivača u samom vodonosniku (oblak zagađenja) uvjetovana je oblikom unosa zagađivača u podzemlje, hidrogeološkim odnosima i parametrima vodonosnika, te eventualnom eksploatacijom vodonosnika. Slikom 6.8. prikazan je hipotetski - simulacijom - dobiven pronos zagađivača u vodonosniku, koji je incidentno zagađen i eksploatiran na izvjesnoj udaljenosti od mjesta zagađenja.

76

Oblik pronosa zagađenja, koncentracija zagađivala i njegovo trajanje prvenstveno ovise o karakteristikama vodonosnika te o njegovoj neposrednoj krovini i podini. Zbog toga se za prevenciju potencijalno ugroženih vodonosnika, kao i vodonosnika koji već jesu zagađeni, trebaju provesti kompleksni i veoma detaljni hidrogeološki istražni radovi.

77

7. ZAŠITTA PODZEMNE VODE

Zaštita podzemnih voda od zagađivanja ljudskom aktivnošću jedan je od osnovnih zadataka moderne hidrogeologije širom svijeta. Svakako da se javno prihvaćanje potrebe za zaštitom podzemnih voda od zagađivanja razlikuje i u razvijenim, a posebice u zemljama u razvoju. Mjere zaštite koje se poduzimaju najčešće su u fazi kada vodonosnik već jest, ili će uskoro biti, teško zagađen. S obzirom na to da se podzemne vode u vodonosniku zadržavaju desetke pa i tisuću godina, stanje zagađenosti vodonosnika može potrajati jako dugo. Odstranjivanje zagađivača iz vodonosnika obično iziskuje enormna materijalna ulaganja s problematičnim ishodom. Zbog toga je preventivna zaštita podzemnih voda neophodnost. Ekološke, socijalne i ekonomske posljedice zagađivanja podzemnih voda nekoliko su puta veće od troškova njihove adekvatne zaštite. Zaštita podzemnih voda je kompleksan problem koji zahtijeva interdisciplinarni pristup i angažiranje stručnjaka različitih profila. Zaštita vodonosnika bi trebala biti intergrirana u procese planiranja, istraživanja, korištenja i gospodarenja podzemnim vodama, kao i sva druga prirodna dobra. Područja zahvaćanja (kaptiranja) podzemnih voda za opskrbu pitkom vodom zahtijevaju posebnu zaštitu. Propisi u zaštićenim zonama ograničavaju ili potpuno isključuju pojedine aktivnosti, pa čak i korištenje zemlje u smislu intenzivne obrade. Zbog toga je određivanje dimenzija zaštitnih zona jedan od osnovnih zadataka, posebice hidrogeologa. Podzemne se vode mogu štititi na tri razine:

zaštita strateških zaliha podzemne vode, zaštita izvorišta i crpilišta, te zaštita vodozahvatnih objekata (Mayer, 1993).

Strateške zalihe odnose se na prostore iz kojih se mogu osigurati dovoljne količine pitke vode za veće gradove ili regije. Zaštita izvorišta, odnosno crpilišta, provodi se određivanjem zaštitnih zona u prostoru eksploatacije podzemnih voda. Zaštita objekata znači neposrednu zaštitu samih vodozahvatnih objekata. U pragmatičkom smislu najviše se znanstvenih i stručnih diskusija vodi oko utvrđivanja mjera zaštite izvorišta i crpilišta, pa će se stoga reći nešto više o tom segmentu zaštite podzemnih voda.

78

7.1. Zaštita izvorišta i crpilišta Zaštita izvorišta, odnosno crpilišta, prvenstveno pitke vode, provodi se određivanjem i uspostavljanjem sanitarnih zaštitnih zona u prostoru korištenja podzemnih voda. Određivanjem zaštitnih zona utvrđuju se mjere ljudske aktivnosti i ponašanja u određenom prostoru oko vodozahvatnih objekata. Sistemi za zaštitu kakvoće podzemne vode trebaju ponuditi praktična i realna rješenja, a hidrogeologija u tome ima vodeću ulogu. U praksi će hidrogeolog uspješno moći riješiti problem konflikta zagađivanja i kakvoće podzemne vode, samo ako je pri rješavanju problema u kontaktu s drugim stručnjacima primjerice: s agronomima, kemičarima, hidrotehničarima, prostornim planerima i administracijom koja provodi postojeću zakonsku regulativu. Zaštitne zone neophodno moraju biti dovoljno velike da omoguće sigurnu vodoopskrbu, ali i što manje, jer to znači manje konflikata i niže troškove uspostavljanja zaštitnih zona. Najteži problem jest kako uskladiti različitost interesa koji vladaju na određenom zajedničkom prostoru. U praksi se primjenjuju dva osnovna principa određivanja sanitarnih zaštitnih zona:

Tablica 7.1. Principi određivanja zaštitnih zona u reznim europskim zemljama

a/ empirijsko dimenzioniranje zaštitnih zona, b/ određivanje zaštitnih zona prema pronosu zagađivala kroz vodonosnik, na osnovu proračuna udaljenosti izvora zagađenja od lokacije korištenja podzemne vode (Mayer, 1993). Van Waegeningh (1985.) je dao u tabličnom obliku parametre za određivanje zaštitnih zona u nekim europskim zemljama (Tablica 7.1).

79

Isti je autor (Van Waegeningh, 1985.) u shematiziranom grafičkom obliku prikazao zone zaštite koje se koriste u Nizozemskoj (Slika 7.1). Zbog različitih socio-ekonomskih odnosa i različitosti zakonske regulative u pojedinim zemljama, veoma je teško komparirati mjere koje se provode u smislu zaštite podzemnih voda. Navedenim tabličnim prikazima dani su osnovni usvojeni principi za određivanje zaštitnih zona, koji su ugrađeni u zakonsku regulativu svake zemlje ponaosob. U Hrvatskoj, kao i mnogim drugim zemljama, zakonskom su regulativom prihvaćeni principi zaštite podzemnih voda koji su na snazi u Njemačkoj. Prepisani njemački propisi, zbog posebnosti hidrogeoloških odnosa, nisu saživjeli u praksi Hrvatske. Naime, predviđeni propisi uz ostalo uopće ne uzimaju u obzir specifičnosti krških terena. Naknadnim dopunama i izmjenama »Pravilnika o zaštitnim mjerama i uvjetima za određivanje sanitarne zaštite izvorišta vode za piće« naglašena je dominantna uloga hidrogeologije pri uspostavljanju zaštitnih zona određenih prostora.

80

7.2. Hidrogeološki aspekt zaštite podzemne vode S hidrogeološkog aspekta zaštite podzemnih voda mogu se izdvojiti tri osnovne hidrogeološke jedinice:

nekonsolidirane stijene intergranulame poroznosti - laminarnog toka što omogućuje dugotrajni kontakt između stijene i fluida, a time je omogućeno smanjenje zagađivanja; ovaj je tip vodonosnika idealan za matematičke proračune toka i pronosa zagađivača u vodonosniku,

čvrste stijene pukotinske poroznosti - turbulentnog toka sa slabim kontaktom između stijene i fluida, uz ograničeno smanjenje zagađenja; manje mogućnosti matematičkog proračuna pronosa zagađivača,

čvrste stijene disolucione poroznosti (karbonatne stijene krša) – turbulentnog toka podzemne vode, sa slabim kontaktom između stijene i zagađene podzemne vode; praktično je nemoguće matematički simulirati pronos zagađivača u vodonosniku.

U ovisnosti od karakteristika vodonosnika, primjerice hidrauličkom gradijentu, koeficijentu vodoprovodnosti i porozitetu, posljednja dva tipa vodonosnika mogu imati velike brzine podzemne vode. Dok se u stijenama intergranulame poroznosti brzine kreću od 10 do 200m na godinu, u vodonosnicima krša je izmjerena brzina i od 27 km/dan (Van Waegeningh, 1985). Na mnogim je crpilištima podzemne vode praktično nemoguće ostvariti zahtijevane zone sanitarne zaštite i to zbog toga, jer se u tim prostorima nalaze objekti i aktivnosti koje tu po propisima ne smiju postojati. Postavlja se pitanje a što dalje? Čini se jedino razumnim da se u takvim prostorima (konflikata interesa) uz pasivne mjere zaštite provode i aktivne mjere zaštite podzemnih voda. Aktivne mjere zaštite podzemnih voda znači da se zbog neposredne opasnosti za kakvoću podzemne vode izvedu dodatni objekti koji će ili spriječiti eventualni pronos zagađivača do mjesta eksploatacije ili adekvatnim monitoringom omogućiti pravodobno utvrđivanje prisutnosti zagađivača u eksploatiranom vodonosniku i njegovu efikasnu zaštitu. U dubljim se vodonosnicima monitoring može ostvariti putem opažačkih bušotina.

81

Diefendörf i Ausburn su 1977. g. predložili posebnu konstrukciju, koja u osnovi odgovara konstrukciji većini naših strukturno - opažačkih bušotina.

82

8. MODELIRANJE STANJA U VODONOSNIKU 8.1. Općenito o modeliranju Model može biti definiran kao pojednostavljena verzija realnog sistema, u ovom slučaju podzemne vode, koji aproksimativno simulira buduće izazvane odnose (Bear &Verruijt, 1994). Realni sistem je vrlo kompliciran, pa nije nužno posebno obrazlaganje potrebe pojednostavljenja za potrebe planiranja ili donošenja odluke glede gospodarenja podzemnim vodama. Za potrebe regionalnih istraživanja tokova podzemnih voda mogu biti korištene razne vrste modela, u cilju optimizacije crpenih količina vode, sprečavanja prodora slanih morskih voda, kretanja zagađivača s autocesta i iz odlagališta otpada i dr. Ustvari veoma je mali dio područja hidrogeologije gdje se ne mogu primijeniti modeliranja. 8.2. Razvoj tehnike i tipovi modela Današnjoj tehnici modeliranja stanja u vodonosniku koja se temelji na korištenju kompjutora, prethodile su brojne i različite metode simuliranja stanja podzemnih voda. Dugo vremena su fizikalni analogni modeli bili osnovni pokazatelj stanja u vodonosnicima klastičnih nekonsolidiranih stijena, pa se zbog svoje zornosti i danas koriste u nastavi. Električni analogni modeli slični su fizikalnim samo što model ne koristi fluid; otpori prolazu fluida kroz vodonosnik simuliraju se električnim otporima. Prednost tih modela je u relativno niskoj cijeni izgradnje modela, a osnovne su mane mjerilo i mogućnost da se realno može prikazati samo dvodimenzionalno jednoliko strujanje u izotropnim i homogenim vodonosnicima. Modeliranja nisu uvijek bila u općoj uporabi. Razvoj simboličkih (matematičkih) modela bio je uvjetovan s dva čimbenika. Prvi je razlog relativno niska cijena digitalnih računala, a drugi sve veći zahtjevi za vodom što se može riješiti i efikasnijim gospodarenjem podzemnim vodama. Iako postoje brojni modeli i različiti načini simuliranja stanja u vodonosniku, sve ih je prema namjeni moguće podijeliti u slijedeće osnovne grupe (Hamill &Bell, 1986):

1. Prognozni modeli općenito simuliraju tok podzemne vode u vodonosniku. Oni zahtijevaju informacije s obzirom na karakteristike vodonosnika, rubne uvjete kao i količine crpenja, a daju podatke o toku podzemne vode, promjene razine, odnos površinskih i podzemnih voda, te dugotrajne efekte crpenja na okoliš. To je po svoj prilici najčešći tip modela.

83

2. Pomoćni modeli gospodarenja mogu se koristiti zajedno s prognoznim modelima. To je tip modela koji će dati podatke o najboljem putu djelovanja, da se uz što manje troškova dobiju što pouzdaniji podaci u rješavanju vodoopskrbnog problema.

3. Identifikacijski modeli određuju ulazne podatke za već spomenute tipove modela. Identifikacijski modeli se koriste pri određivanju ulaznih hidrogeoloških parametara za druge modele, posebice podatke opažanja »in situ«. Na primjer, relativno je jednostavna stvar da se količine crpenja zdenca s podacima opažanja sniženja na bliskim opažačkim bušotinama, kompariraju s podacima dobivenim modelom. Ti se podaci mogu koristiti kod prognoznih modela, koji simuliraju stanje u vodonosniku crpenjem zdenca i bez stvarnih terenskih podataka opažanja.

4. Modeli baza podataka manipuliraju sakupljenim podacima, procesuiraju terenske podatke, identificiraju kritične podatke, određuju ulaz u druge modele i čuvaju sve relevantne podatke.

Odabir odgovarajućeg modela za svaki posebni slučaj ovisit će (Bear & Verruijt, 1994) o:

a/ predmetu, odnosno predmetima istraživanja, b/ raspoloživim izvorima, što uključuje raspoloživo vrijeme, sredstva, elektronsko računalo i obrazovan stručni tim.

Predmet - objekt određuje koji će oblici istraživanog problema biti prikazani modelom kao i kojom točnošću. U jednom slučaju će nas zadovoljavati prosječna razina podzemne vode na širokom području, a u drugom će nam trebati točna razina na određenoj lokaciji. Slijeganje tla uslijed crpenja podzemne vode može biti u jednom slučaju zanemareno, dok je u drugom to osnovni problem koji treba riješiti. Prirodno obnavljanje vodonosnika može biti uvedeno kao mjesečno, sezonsko ili prosječno godišnje. Crpenje podzemne vode može se vršiti na širem prostoru ili u jednoj točki. Sasvim je sigurno da detaljni model iziskuje veća uložena sredstva, sofisticiraniju metodu, naobraženije ljude i jača elektronska računala. Svaki je model dobar toliko, koliko su vrijedni podaci na kojima je baziran.

84

Kako bi se efikasno moglo matematički simulirati stanje u vodonosniku, potrebno je imati slijedeće hidrogeološke informacije (Hamill & Bell, 1986):

rasprostiranje vodonosnika, lokacija i njegove prirodne granice, tok vode u i iz vodonosnika, statička razina podzemne vode u vodonosniku, izopahe i izobate vodonosnika i njegove nepropusne krovine i podine, prostorne promjene koeficijenta provodnosti i uskladištenja, podaci testiranja zdenca (izdašnost i ostvarena sniženja u vodonosniku), oscilacije razine podzemne vode tijekom godina, intezitet obnavljanja vodonosnika u zoni prihranjivanja za isti period, režim crpenja za isto vrijeme,

riječni tokovi i lokacije izvora, opći podaci o hidrogeološkim odnosima na prostoru istraživanja, kao i o područjima međusobnog kontakta površinskih i podzemnih voda, procjeđivanje iz jednog u drugi vodonosnik, umjetno obogaćivanje vodonosnika i dr.

Prvi korak u uspostavljanju modela je uspostavljanje konceptualnog modela problema i relevantnog istraživanog vodonosnika. To je dio aktivnosti koju može obaviti hidrogeolog klasične naobrazbe. Konceptualni se model sastoji od niza pretpostavki koje reduciraju realni problem do pojednostavljenih (simplificiranih) verzija, koje mogu biti prihvatljive sa stanovišta predmeta modeliranja i načina na koji se problem rješava. Te se pretpostavke odnose na čimbenike kao što su (Bear &Verruijt,1994):

geometrija granica vodonosnika koji se istražuje, vrste stijena od kojih se sastoji vodonosnik, uključujući njegovu homogenost, izotropiju i dr., način toka u vodonosniku (trodimenzionalni ili dvodimenzionalni), režim toka (laminarni ili nelaminarni), značajke vode (s obzirom na njezinu homogenost i kompresibilnost), utjecaj otopljenih soli i/ili temperature na gustoću i viskoznost,

85

prisutnost eventualnih oštrih granica između dva fluida, kao što je granica između slatke i slane morske vode,

očekivane promjene područja ili volumena u odnosu na prosječne vrijednosti koje su korištene, izvori i nestajanje (smanjenje) vode ili relevantnog zagađivača, u predmetnom prostoru ili na njegovim granicama, uz aproksimaciju ako su izvori i ponori raspršenog tipa,

uvjeti na granicama predmetnog područja, koji izražavaju način kasnije interakcije s okolnim područjem. Obično se konceptualni model izražava opisno kao niz pretpostavki. U stvari, taj niz pretpostavki čini model »upitnim«. U principu se ne bi smjelo koristiti konačni model prije nego što se ispitaju »upitne« stvari i zaključi da li postavljeni problem može biti riješen konceptualnim modelom. U drugom se koraku konceptualni model izražava u formi matematičkog modela. Matematički se model sastoji od:

definiranja geometrije predmetnog područja i njegovih granica, jednadžbe ili jednadžbi koje izražavaju bilancu količine ili kakvoće podzemne vode, jednadžbi toka, posebice različitih stanja očekivanih promjena u vodonosniku, konstitutivnih jednadžbi za definiranje ponašanja dijelova vodonosnika - čvrstog dijela i fluida, početnih stanja, koja opisuju poznato stanje predmetnog područja u određenom vremenu, graničnih uvjeta, koji opisuju međusobni odnos predmetnog područja i okoliša.

Da bi se od realnog sistema preko konceptualnog modela došlo do matematičkog modela, potrebno je uvesti koeficijente modela (Bear & Verruijt, 1994). Koeficijente modela mogu predstavljati propustljivost stijene, vodoprovodnost vodonosnika, uskladištenje vodonosnika i sl. Svi ti koeficijenti vodonosnika, njihova interpretacija i stvarne vrijednosti mogu se jako razlikovati od modela do modela. Recimo, da bi se dobilo sniženje u crpenom zdencu i njegovoj blizini, koristi se konceptualni model koji predpostavlja radijaini konvergentni tok prema beskrajno malom zdencu u homogenom izotropnom vodonosniku konstantne debljine i beskrajnog rasprostiranja. Isti model se koristi za dobivanje koeficijenta uskladištenja i transmisivnosti, a što se može dobiti iz podataka crpenja zdenca.

86

Ako se koriste koeficijenti jednog modela za drugi model, onda će greške biti uvjetovane razlikom između ta dva modela. Proračun prirodnog prihranjivanja vodonosnika i «a priori» nepoznatih rubnih uvjeta, može uključiti čitav niz koeficijenata modela koji trebaju biti identificirani. Sve aktivnosti u vezi s identifikacijom tih koeficijenata modela nazivaju se identifikacijski, odnosno inverzni problem (Bear &Verruijt, 1994). U principu, jedini je način dobivanja vrijednosti tih koeficijenata za određeni model, početi s ispitivanjima realnog sistema vodonosnika, da se pronađe period u prošlosti u kojemu su dobivene vrijednosti bile valjane. Svakako, budući da je model samo aproksimacija realnog stanja, ne treba očekivati da će dobivene vrijednosti biti identične. Jedna važna pojava kod modeliranja, a čvrsto povezana s problemom identifikacije parametara, jest nesigurnost. Mi nismo sigurni da li odabrani konceptualni model odgovara realnosti, nismo sigurni da li su odabrani realni koeficijenti modela. Moguće greške u opažanjima, čiji se rezultati koriste za parametre identifikacije, također pogoduju nesigurnosti kod modeliranja stanja vodonosnika. Takva razmišljanja «popločuju put» do razvoja stohastičkih modela (Bear& Verruijt, 1994), no rezultate tih modela možemo očekivati tek u budućnosti.

87

88

89

90