PODZEMNE VODE Tijana Čoporda Mastilović, dipl. inženjer geologije za hidrogeologiju
Pojam hidrogeologije hydros – voda geos – zemlja
hidrogeologija je nauka o podzemnim vodama
logos – nauka Hidrogeologija izučava njihovo formiranje, oblike postojanja, zakonomernost rasprostiranja, kretanja i isticanja, režim i rezervi, njihovo sadejstvo sa geološlom sredinom sredinom, fizička svojstva svojstva, hemijski hemijski, radiološki i mikrobiološki sastav, mogućnost korišćenja i uslovi zaštite pri njihovoj upotrebi
Značaj hidrogeologije
Podzemne vode zajedno sa površinskim i atmosferskim vodama, određuju vodni d i bil bilans Z Zemlje lj i predstavljaju d t lj j osnovnii iizvor h hranjenja j j reka k Cirkulišući u zemljinoj kori učestvuju u geološkim procesima: rastvaraju stene i minerale i odnose ih u mora, okeane i druge vodne basene, odlažu pojedina jedinjenja na svom putu pri izlazu na zemljinu površinu ili u samoj zemljinoj kori, učestvuju u građi mnogih minerala, određuju fizičko-hemijska i toplotna svojstva stenskih masa, značajna uloga u biosferi za rast biljaka. Rastvaračkim i transportnim dejstvom učestvuju u oblikovanju savremenog reljefa zemljine kore Praktična primena u ljudskom životu malomineralizovane i mineralizovane podzemne vode ( vodosnabdevanje, navodnjavanje, prehrambena industrija, lečenje, rekreacija, geotermalne vode-toplifikacija objekata, dobijanje električne energije energije.....))
Značaj hidrogeologije
Hidrogeologija Hid l ij kkao nauka k jje u tesnojj vezii sa d drugim i naučnim č i disciplinama: litologija, tektonika, geomorfologija, mineralogija, hidrologija i hidrometeorologija Hidrologija i hidrometeorologija izučavaju ostale vidove prirodnih voda na zemlji Prvo zahvatanje površinskih voda, a potom i raznim oruđem zahvatanje i podzemne vode, razvijajući na taj način i teoriju o njihovom postanku 1126. g. izbušen prvi bunar kod Mesta Artois, u Francuskoj, koji je davao vodu d pod d pritiskom-razvoj iti k j ttehnike h ik iizrade d b bunara Korišćenje podzemnih voda datira još od starih Rimljana i za duge svrhe sem za vodosnabdevanje ( rimska kupatila, ostaci starih kaptaža, današnja banjska mesta..) Z h lj j ći svom velikom Zahvaljujući lik značaju č j hid hidrogeologija l ij se iizdvojila d jil kkao posebna disciplina u sklopu geoloških nauka: početak moderne hidrogeologije vezuje se za početak XX veka kada u našoj zemlji u šezdesetim godinama doživljava pun razvoj
Uloga hidrogeologije kao nauke
Iznalaženje j izvorišta kvalitetnih p pijaćih j voda i organizacija g j vodosnabdevanja j stanovništva i industrije Rešavanje zadataka iz oblasti meliorativne hidrogeologije vezanih za odvodnjavanje i navodnjavanje poljoprivrednih i drugih površina Rešavanje zadataka pri izgradnji hidrotehničkih, građevinskih, saobraćajnih i drugih objekata Zadaci iz oblasti hidrogeologije ležišta mineralnih sirovina kao što su ovodnjenost ležišta, prognoza priliva podzemnih voda Radiohidrogeohemijska prospekcija nuklearnih sirovina i rešavanje pitanja korišćenja j radioaktivnih voda Istraživanja i ocena ekonomičnosti korišćenja ležišta mineralnih industrijskih voda kao mineralnog bogatstva za dobijanje pojedinih korisnih industrijskih sirovina ( jod, brom , stroncijum, bakar...) Istraživanja i ocena ležišta mineralnih voda radi korišćenja u balneološke i rekreativne svrhe Istraživanja u cilju dobijanja hidrogeotermalne energije za toplifikaciju i dobijanje električne energije Zadaci vezani za zaštitu podzemnih voda, i od podzemnih voda
Rasprostranjenost j voda na zemlji
Sve vode Zemlje j obrazuju j hidrosferu p planete koja j obuhvata: atmosferu, litosferu i biosferu Voda u atmosferi se nalazi u vidu vodene p pare,, čija j jje količina relativno mala i iznosi 0,001 % ukupnih voda na zemlji. Troposfera je najniži de atmosfere, koju izgrađuje 75 % atmosfere, i u kojoj se nalazi najznačajnije količina vodene pare i najveći deo prašine. Stratosfera je sledeći sloj, dosta razređen sa malim količinama vodene pare pare, bez mogućnosti formiranja oblaka i padavina. Jonosfera je gornji sloj atmosfere izgrađen od jonizujućih atoma pod dejstvom ultraljubičastih zraka.
Rasprostranjenost voda na zemlji:litosfera obuhvata rasprostranjenost podzemnih voda, atmosfera u najnižem delu (troposferi) obuhvata vodenu paru, a biosfera čini spoj litosfere i troposfere :
Voda na površini zemlje Voda na površini zemlje je raspoređena krajnje neravnomerna,, a vezana jje za mora,, okeane,, jezera, j , reke, lednike i akumulacije. Najveći deo površinskih voda predstavljaju slane vode okeana i mora, čije su ukupne rezerve 96,5 % od ukupnih rezervi voda na zemlji. lji N Najveće j ć količine k liči malomineralizovanih l i li ih ((slatkih l tkih ) voda akumulirane su u okviru lednika i postojećeg snežnog pokrivača, a čine oko 70% ukupnih rezervi slatkih voda na zemlji i 1,74 1 74 % ukupnih svetskih rezervi voda. Ukupne rezerve voda u jezerima ( mineralizovane i slatke) predstavljaju 0,013 % svetskih rezervi i 0,26 , % ukupnih p rezervi slatkih voda. Rečne vode su malomineralizovane čije su ukupne rezerve 0,0002 % ukupnih rezervi slatkih voda.
Raspored voda u litosferi
¾
¾
Sve vode u koje se nalaze u litosferi nazivaju se podzemne vode, a različite su po vidovima i sastavu sastavu. Podzemne vode se mogu javiti u obliku pare, u tečnom, čvrstom i nadkritičnom stanju. Osim toga javljaju se i kao fizički (opne različite debljine oko čestica skeleta ili na zidovima prslina i pukotina stenske mase) i hemijsko vezane vode (u mineralima u vidu j g j kristalnojj rešetki i obliku jjona H+ i OH-,, kapilarne p molekula ili u njegovoj vode (intermolekularne privlačne sile između zidova pora odn. pukotina, u steni i vode), slobodne ili gravitacione. Raspored podzemnih voda u vertikalnom profilu uslovljen je sa jedne strane karakterom poroznosti i stepenom ispucalosti, a sa druge strane izmenama t termodinamičkih di ičkih i fifizičkohemijskih ičk h ij kih uslova l sa d dubinom bi Mogu se razlikovati dve zone rasprostranjenja podzemnih voda: Gornja zona koja obuhvata sve vidove vezane vode ( fizičke i hemijske).U ovu zonu spadaju i čvrste vode (led). Debljina gornje zone na kontinentima i iznosi i od d 20 d do 25 kkm, smanjujući j j ći se u zonama kkenozojske j k ttektonske kt k aktivnosti na 10 do 15 km Donja zona se odlikuje rasprostranjenočću voda u nadkritičnom stanju, odnosno T> 374 º C
Poreklo podzemnih voda Prema svom poreklu podzemne vode mogu biti: Podzemne vode hidrometeorskog porekla ili vadoznog porekla – nastaju infiltracijom voda iz atmosfere u zemljinu koru i manjim delomm kondezacijom vodene pare iz vazduha u zemljinoj kori ( vode hidrološkog ciklusa ) Juvenilne vode – mlade, novonastale vode nastale iz mantla ili iz kosmosa i koje do svog pojavljivanja nisu učestvovale u opštem hidrološkom ciklusu.One spadaju u prvonastale vode na zemlji Kosmičke vode – dospevaju na zemlju zajedno sa meteoritima i njihove količine su zanemarljive Konatne vode – fosilne vode zarobljene u morskim ili jezerskim sedimentima sedimentima, visoko mineralizovane Metamorfne vode – nastaju pri metarmofozi stena sa kojim su bile vezane
Kruženje vode u prirodi i vodni bilans predstavlja količinsko izražavanje kružnog kretanja vode rečnih, morskih kih i okeanskih k kih slivova, li određenih d đ ih regiona i ili zemljine lji kkugle l u celini Jednačina vodnog bilansa P = E +Q P- atmosferske padavine, E- isparavanje ( evapotranspiracija), Qoticaj (površinski i podzemni) HIDROLOŠKI CIKLUS se odvija u zoni intezivne vodozamene i odnosi se na gornji deo zemljine površine GEOLOŠKI CIKLUS se odvija u zoni usporene i veoma usporene vodozamene, u dubokim delovima zemljine kore.
Elementi vodnog bilansa hidrološkog ciklusa u zoni intezivne vodozamene su: padavine,isparavanje (evapotranspiracija), oticaj (površinski i podzemni). Vodne mase koje uđu kroz uvrđenu površinu, površinu odn odn. sliv ili deo sliva, jednake su vodnim masama koje iz njih izađu, umanjene ili uvećane za one količine vode za koje su uvećane ili umanjene postojeće vodne mase u pomenutom prostoru
Kruženje vode u prirodi
U – I = ±∆ W U-zapremina vode koja ulazi u posmatreno područje p j I-zapreina vode koja izlazi ∆W-promena zapremine vode u posmatranom području za vreme osmatranja ∆t
1 - padavine; 2 - vodopropusne stene; 3 - slabopropusne stene;4 nepropusne stene; 5 - izvor; 6 - pravac kretanja voda i vodenih para
Deo voda koji se infiltrira ispod površine zemlje, egzistira u obliku slobodnih podzemnih voda koje se javljaju u različitim geološkim sredinama (metamorfnim, magmatskim i sedimentnim ) različitih struktura, poroznosti, vodopropusnosti i izdašnosti Geološke sredine potpuno ili delimično zasićene slobodnim podzemnim vodama, sposobne da akumuliraju i odaju podzemne vode, predstavlljaju
IZDANI (aguifer, engleski,nemački) Karakteristike stenskih masa od kojih zavisi i postojanje jedne izdani ili slobodnih podzemnih voda su fizička svojstva ( granulometrijski sastav,gustina čvrstih čestica, gustina stena i poroznost stena) i hidrogeološka svojstva stena ( vodopropusnost i propusnost, izdašnost i retencija t ij stena, t vlažnost l ž t stena t i kkapilarnost il t stena) t )
Granulometrijski ili mehanički sastav rastresitih ( šljunkovi i peskovi) ili slabo vezanih stena ( glinovite i prašinaste ) podrazumeva sadržaj čestica ( zrna ) različite veličine. veličine Od njega zavise poroznost poroznost, vodopropusnost vodopropusnost, visina kapilarnog dizanja... Veličina njihovih frakcija izražava se u milimetrima. Svi međuprostori u steni koji nisu zauzeti čvrstom mineralnom materijom, bez obzira na način postanka, oblik, veličinu i međusobnu povezanost predstavljaju ukupnu poroznost. Sa hidrogeološkog aspekta poroznost predstavlja jednu od najznačajnijih fizičkih svojstava stenskih masa, naime akumuliranje i kretanje podzemnh voda uslovljeno je postojanjem međuprostora u steni, njihovom veličinom i povezanošću Tipovi poroznosti po Meinzeru (Milojević, 1967) A,B,C, D- međuzrnska poroznost, A- dobro sortiran aluvijalni materijal; B - loše sortiran aluvijalni materijal, mala poroznost; C - dobro sortiran materijal od poroznih valutaka, valutaka vrlo velika poroznost; D - dobro sortiran materijal, ali je poroznost smanjena usled cementacije; E - stene sa kavernoznom poroznošću (karbonatne stene..); F - stene sa pukotinskom poroznošću
Pukotinski tip
Kavernozni tip poroznosti
Kavernozni tip poroznosti
Oblik i veličina poroznosti zavisi od sedimentacije, kristalizacije magmatskih stena, fizičkohemijskog raspadanja stenskih masa, rastvaračkog dejstva vode, uticaj biljnih i životinjskih organizama i neposredan uticaj čovekove aktivnosti ( rudarski radovi, bušenje, miniranje) Kroz nekapilarne pore se kreće gravitaciona it i voda. d K Kroz kkapilarne il pore kreće se kapilarna voda pod dejstvom električnih sila i sila površinskog napona. Subkapilarna poroznost zadržava vodu u stenama uglavnom athezionim silama, a kretane je opneno-pelikularno (gline). (gline) Efektivna poroznost obuhvata međuprostore u steni ispunjene samo slobodnom gravitacionom vodom d
Prosečne veIičine ukupne poroznosti nekih stena:
Podela pora u odnosu na veIičinu:
Upravo poroznost stena uslovljava i pojavu vodopropusnosti stenskih masa, odnosno vodopropusnot stenskih masa predstavlja svojstvo stena da kroz svoje j pore propuštaju št j slobodnu l b d ((gravitacionu) it i ) vodu. d Vodopropusnost V d t zavisi i i od veličine pora,njihove strukture i povezanosti. Prema odnosu poroznosti i vodopropusnosti, sve stene se mogu svrstati u tri grupe: 1.
2. 3.
Neporozne – vodonepropusne stenske mase (jedre,kompaktne magmatske, metamorfne i sedimentne) Veoma p porozne – vodonepropusne p p (g gline i srodne stene)) Porozne – vodopropusne ( šljunkovi, peskovi, ispucale i karstifikovane stene) Odnos izmedu poroznosti i vodopropusnosti nekih stena:
Izdašnost stena predstavlja sposobnost stena zasićenih vodom da pri sniženju nivoa vode odaju slobodnu gravitacionu vodu:
µ=Vv/V µ- izdašnost stena Vv- zapremina vod koja nakon zasićenja može isteći pod uticajem gravitacije V- zapremina stene zasićene gravitacionom vodom
Stene imaju različite veličine izdašnosti u zavisnosti od litoškog sastava, veličine i strukture poroznosti. Tako krupnozrni peskovi i šljunkovi, tj. krupnozrne rastresite stene kao i stene sa krupnim pukotinama i kavernama, imaju veliku izdašnost. Glinovite stene imaju izuzetno male vrednosti izdašnosti ( voda iz njih može biti odstranjena presom ili centrifugiranjem) Elastična izdašnost je sposobnost stena zasićenih vodom da odaju slobodnu vodu preko elastičnog širenja tečnosti i elastičnog sažimanja porozne sredine. Retencija stene predstavlja svojstvo stene da u svojim porama zadržava vodu nakon zasićenja, protiv sili gravitacije. Glinovite stene, bogate kapilarnim i subkapilarnim porama se odlikuju znatnom retencijom.
Kretanje podzemnih voda odnosi se prvenstveno na slobodne, l b d gravitacione it i vode,a d objašnjava bj š j se procesima i filt filtracije ij i iinfiltracije filt ij (prodiranje pov. vode u sklopu procesa hranjenja izdani). Infiltracija predstavlja kretanje vode u zoni aeracije, za razliku od podzemne vode koja se odvija u zoni potpunog zasićenja porozne sredine slobodnim podzemnim vodama
Proces filtracije predstavlja mehaničko kretanje slobodne vode u poroznom prostoru, pod dejstvom gradijenta pritiska, a u uslovima potpunog zasićenja vodom. U površinskim delovima litosfere, vodeću ulogu u kretanju podzemnih voda ima sila teže i prvenstveno silazno kretanje voda voda. Sa dubinom raste dejstvo kompresionih sila, pri čemu vodeću ulogu ima ulazno kretanje podzemnih voda. Jedan od najvažnjih faktora koji određuje uslove kretanja podzemnih voda kroz stensku masu jeste poroznost i to aktivna poroznost Kretanje vode u poroznoj sredini kreće se kroz sisteme otkrivenih poroznost. i međusobno spojenih pora, pukotina i kaverni, različitih razmera oblika i položaja. Šematski prikaz toka filtracije u poroznojsredini I - graniti; 2 - peskovi; 3- gline; 4 - slobodni nivo podzemnih voda; 5- izvor; 6nivo podzemnih voda pod pritiskom; 7- pravci kretanja podzemnih voda
Jedna od najvažnijih karakteristika kretanja podzemnih voda u poroznoj sredini jeste
brzina filtracije
V = Q/F (m/s) Q- filtracioni proticaj podzemnih voda koji karakteriše količinu slobodne vode koja se kreće kroz poroznu sredinu ( m3/s) F- površina poprečnog kretanja toka upravnog na smer kretanja podzemnih voda
D Darsijev ij zakon k filtracije filt ij Q=Kf·h/l·F Kf- koeficijent filtracije koji zavisi od fizičkih svojstava stena(poroznosti) i filtrirajuće tečnosti h/l- razlika nivoa podzemnih voda na putu filtracije koja se naziva hidraulički gradijent Ukoliko su pore manjih razmera,onda je u steni više fizičke vezane vode, a samim tim je i vrednost koeficijenta filtracije manja ( glina čiji je n (poroznost) od 45 do 60 % ima Kf max je 0,0004, a karstifikovani krečnjak čija je poroznost od 5 do 50 % ima Kf max 1000 m/dan, a Kf za šljunak iznosi max. 50000 m/dan)
Darsijev zakon filtracije opisuje laminaran režim kretanja podzemnih voda. U prirodnim uslovima odgovara kretanju u intergranularnim i slabije ispucalim stenama Mnogobrojni opiti su pokazali da se može primeniti i u stenama. gruboklastičnim i pukotinskim stenama. Laminaran režim strujanja
Re = Vdef/v, gde je v - brzina filtracije (m/s), def - efektivni prečnik zrna (mm) v - kinematski, koeficijent viskoznosti vode (m2/s).
Odstupanje od Darsijevog zakona laminarnog kretanja javlja se usled velikih brzina kretanja podzemnih voda koje je karakteristično za intezivno karstifikovane stene stene. Tada nastupa turbulentni režim strujanja, strujanja kada dolazi do aktivnog presecanja strujnica i do vrtložnog kretanja. Prelazna oblast režima kretanja podzemnih voda se izražava preko takozvanog Rejnoldsovog broja ( Re )
Vodonosnost stena je svojstvo stena da propuštaju, akumuliraju k li j i odaju d j slobodne l b d podzemne d vode. d N Na osnovu vodonosnosti d ti sve stene se mogu svrstati u tri grupe: ¾ ¾ ¾
Vodonosne stene Bezvodne stene Relativno bezvodne stene
Hidrogeološke strukture predstavljaju geloška tela unutar čijih granica ostaje neprekidan karakter rasprostranjenja, uslova formiranja rezervi i hemijskog sastava podzemnih voda. Principi izdvajanja sistema su: hidrogeološka fizička svojstva stena, granice geoloških tela ( struktura ), litofacijalni sastav, geneza, hemjsku sastav.... prema hg. hg karakteristikama mogu se izdvojiti dva tipa geoloških sredina:
šema građe vodonosnih horizonata:
a - jednoslojni; b - dvoslojni; c - višesIojni; I - vodonepropusne stene; 2 vodonosni pesak; 3 - glinoviti pesak; 4 - peskovitošljunkovite vodonosne naslage; 5 - slobodni nivo podzemnih voda; 66 nivo podzemnih voda pod pritiskom; K1, K2, K3, K4 - koeficijenti filtracije
šema građe vodonosnog kompleksa:
I - vodonosne stene (peskovi); 2 - vodonepropusne stene; 3 - 5 - nivoi izdani pod pritiskom koji odgovaraju I, Il iIlI vodonosnom horizontu; 6 pravac kretanja podzemnih voda; 7- oblast hranjenja vodonosnog kompleksa (infiItracija padavina); 8 - gravitacioni izvor
Kod čvrstih ispucalih ili karstifikovanih stenskih masa nije moguće izdvojiti vodonosne slojeve, horizonte iii komplekse, jer se oni razlikuju različitim stepenom ispucalosti ili karstifikovanosti u planu i profilu. Jedna ista čvrsta stenska masa može u jednom delu biti vodonosna, a u drugom bezvodna. Tako, na primer, u zoni intenzivne ispucalosti I raspadnutosti ove stene mogu biti jako vodonosne a u dubljim delovima bezvodne. Isto tako, u čvrstim stenama postoje tektonski razlomi od kojih su mnogi vodonosni i obrazuju vodonosne zone koje se pružaju na različitim dubinama.
Prema otkrivenosti vodonosne sredine u odnosu na atmosferu,, sve hidrogeološke strukture se mogu podeliti u tri grupe: šematski prikaz hidrogeoIoških struktura:
šematski prikaz hidrogeoIokog basena I hidrogeoIokog masiva:
I - kompaktne magmatske stene; 2 - vodonosne ispucale magmatske stene 2 vodonosni razlom (razlom); 4 - izvor; 5 - nivo podzemnih voda; 6 vodonepropusne sedimentne stene; 7- vodopropusne sedimentne stene
a) otvorene; b) poluzatvorene; c) zatvorene. I - vodonosna sredina; 2 - vodonepropusne stene; 3 padavine d i
Hranjenje i dreniranje podzemnih voda Hranjenje j j ppodzemnih voda jje infiltracionogg karaktera a može biti i na račun kondezacije vodene pare ili na račun hranjenja susednih podzemnih voda. Infiltracija zapravo obuhvata sledeće procese: proceđivanje voda nastalih Izlučivanjem atmosferskih i drugih površinskih taloga taloga, normalnu infiltraciju voda iz površinskih tokova (kada je nivo izdani ispod nivoa površinskih tokova u slučaju vodopropusnih stena) i poniranje vode duž mase većih pukotina, kaverni i ponora . Vreme boravka filtrirajuće vode na tlu, odnosno u stenskom i zemljišnom pokrivaču zavisi od njihove debljine pokrivaču, debljine, propustljivosti i količine padavina. padavina Infiltracija zavise od morfologije terena( brdovita (preovlađuje oticanje) ili ravničarski predeli, postojanje karstniih i morfoloških oblika), hg. karakteristike stenskih masa (filtracione karakteristike, ispucalost, poroznost..), od inteziteta padavina
Dreniranje podzemnih voda-proces pražnjenja izdani prirodnim putem Dreniranje neke izdani može biti otkriveni i skriveno. Otkriveno se vrši u vidu koncetrisanog (u vidu mlazeva, odnosno izvora) koje je tipično za karstne izdani, i difuznog isticanja,koje predstavlja stalno kvašenje terena, kada dolazi do zamočvarivanja terena (pištevine). Skriveno (podzemno)dreniranje se obavlja isticanjem u rečne tokove, jezera, mora i okeane, oticanjem u druge izdani i isparavanjem sa slobodne vodene površine ili transpiracijom, preko sistema korenovih biljaka.
ii- izvor; p - pištevina
a - koncentrisani izvor; b - razbijeno izvorište (izvorska zona)
Izdani se na osnovu hidrodinamičkih karakteristika nivoa mogu g p podeliti na izdani sa slobodnim nivoom i izdani pod pritiskom Izdan sa slobodnim nivoom ima sledeće elemente: ¾
¾
¾
¾
Oblast rasprostranjenja izdani- predstavlja deo terena na kojem je
formirana izdan. U izvesnim slučajevima ona se može poklopiti sa površinskim slivom nekog vodotoka. Izdansku i nadizdansku zonuzonu donju granicu izdani čini vodonepropusna podina. Gornja granica izdanske je predstavljena nivoom izdani, odnosno slobodnom površinom izdanske zone. Deo izdani iznad slobodne površine podzemnih voda do površine terena naziva se j nadizdanska zona ili zona aeracije Oblast hranjenja izdani-postoji unutrašnja (poklapa se sa rasprostranjenjem izdani ) i spoljašnja oblast hranjenja (često se poklapa sa slivnim područjima na čijim obodima se skuplja voda i otiče u podzemne vode), koje zajedno čine sabirnu oblast hranjenja izdani. Zona isticanja odnosno dreniranja izdani- otkriveno (izvori, pištevine) i skriveno ( direktno u rečne tokove, jezera, more okeane ili druge izdani)
šematski prikaz toka izdanskih voda sa slobodnim nivoom:
I - vodopropusne stene; 2- vodonepropusne stene; 3 - slobodni nivo podzemnih voda; 4 - pravac kretanja izdanskog toka; 5 – infiltracija atmosferskih padavina; H - debljna izdanskog toka
ššematski t ki prikaz ik b basena iizdanskih d kih voda d sa slobodnim nivoom u kojima odsustvuje oticaj:
I - vodopropusne stene; 2- vodonepropusne stene; 3- slobodni nivo podzemnih voda; 4 - infiltracija padavina; 5 - isparavanje sa nivoa izdani
različiti vidovi oblasti dreniranja: a. direktno u rečne tokove , b. preko izvora, c. difuzno isticanje u vidu pištevina, d. u drugu izdan
Unutrašnja i spoIjašnja oblast hranjenja izdani u karstifikovanim krečnjacima j
Poklapanje zone hranjenja izdani sa površinom sliva
Izdan pod pritiskom ili prava arterska izdan ( nivo izdani je iznad površine terena) i subarterska izdan ( nivo izdani je ispod površine terena, ali uvek iznad vodonosne sredine)
Njeni elementi su: ¾
¾
¾ ¾
Izdanska zona- vodonosna sredina potpuno zasićena podzemnim vodama koja je
pokrivena vodonepropusnom podinom ( donjom granicom koju čine vododonepropusne (bezvodne)stene) i povlatom (gornjom granicom izdani koju čine vododonepropusne (bezvodne)stene ) Oblast savremenog hranjenja i formiranja pritisaka- obuhvata unutrašnju i spoljašnu oblast. Unutrašnja oblast hranjenja predstavlja deo samog vodonosnog horizonta gde se vrši infiltracija površinskih voda i voda nastalih od atmosferskih taloga. Spoljna oblast hranjenja nalazi se van granica arterske vodonosne sredine, odakle se pod dejstvom sile teže atmosferske, površinske i pozemne vode slivaju u oblast gde površinska voda izbija na površinu terena Oblast rasprostranjenja pritisaka- deo terena između zone hranjenja i zone isticanja Oblast dreniranja izdani izdani- arterska iizdan dan se drenira p putem tem otkri otkrivenih enih izvora i ora (uzlazni) i putem skrivenog isticanja ( u rastresite kvartarne nanose, korita reke, dna mora)
Elementi izdani pod pritiskom:
šema prirodnog otkrivenog i skrivenog dreniranja izdani pod pritiskom (Klimentov, (Klimentov 1980):
I - vodonosne stene; 2 - bezvodne stene; 3 - slobodni nivo izdani; 4 - nivo pod pritiskom (pijezometarski nivo); 5 - pravac kretanja podzemnih voda; a – spoIjašna oblast hranjenja; a’ - unutranja oblast hranjenja; b - oblast rasprostranjenja pritisaka; c - oblast dreniranja; H1, H2 - pijezometarski pritisci u presecima l i II; m - debijina izdani
a, b, c - otkriveno dreniranje; d, e, f - skriveno dreniranje; a - u koritu reke; b – po kontaktu sa vodonepropusnim stenama; C - po rasedu; d - u aluvijalne nanose; e- submarinsko dreniranje; f - u druge vodonosne sredine pod pritiskom; 1 - vodonosne stene; 2- bezvodne stene; 3 - pijezometarski nivo; 4 – bušotina b š ti sa nivoom i pod d pritiskom; iti k 5 5- pravac kretanja k t j podzemnth d th voda; d 6 6vodonosni horizont; 7- izvor uzlaznog tipa.
Klasifikacija izdani na osnovu strukturnog tipa poroznosti: ¾
¾
Izdan zbijenog tipa- izdan formirana u sklopu stena međuzrnske
poroznosti. Ovu izdan karakteriše kontinualnost izdanske zone u granicama poroznosti njene rasprostranjenosti Izdan razbijenog tipa- karakteriše diskontinualnost izdanske. Struktura poriznosti,kaja je pukotinska i kavernozna, uslovljava da se u vodonosnoj sredini slobodne podzemne vod akumuliraju samo u onim delovima u kojima se nalaze otvorene pukotine i kaverne međusobno povezane
Bez obzira na hidrodinamičke karakteristike nivoa, sve izdani na osnovu liti l šk litiološkog sastava stenskih masa i preovlađujućeg tipa poroznosti , dele se na: ¾ ¾ ¾
Izdani u stenama međuzrnske poroznosti Izdani u stenama pukotinske poroznosti Izdani u stenama kavernozne poroznosti
Izdan zbijenog tipa u vodonosnoj sredini međuzrnske poroznosti
Izdan razbijenog tipa u vodonosnoj sredini pukotinske poroznosti
Izdan razbijenog tipa u vodonosnoj sredini karstno karstnopukotinske poroznosti
Izdan u sredinama međuzrnske poroznosti- ova izdan određuje specifičnosti koje se ogledaju u karakteru nivoa, rezervi i kvalitetu voda, načinu prihranjivanja... ¾
¾
¾
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Izdani u eluvijalnim j naslagama g - izdan sa slobodnim nivoom formirana u eluvijalnom j materijalu j
nastalom u toku fizičko-hemijskog raspadanja čvrstih masa. Mogu obilovati značajnom količinom rezervi podzemnih voda. Sipari su česta pojava u podnožju stenovitih planina koja nisu bogata podzemnim vodama, i često maskiraju izvore koji dreniraju karstnu ili pukotinsku izdan. Izdani u deluvijalnim naslagama- izdan siromašna vodom u sklopu deluvijalnih naslaga koje su nastale transportom raspadnutog materijala povremenim tokovima niz padinu
Izdani u rečnim naslagama (široko se primenjuje u vodosnabdevanju naselja): -izdan izdan u
aluvijalnim naslagama reka i potoka u kojima mogu biti akumulirane značajne količine rezervi podzemnih voda. Donji deo aluvijona je predstavljen facijom korita koji, izgrađju obluci, peskovi i šljnkovi dobrih filtracionih karakteristika. Gornji deo predstavljen je šljunkovito-peskovitim glinama,peskovima i prašinom. Mogu se javiti izdani sa slobdnim nivoom i izdani pod pritiskom. U ovu grupu spadaju još: izdani u naslagama rečnih ostrva (ade)-iste karakteristike kao izdani u aluvijalnim nanosima sa još boljim prihranjivanjem, izdani u terasnim naslagama ( odsustvuje hidraulička veza sa površinskim vodama) , izdani u proluvijalnim naslagama ( plavinenaslage stvarane radom povrenennih tokova)
Izdan u naslagama delti Izdan u glacijalnim naslagama Izdan u eolskim naslagama- formirane u lesu, na velikm dubinama ispod površine terena,slobodan nivo pozemnih
voda
Izdan u jezerskin naslagama- šljunkovito-peskovite naslage, sličnih karakteristika kao i izdani aluvijalnih naslaga Izdan u močvarnim naslagama- ove izdani nemaju praktičnu primenu zbog loših filtracionih karakteristika, kao i
zbog loših fizičkih i hemijskih karakteristika podzemnih voda
Izdan u marinskim rastresitim naslagama- naslage stvarane pod uticajem morske vode su mineralizovane pa su obično neupotrbljive za upotrebu.Izuzuetajmogu biti podzemne vode na peščanim ostrvina koja se uz odgovarajuća i t ži istraživanja, j mogu zahvatiti h titi i kkoristiti i titi za vodosnabdevanje d bd j
Pukotinski tip izdani- izdani razbijenog tipa u čvrstim stenskim masama. Raprostranjene su u različitim intruzivnim i efuzivnim stenama, kristalalstim škriljcima i čvrstim sedimentnim stenama ( peščari, laporci, konglomerati, breče i karbonatne stene koje nisu u većojj meri karstifikovane))
Ispucalost i vodonosnost metamorfnih stena je znatno manja nego u efuzivnim i intruzivnim stenskim masama Ml đ (k Mlađe (kvartarne t i neogene)) stene t su znatno t vodonosnije d ij od d starijih t ijih (mezozojskih i paleozojskih) stena Na vodonosnost utiče i petrološki sastav, stepen dijageneze, uticaj glinovite i karbonatne komponente. Tako glinovite komponente čine stene elastičnije i manje podložne pucanju pucanju, što smanjuje njihovu vodonosnost Kretanje podzemnih voda je uslovljeno karakterom, genezom i razmerom pukotina Razmera pukotina( širina i dubina) predstavljaju glavne uslove formiranja podzemnih voda , odnosne njene vodonosnosti Vodopropusnost, ispucalost i vodonosnost je neravnomerna duž cele površi rasprostranjenja pukotinske izdani Mogu da budu sa slobodnim nivoom i pod pritiskom
Karstni tip izdani- izdani razbijenog tipa, formirane u stenama sa kavernoznom poroznošću, odnosno u stenama rastvorljivim u vodi
Najčešće rastvorljive stene u vodi: karbonatne ( krečnjaci, dolomiti i mermeri) sulfatne ( gibs mermeri), gibs, anhidrit) i hloridne stene ( halit) halit).Veoma Veoma su rasprostranjene i predstavljene kao karbonatni, gibsni i soni karst. U karbonatnim naslagama se nalazi velika količina malomineralizovanih karstnih izdanskih voda, koje se široko primenjuju u vodosnabdevanju naselja Intezitet i dubinu karstifikacije ( agresivno i mehaničko dejstvo podzemnih voda na rastvorljive stene) uslovljava više faktora među kojima su najbrojniji: prisustvo rastvorljivih stena; ispucalost, propusnost i poroznost j cirkulišu atmosferske i p površinske vode;; opšta p g geološkastena kroz koje strukturna građa, reljef i savremeni klimatski faktori koji ubrzavaju ili usporavaju procese karstifikacije i kretanje zemljine kore. Najintezivniji procesi dešavaju se u pukotinama zone raspadanja i tektonskim razlomima Rastvaračko dejstvo podzemnih voda zavisi od sadržaja ugljene kiseline u njima. Sa dubinom, rastvaračko dejstvo se smanjuje zbog rashodovanja kiseline u svom pokretačko-rastvaračkom procesu
Velike dimenzije karstnih kanala, njihova međusobna povezanost, velika vodopropusnost površinskih zona, zona omogućavaju vrlo brzo punjenje (hranjenje) i pražnjenje izdani. Uslovi za hranjenja karstne izdani daleko su povoljniji nego kod izdani u drugim geološkom sredinama ( takozv. poniranje, izostaje u sušnom periodu, a obilno je u prolećnom periodu
Linearan raspored vrtača i ponora ukazuje na postojanje i pravac podzemnih voda u karstifikovanim stenama. One mogu apsorbovati velike količine kišnih i snežnih voda. Mogu biti sa slobodnim nivoom i nivoom pod pritiskom Neisvestan režim karstnih podzemnih voda, odnosno velika kolebanja izdašnosti i nivoa izdani koja zavise prvenstveno od hidrometeoroloških uslova. U periodu recesije ( od maja do oktobra), izdan se osiromašuje podzemnom vodom, stalnim laganim pražnjenjem izdani. Dreniranje se vrši preko snažnih vrela vrela, čak i do 150 m3/s ( na prelazu iz karsta u nekarst, vrlo čest slučaj) ili u vidu čitavog niza manjih izvora, raspoređenih duž rečnih tokova i razlomnih linija ili kontakta sa vodonepropusnim nekarbonatnim tvorevinama velika brzina kretanja K kt porozne sredine, Karakter di velike lik b brzine i kkretanja t j iizdanskih d kih voda, d iintezivna t i vodozamena d i ostale karakteristike karstne izdani uslovljavaju veoma česta zagađenja ukoliko se ona neadekvatno koristi i tretira
Uzajamni odnos površinskih i podzemnih voda- može se javiti u vidu dva uzajamna procesa: hranjenje površinskih tokova na račun izdanskih voda i hranjenje podzemnih voda na račun infiltracije površinskih voda Osnovne šeme uzajamnog odnosa podzemnih i površinskih voda: Hidraulička veza odsustvuje j
Ostvaruje se postojana hidraulička veza
Postoji povremena hidraulička veza
Najbolja hidraulička veza između površinskih i podzemnih voda sa slobodnim nivoom ostvaruje se u dolinama reka, na obalama jezera, i drugih vodnih akumulacija, u uslovima postojanja stena sa a - reka drenira izdan; b - reka međuzrnskom poroznošću
hrani izdan; c - reka na levoj obali hrani,a na desnoj drenira izdan
PoIožaji nivoa i pravci kretanja podzemnih voda u zavisnosti od nivoa vode u reci
Karakter i forme uzajamne veze zavise i od geološko-hidrogeoloških stenskh masa u zoni kontakata izdanskih i površinskih voda, od klime i hidrometeoroloških karakteristika posmatrane oblasti
Odnos površinskih i podzemnih voda u aridnim oblastima HidrauIička veza površinskih i arteskih voda
a - u uslovima hidrauličke veze površinskih I podzemnih voda; b - u uslovima odsustva hidrauličke veze površinskih i podzemnih voda
Odnos podzemnih i površinskih voda u planinskim oblastima
a - pri otkrivanju arteskog horizonta erozionim radom reke; b - kroz relativno vodonepropusne naslage u povlati vodonosnog horizonta
Rečni tokovi planinskih oblasti se formiraju na podlozi kristalalstih i magmatskih stena a karakterišu se plitko usečenim dolinama sa malom moćnošću ili odsustvom aluvijalnih naslaga
a - izdan hrani reku; b - ne postoji hidraulička veza izmedu površinskih i podzemnih voda; c - podzemni doticaj u rečne tokove
Uzajaman odnos površinskih i karstnih izdanskih voda – veoma intezivni i složeni p procesi kojij se jjavljaju j j duž ispucalosti p i karstifikovanosti stenskih masa duž rečnog korita, kao i poniranje rečnih tokova u dobro izražene ponore, pukotine..kada moć gutanja ponora često iznosi i više desetine m3/s U karstu Dinarida Hercegovine, Milanović (1979) izdvaja četiri slučaja: a - za vreme minimalnih nivoa korito reke je suvo a pravac podzemnih voda je usmeren ka erozionom bazisu (nivo mora) za vreme maksimalnth nivoa izdan hrani reku, a pravac podzemnih voda ostaje isti; b - za vreme minimalnih nivoa izdani korito reke je suvo, a smer podzemnih voda je u suprotnom pravcu od erozionog bazisa a u maksimumu izdan hrani reku, a pravac podzemnih voda je usmeren ka erozionom bazisu (nivo mora); c, d - maksimalni nivoi su ispod rečnog korita a pravac podzemnih voda usmeren je ka erozionom bazisu (nivo mora)
Direktna hidraulička veza ostvaruje se u uslovima neposrednog usecanja vodotoka u krečnjačku masu ili u uslovima malih debljina aluvijalnih naslaga. P Posredna d hidraulička hid ličk veza se pojavljuje u uslovima postojanja propusnih nekarbonatnih tvorevina u podini rečnog korita
Odnos površinskih i podzemnih voda na ostrvima i u primorskim oblastima – mešanje slane i slatke vode U vodonosne stene priobalja ili ostrva morske vode se obično infiltririaju u sušnim periodima, kada prestaje hranjenje izdanskih voda od strane padavina i njihovi nivoi se spuštaju na veće dubine. Obrnut proces izazivaju obilne atmosferske padavine, i tada slatke vode potiskuju slane. Dubina prodora slane vode u izdan (karstnu) zavisiće od: ¾ Površine kontakakata između mora i karstifikovanih stena ¾ Veličine i razrađenosti karstnih kanala i pukotina i njihovu povezanost ¾ Količine slatkih voda koja dotiču u karstnu izdan i pritisci koji vladaju u udaljenim delovima izdani
1 - vodonepropusne stene; 2- vodonosne stene; 3- nivo mora; 4 – nivo podzemnih voda; 5- oblast slanih morskih voda; 6- oblast malomineralizovanih j morskih I malomineralizovanih voda voda; 7- zona mešanja
Hidrodinamička zonalnost sa aspekta uslova vodozamene podzemnih voda površinskim i vodama nastalih od atmosferskih taloga Na osnovu inteziteta vodozamene mogu se izdvojiti sledeće hidrodinamičke zone: I. II. III.
Zona intezivne vodozamene (obnavljanje rezervi, velika brzina kretanja, vodosnabdevanje) Zona usporene vodozamene( manje izraženo dreniranje od površinskih voda) Zona veoma usporene vodozamene (dubine veće od 1000 m, male brzine, nema uslova za obnavljane podzemnih voda već je njihovo trajanje jednako trajanju geološkog vremena) Osnovnii ffaktori O kt i koji k ji određuju d đ j hidrodinamičku zonalnost su: odnos hranjenja površinskih i podzemnih voda, geološka-tektonska građa konkretnog regiona, g ,p poroznost,, vodopropusnost, p p , izdašnost vodonosne sredine, njena otkrivenost na površini zemlje, reljef terena i dubina usecanja rečnih tokova i klimatske karakteristike
IZVORI predstavljaju prirodno isticanje izdanskih voda na površinu zemlje Otkriveno i skriveno isticanje (izvori, pištevine) Izvori koncetrisanog i razbijenog tipa Izvori se najčešće javljaju na površini terena gde su otkrivene izdanske zone i na iizraženim ž i ttektonskim kt ki pravcima i ((pukotine, k ti razlomi). l i) Načini N či i pojavljivanja j lji j izvora na površini terena su različiti i prvenstveno uslovljeni uzajamnim dejstvom geološko-tektonskih faktora i lokalne hidrografske mreže. Pojavljivanje j j j izdanskih voda uslovljeno j jje erozionom rasčlanjenošću j ( rečne doline, jaruge, kotline) i filtracionom nejednorodnošću stena vezanom sa litofacijalnim izmenama u planu i profilu, neravnomernom ispucalošću i karstifikovanošću stenskih masa.
Izvori koji se hrane vodama iz izdani u sredinama sa međuzrnskom poroznošću ¾ ¾
Uzlazni (arterski izvori) – mnogo se ređe sreću, imaju prilično ustaljen režim
isticanja sa manjim oscilacijama izdašnosti isticanja, izdašnosti, temperature i hemijskog sastava Silazni- dreniraju izdan sa slobodnim nivoom, njihova izdašnost temperatura i i hemijski sastav su podložni sezonskom kolebanju koje zavisi od hidrometeoroloških uslova date oblasti
Izvori uzlaznog tipa
a - usled otkrivanja arteskih vodonosnih horizonata erozionim procesima; b - usled prisustva partija bolje vodopropusnih stena u okviru relativno vodonepropusne povlate; c - usled prisustva elemenata rasedne tektonike, 1 - vodonosne stene (peskovi); 2 vodonepropusne stene (gline); 3 – relativno vodonepropusne stene (glinoviti peskovi i peskovite gline); 4 - arteski izvor; 5- nivo podzemnihh voda pod pritiskom
Izvori silaznog tipa Barijerni ( prelivni izvor) a - barijeru predstavljaju slabovodopropusne deluvijalne tvorevine; b - izvori se javljaju usled izmene flltracionth svojstava na pravcu kretanja podzemnih voda; c - usled prisustva elemenata rasedne tektonike; 1 - vodonosne stene; 2 - vodonepropusne stene; 3 - nivo izdani; 4 - barijerni izvor
Depresioni izvor 1 - vodonosne d stene t (peskovi); ( k i) 2 - bezvodne b d (vodonepropusne) stene; 3 - nivo izdani; 4 - pravac kretanja podzemnih voda; 5 - depresioni izvor
Kontaktni izvor 1- vodonosne stene (peskovi); 2 - bezvodne (vodonepropusne) stene; 3 3- nivo izdani; 4 - pravac kretanja podzemnth voda; 5 - kontaktni izvor
Izvori koji se hrane vodama pukotinske izdani
¾
Uzlazni (arterski izvori) –vezuju se za određene tektonske pukotine i razlome, koji zaležu dosta duboko ispod lokalnog erozionog bazis, uz prateće visoke pritiske, pregrejanu paru, i,gasove (mineralni izvori)
¾
Silazni-
deo pukotinske izdani iznad lokalnog erozionog bazisa, odnosno za zonu intezivne ispucalostii raspadanja magmatskih, metamorfnih i čvrstih sedimentnih stena.
a - erozioni; b -barijerni; c - kontaktni
Izvori koji se hrane vodama karstne izdani-
¾
Povremeni, stalni( vezani za kanale i pukotine ispod regionalnog nivoa ni oa izdanskih i danskih voda) oda) i submarinski (karstni kanali koji zaležu ispod mora)
o
Snažni karstni izvori (vrela), velike izdašnosti i preko 150 m3/s, neravnomernost u isticanju u toku,godine,javljaju se na obodu karstnih polja,rečnih dolina,jezerskih kotlina i obala mora, silazni ( kontaktni i barijerni) i uzlazni Interminentni izvori ( potajnice) potajnice), povremen, povremen ritmičan rad uslovljen postojanjem kaverni, šupljina i kanala u vidu krive natege ( voda se puni u pećini i kad dostigne visinu veću od kanala izlazi kroz njega napolje) Estavele povremeno rade kao ponori a u Estavele,povremeno drugom slučaju kao povremena vrela
o
o
Karst Crne Gore
Karstna vrela
Homoljska potajnica
p ponori i
Bočatni izvori daju u određenim periodima poluslanu vodu (bočatnu) usled mešanja slanih i slatkih voda Vrulje, slatka voda izvire ispod nivoa mora ( submarinski izvori)
Q - slatka voda; q - slana voda; A - vrelo; B - vrulja; a - podruäje najintenzivnijeg meanja slane I “slatke” vode
Režim podzemnih voda podrazumeva proces iizmene nivoa, i proticaja, ti j temperature, t t hemijskog, h ij k radiloškog, dil šk mikrobiološkog ik bi l šk i gasnog sastava izdanskih voda u vremenu i prostoru pod uticajem prirodnih i antropogenih faktora Hidrometeorološki faktori- atmosferske padavine, atmosferski pritisak,temperatura vazduha,
Hidrološki faktori-utiče na intezitet hidrauličke veze površinskih i podzemnih voda d
Geodinamčki faktori-zemljotresi, vulkani
Veštački (antropogeni faktori)-ekspolatacija izdanskih voda, navodnjavanje i odvodnjavanje poljoprivrednih površina, odvodnjavanje ležišta mineralnih sirovina sirovina, nekontrolisano ispuštanje otpadnih voda voda, izgradnja akumulacija,saobraćajnice, razne vrste otpada, izlivanje nafte, nekontrolissana poljoprivredna aktivnost (pesticidi), klanice.....
Racionalno
korišćenje podzemnih voda i njihova zaštita
Hidrogeološka karta
Hidrogeološki profil
Zahvatanje podzemnih voda pomoću bunara i kaptaža p p
Bušeća garnitura garnitura, bušaća šipka šipka, isplaka kao radni fluid pri bušenju (tretiranje isplake posle i u toku bušenja u basene za isplaku) bušenja,
Ada Ciganlija je veliko izvorište vode za piće; na njoj je izgrađen 21 reni-bunar, a u Makišu šest
Zagađenje podzemnih vodaotpadne vode, čvrst otpad, divlje j deponije,nafta,pesticidi, p j , ,p , farme, klanice...
Povezanost površinskih i podzemnih voda, međusoban prenos zagađenja, naročito ako se u neposrednoj blizini nalazi bunar koji kaptira vodu za piće
Neravnomerno prodiranje zagađenja
Zone sanitarne zaštite I ograđen g vodozahvat kućicom II zona uticaja bunara III slivno područje
