predavanje dr. janje kogovšek: raziskovanje kraških voda

VODA NA KRASU, RAZISKAVE IN SPOZNANJAJanja Kogovšek

Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU

SLOVENIJA 44% JE KRAŠKI SVET IN ½ PREBIVALSTVA PIJE KRAŠKO VODO

10 – 20 % ZEMLJE POKRIVA KRAS IN 25 % SVETOVNEGA PREBIVALSTVA PIJE KRAŠKO VODO

KRAŠKA POLJA Z REKAMI PONIKALNICAMI

UNICA (Planinska jama) ŠKRATOVKA

Velika heterogenost, ranljivost kraških vodonosnikov prek 10 000 kraških jam

Varovanje kraških vodnih virov (strokovne podlage, zakonodaja)

KRAS

STALNO ONESNAŽEVANJE: poselitev, industrija, promet, kmetijstvo… (digesterski ostanek, kurjeki….

NESREČE: v industriji, prometu … (izlitje naftnih derivatov (16 m3) pri Obrovu 1994. Pojav v Rižani

po 14 dneh po padavinah. V 1 tednu izteklo 90 kg – 0,5 % izlite količine.

UČINKOVITO ČIŠČENJE ODPADNIH VODAčistilne naprave so kot tovarne, ki rabijo strokovno vodstvo in stalno kontrolo

delovanja.

MALENŠČICAČRPALIŠČE in ČISTILNA NAPRAVA

Le dobro poznavanje pretakanja voda je osnova za njihovo učinkovito varovanje!

METODE RAZISKAV KRAŠKIH VODA:SLEDENJE NARAVNIH PARAMETROV: • nivo-pretok• temperatura,• električna prevodnost,• vsebnost karbonatov, Ca, Mg, • vsebnost kontaminantov …..• izotopi O, H…• bakteriološke analize …

SLEDENJE Z UMETNIMI SLEDILI

• Sledilni poskusi s fluorescentnimi sledili….

FREKVENCA MERITEV

Raziskave v zadnjih desetletjih izvajamo v odvisnosti od PADAVINSKIH in HIDROLOŠKIH razmer: - zvezne meritve fizikalnih parametrov (nivo - Q, T, EC) ter - kemijske analize - bakteriološke analize- sistematične multiparameterske raziskave (do 4-urni interval) poplavnih valov (pretakanje skozi vadozno

cono in skozi kraške izvire).

ANALIZE SEDIMENTA NA IZVIRU IN SUSPENDIRANIH DELCEV

MERITVE PADAVINPadavine spirajo

onesnaženje s površja (odlagališča, gnojila - kurjeki,

digesterski ostanek, …

NAPAJANJE KRAŠKEGA VODONOSNIKA

SHEMATSKI MODEL KRAŠKEGA VODONOSNIKA (po Hodaliču, 1996; N. Doerfliger & F. Zwahlen, 1995)

• razpršeno skozi vadoznocono (vegetacijski pokrov in prst, debelina vadozne cone od nekaj deset do več sto metrov)

• koncentrirano s kraškimi ponikalnicami

MOJE PRVE RAZISKAVE Meritve pretokov in trdot vode v Planinski jami (150 m): Sprememba pretoka po daljšem

sušnem obdobju ko vsota občasnih padavin 70 mm v namočenem obdobju pa že po 5 mm

Površje nad Postojnsko jamo

METODE, KI SEM JIH UPORABILA

• Meritve količine in razporeditve padavin na površju nad jamo ter zajem mesečnih vzorcev padavin za izotopske analize (18O).

• Podrobno spremljanje pretokov, temperature in spec.el.prevodnosti curkov (I, J, L) –ustrezne sonde z loggerji, čas. Interval 15 min do 1 h.

• Zajemanje vzorcev vode za kemijske analize (karbonatov, kalcija, magnezija ter vsebnosti kontaminantov: kloridov, nitratov, sulfatov in o-fosfatov) in analize sledil (sledilni poskusi)

• Izotopske analize (18O) baznega toka curkov I in J za ugotavljanje zadrževalnih časov padavin.

• Sočasni kombinirani sledilni poskus.

• Električna tomografija za določitev zgradbe zgornjega dela vadozne cone.

Poseben poudarek:

SOČASNA UPORABA METOD, SAJ RAZMERE NISO PONOVLJIVE

OBMOČJE NAČRTOVANIH RAZISKAV Postojnska jama – Kristalni rov (100 m debela vadozna cona)

Postojnska jama – Kristalni rovPodrobna opazovanja curkov: I Q = 0 – 4000 ml/min

J Q = 0,1 – 130 ml/minL Q = 0,05 – 6 ml/min

Curek IIII

Curek JJJJ

Efektivna infiltracija in hidrogrami curkov v 4 zaporednih hidroloških letih

0

20

40

60

80

100

13.7.02 9.1.03 8.7.03 4.1.04 2.7.04 29.12.04 27.6.05 24.12.05 22.6.06

Ief

(mm

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

13. 7. 02 9. 1. 03 8. 7. 03 4. 1. 04 2. 7. 04 29. 12. 04 27. 6. 05 24. 12. 05 22. 6. 06

Q (

ml/m

in)

Q rač Q mercurek I

0

40

80

120

160

13.7.02 9.1.03 8.7.03 4.1.04 2.7.04 29.12.04 27.6.05 24.12.05 22.6.06

Q (

ml/m

in)

Q rač Q mercurek J

0

100

200

300

400

13.7.02 9.1.03 8.7.03 4.1.04 2.7.04 29.12.04 27.6.05 24.12.05 22.6.06

Q (

ml/h

)

curek L

Hidrološko leto P kor I ef I J L Vskupni) P

mm mm m3 m2

2003-2004 1618,3 1225,9 299 12,2 0,16 311,4 255

2004-2005 1560,7 1105,4 175 7,3 0,06 182,2 165

2005-2006 1525,5 1052,5 216 10,4 0,186 226,6 215

PRENOS KONTAMINANTOVcurka I in J ter čisti curek A

do: 180 mg NO3-/l, 70 mg Cl-/l,

70 mg SO42-/l, 2,8 mg PO4

3-/l

350

370

390

410

430

450

16.9.03 15.11.03 14.1.04 14.3.04 13.5.04 12.7.04

SE

P (

µS/c

m)

0

50

100

150

200

Q (

ml/

min

)

SEP Q

0

50

100

150

200

11.8.87 10.8.90 9.8.93 8.8.96 8.8.99 7.8.02 6.8.05

A

G

I

J

L

NITRATI (mg/l)

0

1

2

3

11.8.87 10.8.90 9.8.93 8.8.96 8.8.99 7.8.02 6.8.05

A

G

I

J

L

o-FOSFATI (mg/l)

2

6

10

16.9.03 15.11.03 14.1.04 14.3.04 13.5.04

Klo

ridi,

nitr

ati,

sulfa

ti (m

g/l)

0,6

0,8

1

1,2

o-fo

sfat

i (m

g/l)

Cl NO POCurek J

300

600

900

1200

11.8.87 10.8.90 9.8.93 8.8.96 8.8.99 7.8.02 6.8.05

AGIJL

Spec.el.prevodnost (µS/cm)

0

5

10

15

20

25

21.10.03 31.10.03 10.11.03 20.11.03 30.11.03 10.12.03

Nitr

ati,

sulfa

ti, o

-fos

fati

in k

lorid

i (m

g/l)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Q (

ml/m

in)

Cl NO SO PO x 100 Q (18t)I

SLEDENJA Z UMETNIMI SLEDILIjunij 1993 november 1996

Kombinirano sledenje z dna ponikovalnice in s površja junija 2002

0

1

2

3

1. 6. 93 22. 6. 93 13. 7. 93 3. 8. 93 24. 8. 93 14. 9. 93 5. 10. 93

G, H

, J, L

Cur

anin

a (

ppb)

1 E-03

1 E-01

1 E+01

1 E+03

1 E+05

I - C

ura

nina

(pp

b)

G-c H-c J-c L-c I

0

20

40

60

1. 6. 93 22. 6. 93 13. 7. 93 3. 8. 93 24. 8. 93 14. 9. 93 5. 10. 93

Pad

avin

e (

mm

)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

1.11.96 21.12.96 9.2.97 31.3.97 20.5.97

C u

rani

na (p

pb)

curek I curek J

Curek I J K L

Vdom (m/h): 6.1993 80 0,045 0,044 0,044

Vdom (m/h): 11.1996 4,3 0,67 1,0 1,0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3.6.02 3.6.03 2.6.04 2.6.05 2.6.06 2.6.07 1.6.08

C e

ozin

a (p

pb)

I J L Lp

ELEKTRIČNA TOMOGRAFIJA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

27.7.06 10.8.06 24.8.06 7.9.06 21.9.06 5.10.06 19.10.06 2.11.06 16.11.06

Q-J

(m

l/min

), Q

-L (

ml/h

)

0

200

400

600

800

1000

1200

Q-I

(m

l/min

)

Q - J

Q-L

Q - I

1. posnetek: pred injiciranjem vode

2. posnetek: takoj po injiciranju vode

3. posnetek: 7 dni po injiciranju vode

KAJ LAHKO SKLENEMO• Iztekanje iz vadozne cone je odvisno od infiltracije padavin in od vsakokratne

zapolnjenosti vadozne cone in od pogojev v prsti:- intenzivne in izdatne padavine – zvezno iztekanje po celotni hierarhiji prevodnikov- sušna obdobja – zapolnjevanje vadozne cone,

• Prenos kontaminantov je neposredno vezan na hidrodinamiko:- v sušnih obdobjih je minimalen ali celo izostane – dobra kakovost kraških izvirov- najintenzivnejši po izdatnih padavinah (celotna hierarhija..) – posebno po daljših sušnih obdobjih -

vzorčenje!- plast prsti pomeni pomemben filter in pomeni dolgotrajnejši prenos…

• Kontaminanti (nitrati, kloridi, sulfati in fosfati) povzročajo povečano raztapljanje karbonatne kamnine in večanje prepustnosti prevodnikov v vadozni coni (neposredni izpusti odpadnih voda, odlagališča odpadkov… ), kar pomeni vse hitrejši prenos kontaminantov do kraških izvirov. Z odlagališč odpadkov (30 let) smo ugotavljali hiter prenos sledil tudi ob nizkem vodostaju po manjših padavinah.

• V prepoznavanju vpliva virov onesnaženja na površju na kraške izvire dajejo dobre rezultate sledilni poskusi (dolgotrajna opazovanja), saj kontaminante s kemijskimi analizami običajno le težko zaznamo (velike razredčitve, kompleksno zaledje s številnimi viri onesnaženja.

LE SOČASNA UPORABA VEČIH METOD DAJE POTRJENE REZULTATE !

Uporaba sledilnih poskusov v aplikativnih nalogah

Vpliv odlagališč na kraške vode – določitev točk in programa monitoringa

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

8.4.05 8.5.05 7.6.05 7.7.05 6.8.05 5.9.05 5.10.05 4.11.05 4.12.05 3.1.06 2.2.06

Date

Con

cent

ratio

n of

ura

nine

(pp

b)

0

20

40

60

80

100

120

Q -

Dis

char

ge (

m3 /s)

Timav a Brojnica Sardoč Klariči Q - Timav a

Timava:Vmax=76 m/hVdom=39 m/h

R=93 %

Požiralnost na krasu

SLEDENJE z odlagališča odpadkov Kočevje pri Mozlju

SKLADIŠČE NAFTNIH DERIVATOV pri Ortneku

Sledenje z injiciranjem v požiralnik Tentera pri Ortneku

Sledilni poskusi na slovenskem krasu do 2012: prek 250

SLEDILNI POSKUSIINJICIRANJE SLEDILA

injiciranje

4 kg uranina

11 m3 vode

Poček 565 m n.v.

Malenščica

MALENŠČICA

0

20

40

60

80

100

120

140

1. 8. 15. 22. 29. 6. 13. 20. 27. 3. 10. 17. 24. 31. 7. 14. 21. 28. 5. 12. 19. 26. 2. 9. 16. 23. 30. 7. 14. 21. 28.

Pad

avin

e -

Pre

cipi

tatio

ns (m

m)

1

10

100

Pre

tok

- D

isch

arge

(m3/

s)

P - Jurišče P - Postojna Q - Malni Q - Vipava

19976. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

1. 6. 15. 6. 29. 6. 13. 7. 27. 7. 10. 8. 24. 8. 7. 9. 21. 9. 5. 10. 19. 10. 2. 11. 16. 11. 30. 11. 14. 12. 28. 12.

Kon

cent

ratio

n of

ura

nina

(pp

b) Vipava Malni

1997

RAZTEKANJE VODE S POČKA

Kraški izvir MALENŠČICA Q (1,2 - 10 m3/s) in njegovo zaledje

• V sušnih obdobjih je prenos onesnaženja minimalen.

• Padavine pomenijo spiranje onesnaženja

• Visoke vode učinkovito spirajo zaledja vodonosnikov in pride do vzpostavitve boljšega stanja.

UPORABLJENE METODE RAZISKAV:

• SLEDENJA PODZEMNIH VODA V ZALEDJU Malenščice (od leta 1939 dalje, zadnja tri sledenja v letih 2008 in 2009)

• HIDROKEMIČNE ANALIZE VODA V ŠIRŠEM ZALEDJU (na ponoru M.Karlovica, Rak na izviru, Kotliči, Malenščica)

• BAKTERIOLOŠKE PREISKAVE V ŠIRŠEM ZALEDJU

• Raziskave v zadnjih 15 letih so potekale v odvisnosti od PADAVINSKIH in HIDROLOŠKIH razmer:

- zvezne meritve fizikalnih parametrov (Q, T, EC) ter

- kemijske analize; sistematične pogoste (do 4-urni interval) po padavinah v poplavnih valovih.

Sočasne raziskave pretakanje skozi vadozno cono in kraške izvire.

BAKTERIOLOŠKE PREISKAVE(maj, junij 2012):

- število vseh živih bakterij (37oC 24 h)

- število koliformnih bakterij (37oC 24 h)

- število E.Coli (37oC 24 h)

- število enterobakterij(37oC 24 h)

0

2

4

6

8

10

12

14

20.5.08 22.5.08 24.5.08 26.5.08 28.5.08

C u

rani

na (

ppb)

C - Kotliči C-Rak.rokavC - Unica C - Malenščica

HITROSTI pretakanja Rak-Malenščica:srednji vodostaj 101 m/hvisok vodostaj 190 m/hnizek vodostaj 7 m/h

SKLEPI• Osnova za dobro gospodarjenje s kraškimi vodnimi viri je dobro

poznavanje njihovih zaledij (predvsem sledilni poskusi)

• Pravo kakovostno sliko kraških izvirov dajo le analize indikativnih parametrov v odvisnosti od padavinskih in hidroloških razmer! (ARSO, upravljalci vodovodov)

• Številni kraški vodni viri imajo zelo kompleksno zaledje – le sočasna uporaba številnih metod daje rezultate (meritve fizikalnih, kemijskih, bakterioloških parametrov, sledilni poskusi, analiza trdnih delcev, sedimenta, poznavanje geologije….)

• Žal pa nova uporabna spoznanja prepočasi prehajajo v prakso. (Tako se je skrb ob močno poslabšani kakovosti številnih zajetih kraških izvirov v letu 2012 po izboljšanju hitro polegla).