Hidrogeologija krša

Skripta za akademsku godinu 2012/2013

1

Sadržaj 1. UVOD..................................................................................................3 2. KRŠ I NJEGOVE TEMELJNE ZNAČAJKE .....................................................6 2.1. Tipovi krša.................................................................................10 2.2. Stvaranje krša ...........................................................................12 2.3. Krški oblici i hidrogeološki krški objekti ....................................15

3. KRŠKI VODONOSNICI .........................................................................36 3.1. Krški vodonosnici u visokom kršu..............................................43 3.2. Krški vodonosnici u priobalnim područjima pod mogućim utjecajem mora ................................................................................47 3.3. Ranjivost krških vodonosnika ....................................................75

4. ISTRAŽIVANJA I OBRADA PRIKUPLJENIH PODATAKA ..............................78 4.1. Geomorfološki istraživački radovi..............................................78 4.2. Daljinska istraživanja ................................................................80 4.3. Geološki istraživački radovi .......................................................84 4.4. Geofizički istraživački radovi .....................................................85

4.4.1. Geoelektrična istraživanja ...................................................86 4.4.2. Refrakcijska seizmika ..........................................................88 4.4.3. Karotažna mjerenja .............................................................90 4.4.4. Seizmička tomografija .........................................................91

4.5. Istraživačko bušenje .................................................................92 4.6. Trasiranje podzemnih tokova bojanjem.....................................96

4.6.1. Kvalitativno trasiranje bojanjem........................................ 101 4.6.1.1. Odabir boje za kvalitativno trasiranje .......................... 101 4.6.1.2. Odreñivanje količine boje za injektiranje ..................... 103 4.6.1.3. Postupak bojanja ......................................................... 104 4.6.1.4. Oprema i postupci za utvrñivanje pojave boje ............. 106

4.6.2. Kvantitativno trasiranje bojanjem ..................................... 110 4.6.2.1. Odabir boje za injektiranje........................................... 114 4.6.2.2. Odreñivanje količine boje za kvantitativno trasiranje bojanjem................................................................................... 114 4.6.2.3. Rukovanje bojom i postupak kvantitativnog trasiranja 115 4.6.2.4. Fluorometri .................................................................. 118 4.6.2.5. Izračunavanje mase injektirane boje i mase boje koja se pojavila na opažačkom mjestu .................................................. 121 4.6.2.6. Uzimanje uzoraka ........................................................ 122 4.6.2.7. Postupanje s uzorcima i analize ................................... 124 4.6.2.8. Priprema podataka....................................................... 124

4.6.3. Analize i korištenje rezultata trasiranja bojanjem ............. 125 4.6.3.1. Krivulja pojave boje ..................................................... 127 4.6.3.2. Normalizirana koncentracija i opterećenje................... 130 4.6.3.3. Vrijeme putovanja........................................................ 133

2

4.6.3.4. Disperzija..................................................................... 135 4.6.4. Sumarni pregled kvantitativnih značajki tečenja podzemne vode u krškim vodonosnicima...................................................... 137 4.6.5. Primjer izračunavanja kvantitativnih značajki krškog podzemnog toka .......................................................................... 140

4.7. Speleološka istraživanja .......................................................... 145 4.8. Hidrološka mjerenja ................................................................ 148

4.8.1. Oborine.............................................................................. 150 4.8.2. Isparavanje ....................................................................... 161 4.8.3. Infiltracija ......................................................................... 163 4.8.4. Istjecanje .......................................................................... 171

4.8.4.1. Hidrološka obilježja krivulje recesije ........................... 179 4.8.4.2. Odreñivanje prosječnih hidrogeoloških parametara na temelju koeficijenta recesije glavne recesijske krivulje ............ 187 4.8.4.3. Primjer procjene parametara za sliv izvora Sv. Ivan .... 193

4.9. Odreñivanje kakvoće krških podzemnih voda .......................... 195 5. STRUJANJE PODZEMNE VODE U KRŠU ................................................ 199 5.1. Osnovni model strujanja podzemne vode u kršu ..................... 199 5.2. Razvodnice, podzemni tokovi i brzine tečenja ......................... 203

6. LITERATURA .................................................................................... 207

3

1. UVOD

Pojam krš se odnosi na terene osobitih geomorfoloških, geoloških i

hidrogeoloških svojstava. Za njegov značajni razvitak nužna su tri preduvjeta. Prvi

preduvjet je postojanje stijena podložnih kemijskoj razgradnji pod utjecajem vode.

Drugi preduvjet je tektonska oštećenost stijenske mase odnosno postojanje pukotina i

prslina u koje može prodrijeti voda. Treći preduvjet su klimatski uvjeti s relativno

velikom količinom oborina. Ako su ti preduvjeti ispunjeni dolazi do procesa

okršavanja. Rezultat tog procesa je nastajanje različitih krških oblika i pojava na

površini terena i u podzemlju.

Okršavanjem se u podzemlju razvija pukotinska i kavernska poroznost koje

omogućuju infiltraciju oborinskih voda u krško podzemlje, složenu cirkulaciju vode u

krškom podzemlju i nastajanje krških vodonosnika sa specifičnom dinamikom

podzemne vode.

Unatoč činjenici da protjecanje podzemnih voda kroz krške vodonosnike

podliježe istim prirodnim silama kao i u drugim tipovima vodonosnika kod kojih sam

proces cirkulacije vode nema utjecaja na njihove hidrogeološke značajke

(transmisivnost i uskladištenje), to nije slučaj s kršem, upravo zbog značajne uloge

topivosti stijena. Cirkulacija podzemnih voda u krškim stijenama uzrokuje postupno

napredovanje otapanja i povećanja šupljina, te proporcionalno povećanje propusnosti.

Krški vodonosnici razvijaju se s vremenom i to ih razlikuje od drugih vodonosnih

sustava. Iako krške stijene mogu imati i primarnu intergranularnu poroznost i

sekundarnu pukotinsku ipak se većina toka podzemne vode odvija kroz šupljine

nastale otapanjem stijena (kavernska poroznost).

Dakle, identifikacija krških vodonosnika podrazumijeva odreñivanje prostornog

smještaja vodonosnika, dimenzija vodonosnika, nadzemnih i podzemnih krških oblika i

objekata, te dinamiku voda u najširem smislu te riječi. Za identifikaciju krških

vodonosnika potrebno je raspolagati dovoljnim brojem pouzdanih podataka do kojih se

može doći samo temeljito isplaniranim i izvedenim istraživanjima. Podaci dobiveni

istraživanjima moraju se obraditi odgovarajućim metodama, a rezultate treba prikazati

na odgovarajućim podlogama.

4

Pokazalo se da je pri prikupljanju i obradi hidrogeoloških podataka najbolje

koristiti pristup “ulaz-podzemlje-izlaz”.

Na ulazu je važno imati što točnije podatke o količinama vode koje u krški

vodonosnik dolaze s površine terena ili dotječu podzemno iz susjednih područja. Pri

tome treba poznavati granice tzv. krškog sliva i hidrogeološke odnose sa susjednim

slivovima, te klimatološko-meteorološke značajke područja.

Informacije o krškom podzemlju odnose se na mehanizam tečenja podzemnih

voda, prostorni raspored značajnih podzemnih tokova, brzine tečenja podzemne vode,

postojanje podzemnih akumulacija i dr. O krškom podzemlju obično ima najmanje

informacija zbog nepristupačnosti, složenosti geoloških i hidrogeoloških odnosa i

nesavršenosti, te visoke cijene istraživačkih metoda. Naime, suvremene geofizičke

metode i metode daljinske detekcije omogućuju posredno dobivanje informacija o

krškom podzemlju koje obično nisu jednoznačne i treba ih provjeriti drugim, izravnim

metodama, kao što su speleološka istraživanja i bušenje. Speleološka istraživanja nisu

svuda moguća, a s druge strane, u pravilu nije moguće izvesti dovoljan broj bušotina.

Informacije o izlazu se odnose na količinu i kakvoću podzemne vode koja se

pojavljuje na izvoru ili u zoni izviranja. Te je podatke razmjerno lako prikupiti zbog

jednostavnosti pristupa mjestima istjecanja podzemne vode i zbog jednostavnih,

pouzdanih i jeftinih metoda mjerenja, no često je problem osigurati vremenski

dovoljno duga mjerenja.

Dakle, za uspješnu identifikaciju krških vodonosnika moraju se poznavati

geološki, geomorfološki, hidrogeološki i hidrološki odnosi unutar krškog slivnog

područja.

I pri obradi prikupljenih podataka najbolje se držati pristupa ”ulaz-podzemlje-

izlaz”. Pri tome je podatke moguće obraditi na dva načina.

Jedan način je izrada fizičkog modela krškog sliva na temelju prikupljenih

podataka. Prema tom modelu izvode se zaključci o reakcijama na izlazu. Nedostatak

ovog načina je moguća nepouzdanost podataka o podzemlju.

Drugi način obrade prikupljenih informacija polazi od prepoznavanja podzemnog

sustava na temelju matematičko-statističkih obrada informacija o izlazu i ulazu. Ovaj

način uglavnom koriste hidrolozi, a nedostak mu je što se njime ne može dobiti slika o

prostornom položaju posredno uočenih značajki podzemlja.

5

Zbog nedostataka i jednog i drugog načina nužna je kritička prosudba i

usporedba dobivenih rezultata. Podudarnost rezultata dobivenih i jednim i drugim

načinom obrade najbolji je put do upoznavanja stvarnog stanja krškog sliva, dinamike

i bilance podzemnih voda u njemu.

Kada se procijene bitne značajke krškog podzemlja, može se prići utvrñivanju

dinamike podzemnih voda.

6

2. KRŠ I NJEGOVE TEMELJNE ZNAČAJKE

Internacionalni termin koji se koristi za terene s karakterističnim hidrogeološkim

i geomorfološkim oblicima je karst, a hrvatski krš. Krš je specifičan reljef koji se

razvija samo u topivim stijenama. Najtopivije stijene su halit, gips i anhidrit i još neke

monomineralne stijene izgrañene od kloridnih ili sulfatnih minerala, no one relativno

malo sudjeluju u grañi litosfere, pa se po značaju i rasprostranjenosti ističu nešto

slabije topive karbonatne stijene. Stoga se u praksi pod pojmom krš obično

podrazumijevaju područja čiji je razvoj uglavnom vezan za karbonatne stijene,

vapnence i dolomite. Stijene podložne okršavanju tvore oko 25% površine kopnenog

dijela Zemlje (slika 2.1) i gotovo 50% kopnene površine Republike Hrvatske (slika

2.2).

Slika 2.1. Rasprostranjenost karbonatnih stijena u svijetu

7

Slika 2.2. Geološka karta Republike Hrvatske

Da bi uopće moglo doći do otapanja vapnenca nužna je neka minimalna količina

oborina. Tako se krški oblici ne razvijaju u područjima s manje od 250 - 300 mm/god

oborina. Maksimalno okršavanje se dogaña u područjima s velikom količinom oborina i

područjima gdje se sezonski izmjenjuju izrazito vlažna i sušna razdoblja (Sweeting,

1973). Na području Republike Hrvatske najviše oborina pada upravo na području

izgrañenom od karbonatnih stijena (slika 2.3).

Slika 2.3. Srednja godišnja količina oborina na teritoriju Republike Hrvatske

8

Već je rečeno da je preduvjet za okršavanje mehanička oštećenost

(razlomljenost) stijenske mase tako da je ona do neke mjere vodopropusna, odnosno

da postoji mogućnost prodora vode s površine terena u dublje dijelove stijenske mase.

Pukotine i prsline mogu biti različite s obzirom na postanak, veličinu, položaj,

otvorenost, ispunjenost, pravac pružanja, nagib i dr. O svim tim značajkama ovisi

količina vode koja prodire u podzemlje i dubina, smjer i brzina gravitacijskog tečenja,

što opet utječe na proces okršavanja.

Pukotine i prsline su najčešće posljedica tektonike, no uslijed tektonskih

kretanja stijenska masa može biti borana i može tvoriti antiklinalne i/ili sinklinalne

forme, koje mogu biti naknadno izrasijedane s jednim ili više rasjednih sustava i

smaknute po vertikali ili po horizontali.

Najveći dio karbonatnih stijena na području Republike Hrvatske tektonski je jako

oštećen (slika 2.4).

Slika 2.4. Isječak iz Osnovne geološke karte - List Dubrovnik s brojnim tektonskim

elementima

Takva degradacija stijenske mase omogućuje gravitacijski prodor vode u

podzemlje i u slučaju da je stijena, s obzirom na litološki sastav, topiva u vodi,

intenzivno okršavanje (slika 2.5).

9

Slika 2.5. Hidrogeološka karta RH, M 1:300.000 (preuzeto iz arhive HGI)

Osim specifičnog reljefa temeljna značajka krških terena je slabo razvijena

hidrografska mreža (slika 2.6).

Slika 2.6. Hidrografska mreža na području Republike Hrvatske

10

2.1. Tipovi krša

Raznolikost litološko-tektonskih značajki stijena uvjetuje posebnosti okršavanja,

pa postoje brojni tipovi krša.

Jednu od najdetaljnijih raščlambi krša dao je M.Herak (1977). On na temelju

tektogeneze razlikuje epikontinentalni i geosinklinalni tip krša.

Epikontinentalni tip krša razvrstao je u četiri skupine. To su:

Tabularni krš koji je razvijen horizontalno ili približno horizontalno uslojenim

sedimentima koji leže na jasno izraženoj nepropusnoj podini. Krški oblici su razvijeni

pretežito po horizontali, a najčešće su to špilje i špiljski sustavi.

Borani krš razvijen je na terenima s makroborama, ali bez navlaka i ljusaka.

Bore usmjeravaju napredovanje procesa okršavanja i kretanje podzemnih voda.

Bazenski krš razvijen je u području depresija u terenima s čestim izmjenama

karbonatnih i klastičnih stijena. U njemu su podzemne vode uglavnom pod tlakom.

Duboki krš razvijen je u karbonatnim naslagama velike debljine, a podinu mu

čine iste, samo neokršene stijene.

Geosinklinalni tip krša razvijen je u karbonatnim stijenama koje su tijekom

orogeneze borane i razlomljene. I kod ovog tipa krša M. Herak razlikuje četiri skupine:

Lećasti krš razvijen je u karbonatnim lećama unutar nekarbonatnih orogenskih

struktura.

Borani krš koji je razvijen u sredinama s karbonatnim antiformama i klastičnim

sinformama. Antiforme su pogodne sredine za formiranje vode temeljnice, a sinforme

imaju usporivačku ulogu.

Disecirani krš karakterističan je za terene gdje je stijenska masa tektonski

dezintegrirana do nepropusne podloge. U dolinama koje su usječene u nepropusnu

podlogu formiraju se tokovi bogati vodom.

Akumulirani krš karakterističan je za debele karbonatne naslage koje su bile

izložene intenzivnoj tektonici, dubina okršavanja je nepoznata, a na površini terena su

zastupljeni svi krški oblici i pojave.

Osim ove Herakove klasifikacije, koriste se i druge podjele krša, pa se primjerice

krš dijeli na primorski i kontinentalni, fosilni i recentni, plitki i duboki i dr.

11

U literaturi često se nailazi na pojmove egzokrš, endokrš i kriptokrš (skriveni

krš). Egzokrš se odnosi na sve krške oblike koji se mogu pronaći na površini krških

terena. Endokrš obuhvaća podzemne oblike i često se dijeli na hiperkrš (forme nastale

cirkulacijom i djelovanjem meteorskih voda) i hipokrš (utjecaj juvenilnih i konatnih

voda). Kriptokrš ili skriveni krš odnosi se na krške forme razvijene ispod krovine s

propusnim sedimenatima (tlo, humus, periglacijalne naslage i rezidualne gline).

Ponegdje se može naći krš zatrpan kasnije konsolidiranim stijenama i on je

inertan tj. hidrogeološki je izdvojen od ostatka sustava. Takav krš naziva se paleokrš.

Uglavnom je tektonski poremećen i vrlo često su na njemu istaložene klastične stijene.

Povremeno se paleokrš može ponovno pojaviti na površini i biti reintegriran u aktivni

hidrogeološki sustav. Za razliku od paleokrša reliktni krš je u vezi s ostatkom sustava,

ali je premješten s mjesta na kojem je nastao. Karst barre ili izolirani krš ograñen je

nepropusnim stijenama. Trakasti krš (stripe karst) je podtip izoliranog, gdje stješnjene

trake vapnenca izviruju kroz dominantnu klastičnu sekvencu obično s vrlo strmim ili

vertikalnim nagibom sloja. Veliki značaj ima kontaktni krš u kojem voda dotječe sa

susjednih netopivih terena kreirajući na kontaktu s topivima vrlo velike i guste krške

površinske forme. Izmjena u sastavu vapnenca modificira krški proces, te na

laporovitim vapnencima ostaje rahli pokrov. U modeliranju reljefa na tim stijenama

kombiniraju se spiranje padina, površinsko otjecanje, otapanje i poniranje, a rezultat

toga je složeni fluviokrš. Do sličnih izmjena dolazi u dolomitima, koji se drobe u fini

pijesak. Reljef na dolomitima je raznolik s obzirom na razlike u sastavu i klimatske

uvjete. Krš u kredi redovito je prekriven tlom i obrastao vegetacijom, tj. plitke

izolirane udubine su kombinirane s oblicima spiranja, i ima osobine fluviokrša. Osim

spomenutih u literaturi se pronalazi još niz različitih termina za različite tipove krša,

kao na primjer klastokrš, pseudokrš, kriokrš, termokrš, duboki i plitki krš, zajaženi,

osamljeni, pokriveni, epikrš, boginjavi, ekshumirani, podzemni, fosilni, akumulirani,

dubinski, umrtvljeni, ponikvasti, stožasti, šumoviti, ogoljeni, visokoplaninski,

subarktički, polukrš, potpuni ili holokrš, makro i mikro krš, rudimentni, mediteranski,

srednjoeuropski, obalni, linearni, rebrasti i tektokrš.

Ovakvo mnoštvo termina i vrsta krša uvjetovano je različitim litologijama,

klimatskim uvjetima i općenito geomorfološkim procesima koji utječu na topive

12

stijene. Osim toga, promatra se i odnos okršenih stijena prema neokršenim tj. njihov

prostorni smještaj.

2.2. Stvaranje krša

Krš, posebno u Hrvatskoj, nastaje u karbonatnim stijenama. Naime, minerali

kalcit i dolomit, koji su glavni sastojci karbonatnih stijena (sadržaj kalcita u

vapnencima i dolomita u dolomitima kreće se u granicama od 85% do 95%), podložni

su u prirodnim uvjetima kemijskom trošenju pod utjecajem vode. To posebno vrijedi

za kalcit, pa su vapnenci najskloniji okršavanju.

Dakle, intenzitet okršavanja neke stijene ovisi o udjelu kalcita u njezinom

sastavu. Sam proces kemijskog trošenja kalcita uvjetovan je prisustvom ugljične

kiseline u vodi koja dolazi u dodir s kalcitom pri čemu se odvija sljedeća reakcija:

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2

Reakcija procesa je reverzibilna. Moguć je i obrnuti smjer odvijanja reakcije pri

čemu se u odreñenim uvjetima izlučuje kalcijev karbonat, te nastaju nakupine tvari

kao što su sedra (travertin) i sigovina (stalaktiti, stalagmiti, itd.).

Odvijanje procesa kemijskog trošenja (otapanja) karbonatnih stijena može se

dobro uočiti na sljedećem shematskom prikazu.

Prema shemi na slici 2.7 kemijsko trošenje karbonatnih stijena odvija se u

sljedećim fazama:

1. otapanje CO2 iz atmosfere u oborinskim vodama i stvaranje ugljične

kiseline;

2. infiltracja vodene otopine ugljične kiseline u tlo i disocijacija na HCO3- i

H+;

3. prodor vodikovih iona do karbonatne stijene;

4. reakcija vodikovih iona s ionima karbonata na površini kristala i stvaranje

iona bikarbonata koji ulazi u granični sloj;

5. difuzija bikarbonatnog iona kroz granični sloj natrag u vodenu otopinu;

6. oslobañanje iona kalcija sa površine kristala kalcita;

7. difuzija iona kalcija kroz granični sloj u otopinu.

13

Slika 2.7. Shema procesa otapanja kalcita u prirodnim uvjetima (Barešić, 2009)

Intenzitet okršavanja ovisi i o temperaturi. Laboratorijskim pokusima je

utvrñeno da se u jednoj litri vode temperature od 0°C otopi 4 do 5 puta više vapnenca

nego kod temperature od 30°C ili čak šest puta više nego pri temperaturi od 40°C. Ta

pojava je protumačena činjenicom da topivost CO2 u vodi opada s porastom

temperature. Meñutim, neka terenska istraživanja u Kini pokazala su da je okršavanje

intenzivnije u južnim predjelima s višim temperaturama. No, kako je okršavanje vrlo

složeni proces, utjecaj faktora temperature treba promatrati zajedno s drugim

faktorima kao što su količina oborina, temperaturne oscilacije, utjecaj šumskog

pokrivača, stupanj mehaničke oštećenosti stijene i dr. pa su vjerojatno autori oba

istraživanja u pravu.

Prema Barešić (2009) osim temperature presudna veličina za proces taloženja

odnosno otapanje kalcita je pH koji mora biti iznad 8 da bi došlo do taloženja. Biljke

prilikom fotosinteze konzumiraju otopljeni CO2 u vodi, čime pomiču karbonatnu

ravnotežu, a pH vrijednost raste. Neke biljke pri tom koriste samo slobodni CO2, a

neke mogu koristiti i HCO3- i CO3

2-. Uloga fotosinteze u procesu taloženja kalcita

vidljiva je u tome što se kalcit taloži u vrijeme najveće fotosintetske aktivnosti, od

14

proljeća do jeseni. Tome dodatno pridonosi i spomenuta činjenica da topivost kalcita

pada s povišenjem temperature što takoñer pospješuje proljetno/ljetno taloženje.

Ovdje treba naglasiti da se kalcit u obliku jezerskog sedimenta i sedri taloži i zimi, ali

znatno slabijim intenzitetom.

U prirodi se rijetko susreću stijene koje se sastoje isključivo od kalcita ili

dolomita. Mnogo su češće stijene izgrañene od kombinacije ta dva minerala u

različitim omjerima, o čemu ovisi i njihova topivost u vodi, odnosno sklonost

okršavanju. U pravilu je dolomit slabije topiv od kalcita, no to nije uvijek slučaj. Da je

u odreñenim uvjetima topivost dolomita veća od topivosti kalcita može se vidjeti iz

dijagrama na slici 2.8.

Slika 2.8. Odnos topivosti dolomita i kalcita ovisno o temperaturi i koncentraciji CO2 i

CaSO4 (prema D.S. Sokolovu, 1962)

Dakle, prema Sokolovu (1962) topivost dolomita veća je od topivosti kalcita pri

višim temperaturama, u vodi koja sadrži veću količinu otopljenog CO2 i uz prisutnost

CaSO4 u sustavu. Osim toga na topivost dolomita djeluje stupanj kristalizacije,

mehanička (tektonska) oštećenost stijenske mase, grusifikacija (pretvaranje stijene u

dolomitni pijesak) i dr.

Stupanj okršenosti dolomita, uz položaj unutar stijenske mase, uvjetuje njihovu

hidrogeološku funkciju. Tako relativno mali dolomitni kompleksi unutar vapnenačkog

okruženja obično imaju funkciju djelomične hidrogeološke barijere. Ako se dolomiti

nalaze u jezgrama antiklinala imaju funkciju barijere, a ukoliko leže preko debljih

naslaga fliša ili sličnih slabopropusnih stijenskih kompleksa mogu imati veće kaverne,

pa imaju funkciju vodonosnika.

15

Klastične stijene s intergranularnom poroznosti unutar okršene karbonatne

stijenske mase takoñer imaju hidrogeološku funkciju, a ona najviše ovisi o njihovom

položaju. Tako, ukoliko se nalaze u krovini okršenih karbonatnih stijena, mogu imati,

ovisno o propusnosti, ulogu pokrovnog hidrogeološkog izolatora ili kolektora iz kojeg

se podzemna voda procjeñuje u krški vodonosnik. Ako se pak nalaze u podini okršene

stijenske mase ili su s njom u lateralnom kontaktu, obično imaju funkciju izolatora.

Dakle, općenito najveći dio krških područja izgrañuju karbonatne stijene s

različitom količinom pukotina. Ovisno o litološkom sastavu i geološkim strukturama u

zoni cirkulacije podzemne vode pukotine su više ili manje proširene otapanjem što

rezultira razvitkom različitih krških oblika i objekata.

2.3. Krški oblici i hidrogeološki krški objekti

Najuočljiviji neposredni pokazatelj okršavanja su odreñeni oblici ili forme koje su

svojstvene samo krškim terenima. Najveći dio formi na terenu izravna je posljedica

otapanja topivih karbonatnih stijena i značajka su područja koja imaju vertikalnu i

horizontalnu podzemnu drenažu.

Meñu krškim oblicima ističu se škrape, vrtače (ponikve, doci), kanjoni, doline,

krške uvale ili zavale, krška polja, krške zaravni, jame, špilje, kaverne, ponori, krška

okna, krški izvori, estavele, vrulje i podzemni tokovi.

Škrape su najmanji, ali najčešći krški oblici na površini. Predstavljaju različite

udubine na površini topivih stijena, najčešće vapnenaca, nastale korozivnim i

erozivnim, djelovanjem vode. Mogu biti mikroskopskih dimenzija, no neke škrape

dosežu veličine od 10-ak m. Oblika su mreža i žljebova. Škrape u obliku žljebova, ili

rebraste škrape, nastaju kao posljedica korozijskog djelovanja vode na strmijim

dijelovima golih, vapnenačkih stijena (slika 2.9.a). Zbog otjecanja vode žljebovi se

produbljuju, a rubovi im postaju vrlo oštri. Škrape u obliku mreža nastaju na blago

nagnutim i ravnim područjima gdje se nalaze male pukotine koje se pod utjecajem

vode proširuju i produbljuju (slika 2.9.b). Na blagim udubljenjima u kršu, kao

posljedica korozivnog djelovanja vode, nastaju široka i plitka udubljenja koja se zovu

16

kamenice (slika 2.9.c). Područja golog krša, s brojnim škrapama poznata su pod

nazivom škrapavi ili ljuti krš.

(a)

(b)

(c)

Slika 2.9. Škrape u obliku žljebova (a), mreža (b) i kamenica (c)

Vrtače (ponikve, doci) su depresije koje omogućuju izravan put površinskoj

vodi da se drenira u podzemlje. Mogu se pojaviti pojedinačno ili u grupama smještene

vrlo blizu jedna drugoj. Nastanak vrtača rezultat je različitih prirodnih procesa koji

obično djeluju istovremeno, a meñu njima se ističu otapanje, urušavanje svoda špilja i

usjedanje. Vrtače uglavnom nastaju urušavanjem površinskog materijala u podzemlje

što rezultira nastankom depresije strmih stranica. Razlikuju se dva tipa urušavanja pri

kojima nastaju vrtače: (1) propadanje površinskog materijala u otapanjem proširene

šupljine u karbonatnoj stijeni i (2) urušavanje karbonatnog svoda špilje. Vrtača nastala

urušavanjem špiljskog svoda može biti plitka ili duboka i nastaje u času kada više svod

špilje ne može izdržati vlastitu težinu i/ili težinu materijala u krovini.

Promjer im je obično veći od dubine, a veličina prosječne vrtače kreće se od

metra do nekoliko desetaka metara u dubinu i više stotina metara u promjeru. Vrtače

su općenito u tlocrtu kružnog ili ovalnog oblika, no imaju široki raspon formi kao što su

zdjelasta, konična, cilindrična i sl. (Jennings, 1985). Povećana veličina obično je

povezana s većom složenosti oblika. Vrtače se često razvijaju po pružanju rasjeda. To

često rezultira s asimetričnosti vrtače, a duža dimenzija podudara se s pružanjem

rasjeda.

Šire gledano termin vrtača korišten je za označavanje različitih topografskih

depresija koje su posljedica većeg broja geoloških ili antropogenih procesa (slika

2.10).

17

1. priobalni izvor 2. vrtača sa začepljenim dnom – tvori slano

jezero 3. jezero / izvor pitke vode 4. početak stvaranja vrtače u pukotini

5. jezero formirano u zatrpanoj vrtači 6. urušavanje krovine u proširene pukotine i

kanale 7. urušavanje krovine i zatrpavanje podzemne

kaverne 8. urušavanje krovine u veliku podzemnu

kavernu Slika 2.10. Postanak i različite funkcije vrtača

Broj vrtača općenito ovisi o prirodi površine terena i dubini okršavanja. Općenito

na zaravnjenim dijelovima terena postoji veći broj manjih vrtača, dok se na

brežuljkastom reljefu obično nalazi samo nekoliko, ali većih vrtača. Na strmim

padinama vrtače su rijetke, a ukoliko se nañu, češće su rezultat urušavanja svodova

špilja nego postupnog usjedanja površinskog materijala (Milanović, 1981).

Vrtače mogu takoñer nastati i kao rezultat ljudskih aktivnosti kojima se

ubrzavaju prirodni procesi. Tako inducirano nastale vrtače mogu biti rezultat

eksploatacije podzemne vode i djelovanja površinskih voda koje potiču eroziju

nekonsolidiranog pokrova i odnošenje materijala u podzemne šupljine proširene

otapanjem (Newton, 1987).

Postoje brojne klasifikacije vrtača koje se temelje na značajkama procesa

kojima su nastale, veličini i orijentaciji, odnosu prema površinskim vodama i s obzirom

na vodno lice. S hidrogeološkog stajališta najkorisnija je klasifikacija koja se temelji na

sposobnosti vrtače da omogući prodor vode u podzemlje. Ona uzima u obzir odnos

izmeñu vrtače i sustava s podzemnom vodom, odnosno potencijal vrtače da uvede

površinsku vodu u podzemlje. Klasifikaciju su osmislili Mull, Smoot i Liebermann

(1988) da bi identificirali vrtače s najvećim potencijalom da zagade podzemnu vodu u

području Elizabethtowna u Kentuckyu. Kriterij za klasifikaciju vrtača temelji se na

materijalu u kojem je vrtača razvijena (sedimentna stijena) i postojanju ili

nepostojanju ponora na dnu vrtače.

Temeljem tih kriterija izdvojili su četiri tipa vrtača:

18

(1) vrtače razvijene u nekonsolidiranom materijalu pokrivača bez izdanaka

stijene u depresiji, no s dobro razvijenim otvorenim ponorom koji se

prazni u stijenu u podlozi;

(2) vrtače s izdancima stijena u depresiji i dobro razvijenim ponorom koji se

prazni u stijenu u podlozi;

(3) vrtače ili depresije čije je dno prekriveno sedimentima i u kojima nema

izdanaka temeljne stijene;

(4) vrtače s izdancima temeljne stijene u kojima je dno pokriveno i/ili su

odvodi začepljeni sedimentnim materijalom.

Vrtače tipa 1 i 2 imaju dobro razvijen, otvoren dren ili ponor i zbog toga imaju

najveći potencijal da zagade podzemnu vodu, jer je otvoreni dren obično povezan s

podzemnim otvorima koji vode izravno do vodonosnog sustava. Tako nema

mogućnosti za “popravljanje” kakvoće vode procesom filtracije, što se može dogoditi

ako voda prolazi kroz tlo ili drugi nekonsolidirani material na dnu vrtača tipa 3 i 4 kod

kojih nema otvorenih ponora.

Iako vrtače tipa 3 i tipa 4 mogu biti hidraulički povezane s vodonosnim

sustavom, potencijal za zagañivanje krškog vodonosnika je manji nego kod vrtača s

otvorenim drenovima, jer se pri procjeñivanju vode kroz sedimente mogu odviti

purifikacijski procesi kojima se popravlja kvaliteta vode koja ulazi u vodonosnik.

Vrtače su često najrasprostranjeniji znak okršavanja. Iako neki autori smatraju

odsustvo vrtača dovoljnim znakom da se jedno područje klasificira kao nekrško,

Dalgleish i Alexander (1984) ističu da se na nekim područjima na srednjem zapadu

SAD-a više od 60% postojećih vrtača ne može uočiti na topografskoj karti mjerila

1:25.000. Takoñer, Quinlan i Ewers (1985) drže da se krš ne može definirati samo s

obzirom na postojanje i nepostojanje vrtača na odreñenom terenu. Konačno se može

reći da gotovo svaki teren na kojem se blizu površine nalaze karbonatne stijene ima

odreñeni stupanj okršenosti. Područje s mnoštvom vrtača naziva se boginjavi krš

(slika 2.11).

19

Slika 2.11. Boginjavi krš

Najdublje vrtače u Hrvatskoj su Crveno i Modro jezero kod Imotskog (slika

2.12).

Ponekad vrtače mogu biti vrlo duboke pa se radi o prijelaznom obliku izmeñu

ponikve i jame, a zove se japaga. Reljefni oblici slični vrtačama su uvale i doci. To su

udubljenja veća od vrtača, a manja od polja u kršu.

(a) dubina oko 500 m; razina vode na oko 200 m od gornjeg ruba vrtače - do sada ustanovljena

dubina vode - 300 m - ne i konačna

(b) dubina oko 200 m; dno ispod razine podzemne vode

Slika 2.12. Crveno (a) i Modro (b) jezero kod Imotskog

20

Krške uvale ili zavale su prostrana izdužena udubljenja u kršu dužine do

nekoliko kilometara, a nastale su kao posljedica korozivnog djelovanja vode ili

spajanjem više vrtača (slika 2.13). Dna su često prekrivena glinovitim materijalom ili

zemljom crvenicom i predstavljaju plodno, obradivo tlo. Kroz uvale ne prolaze stalni

vodotoci - eventualno povremeni koji se nakon kratkog toka po površini terena gube u

podzemlje. Zbog snažne okršenosti razina podzemne vode je niska i nikada ili vrlo

rijetko se izdigne do površine te je prihranjivanje površinskog toka podzemnom vodom

u takvim uvjetima nemoguće.

Slika 2.13. Krška uvala

Kanjoni nastaju korozivnim i erozivnim djelovanjem vodotoka (slika 2.14).

Kako kanjonima obično teče rijeka, radi se o hidrološkom, a ne hidrogeološkom

objektu pa ovdje o njima neće biti detaljnijeg prikaza.

21

Slika 2.14. Kanjon

Krška polja su najveći oblici u kršu (slika 2.15). Postanak krških polja pripisuje

se tektonici nakon koje je uslijedilo kemijsko trošenje stijena, tj. proces okršavanja.

Kroz većinu krških polja teče vodotok koji svojim radom nagomilava šljunak i pijesak.

Voda koja obično izvire na kontaktu nepropusnih i propusnih stijena, te nestaje u

ponorima na drugoj strani polja. Takve vode, odnosno vodotoci nazivaju se ponornice.

U vrijeme kišnih perioda, u nižim dijelovima, polja su često poplavljena zbog malih

kapaciteta ponora.

Slika 2.15. Gacko polje – tipično krško polje

22

Krške zaravni su nakon polja najveći krški oblici, a karakteristične su za

tropska područja. Količina tvari biogenog porijekla u tlu pogoduje brzom bočnom

korozijskom djelovanju vode, a kada otporniji dijelovi zaostaju u obliku kupastih

uzvišenja nastaje tzv. kupasti krš (slika 2.16).

Slika 2.16. Kupasti krš u Kini

Osim što je krš bogat površinskim, bogat je i podzemnim krškim oblicima.

Podzemni krški oblici nastaju poniranjem vode i korozivnim djelovanjem na stijene. U

podzemne oblike, odnosno speleološke objekte ubrajaju se jame, spilje i kaverne.

Jame su podzemni oblici koji su otvorom spojeni s površinom, te se pružaju

strmo ispod površine zemlje (> 45°). U nekim jamama se nakuplja snijeg i led koji se

otapa tek u toplom i sušnom razdoblju. Kao primjer treba spomenuti Lukinu jamu

(slika 2.17), najdublju jamu u Hrvatskoj. Jama se nalazi na Sjevernom Velebitu, u

Lomskoj Dulibi koja se nalazi u strogom rezervatu prirode Hajdučki i Rožanski kukovi,

u Nacionalnom parku Sjeverni Velebit. Nazvana je po Ozrenu Lukiću - Luki, speleologu

koji je poginuo kao hrvatski vojnik u domovinskom ratu na Velebitu. Lukina jama je

1392 m duboka, a u trenutku spuštanja na dno bila je 9. po dubini u svijetu. Danas je

meñu dvadeset najdubljih na svijetu.

23

(a) (b)

(c)

Slika 2.17. Lukina Jama – ulaz (a), presjek (b) i nekoliko jama na Velebitu (c)

Spilje su takoñer otvorom spojene s površinom, ali se pružaju u podzemlje pod

manjim nagibom (< 45°). Voda teče po pukotinama i slojnim plohama u vapnencu i

pritom ga otapa stvarajući podzemne otvore koji mogu biti iznimno velikih dimenzija.

Sustav ðulin ponor – spilja Medvedica najduža je spilja u Hrvatskoj s ukupnom

duljinom otkrivenih kanala od 16,4 km (slika 2.18).

24

(a)

(b)

Slika 2.18. Sustav ðulin ponor (a) – spilja Medvedica (b)

Kaverne nisu spojene s površinom, a mogu takoñer biti izuzetno velikih

dimenzija. Najveća nabušena kaverna nalazi se u tunelu Vrata (nedaleko Fužina)

dimenzija 83 x 63 m i visine 45 m!

Obzirom na postanak, podzemni krški oblici mogu se podijeliti u tri skupine. U

mladoj fazi kanali su ispunjeni vodom. U prijelaznoj su djelomično ispunjeni vodom

kada se počinje taložiti kalcijev karbonat, odnosno sige. U kasnoj fazi nema vode, ali

nastaju sige zbog promjene uvjeta što uvjetuje ponovno taloženje kalcijevog

karbonata. Sige se dijele na stalaktite koji nastaju taloženjem sa svodova, stalagmite

25

koji nastaju taloženjem s podova i stalagnate koji nastaju spajanjem stalaktita i

stalagmita, spiljski stupovi.

Najznačajniji krški hidrogeološki objekti su ponori, krška okna i krška vrela

(izvori).

Ponori su otvori u karbonatnim stijenama gdje površinske vode otječu u

podzemlje (slika 2.19). Vodotoci koji poniru zovu se ponornice. Voda teče kroz

podzemlje, a na dodiru s uglavnom vodonepropusnim naslagama vraća se na površinu

u obliku vrela odnosno izvora.

Slika 2.19. Ponor Čiže

Krško okno je krški oblik koji ima značajke izvora i ponora ili duboke vrtače. To

je depresija s vodotokom koji protječe njezinim dnom (slika 2.20). Krško okno može

biti nepokriveni dio špilje. Thrailkill (1985) kaže da je krško okno duboka vrtača u

kojoj glavni podzemni tok dolazi na vidjelo, odnosno da je površinski vodotok na razini

bliskoj glavnom podzemnom toku. Mnogi tokovi u krškim oknima izlaze kao izvori na

jednom kraju vrtače (doline), teku preko njezinog dna i poniru u podzemlje kroz ponor

na drugom kraju vrtače (doline). Dužina površinskog toka varira od pojave vode u

jami na dnu vrtače do toka dugačkog više desetaka metara (Thrailkill, 1985).

26

Slika 2.20. Krško okno

Kako se vrtača može drenirati u podzemlje, tako krško okno može poplaviti i

prelijevati ukoliko su otvori prema vodonosniku blokirani ili ako je podzemni kanal u

koji se okno drenira ispunjen. Krška okna su hidrogeološki značajna, jer otvoreni tok

omogućuje neposredan put za prodor u podzemlje bilo kojeg zagañivala odloženog u ili

blizu krškog okna. Krška okna su i vrlo pogodne točke za uzorkovanje i opažanje

podzemne vode.

Krška vrela (izvori) su točke gdje voda prirodnim putem izlazi iz krškog

vodonosnika. Izviranje iz krškog izvora može se odvijati iz pukotine čija veličina u

promjeru može varirati od nekoliko centimetara do više desetaka metara. Voda može

istjecati uslijed gravitacije ili izvirati pod tlakom. Otvori kroz koje voda izvire mogu biti

vidljivi ili nevidljivi, što je slučaj ako su prekriveni nekonsolidiranim nanosom ili su

potopljeni ispod površine jezerca ili vodotoka.

Unutar jednog sustava mogu tijekom različitih uvjeta tečenja biti aktivne

različite točke izviranja. Neki od najčešćih tipova krških izvora prikazani su na slici

2.21.

27

Slika 2.21. Najčešći tipovi krških izvora

Krški izvor može se javiti na razini lokalnog ili regionalnog baznog toka na točci

gdje se površina terena usijeca ispod vodnog lica ili podzemnog kanala ispunjenog

vodom.

Nepropusne stijene u podlozi mogu biti uzrok izviranju na kontaktu krškog

vodonosnika i temeljne stijene. Izvori su obično smješteni ili na dnu dolina ili u

podnožju strmih padina.

Krški izvori mogu se pojaviti na svakoj točci gdje nepropusne stijene ili

strukturne forme, kao npr. rasjedi, prekidaju tečenje podzemne vode i tako

ograničavaju nastajanje podzemnih kanala u topivoj stijeni. Krški izvori mogu nastati i

visoko duž bokova dolina, bez vidljivih topografskih ili geoloških uzroka.

Općenito krški izvor je glavna točka istjecana (pražnjenja) krškog bazena s

podzemnom vodom. Veliki krški izvor može izvirati iz glavnog podzemnog kanala i

predstavlja drenažu sustava podzemnih kanala i pukotina koje konvergiraju prema

glavnom kanalu (konvergentni tok) ili može biti jedan od skupine izvora koji djeluju

poput delte površinskih vodotokova. U tom slučaju je podzemna voda razdijeljena na

28

više izvora iz sustava više povezanih kanala (razdijeljeni tok) (Quinlan, Saunders i

Ewers, 1978).

Glavna značajka krških izvora je velika promjenjivost izdašnosti. Primjerice,

odnos minimalnih i maksimalnih izdašnosti izvora Bulaž u Istri iznosi 1:7600 (Qmin=5

l/s, Qmax=38 m3/s). Na slici 2.22 prikazan je hidrogram i nivogram izvora Bulaž za

razdoblje od 1.1.2000. do 31.12.2007. godine.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2000. 2001. 2002. 2003. 2004. 2005. 2006. 2007.

Vrijeme (dani)

Uku

pna

izda

šnos

t, Q

(m3 /s

)

13

13,5

14

14,5

15

15,5

16

16,5

17

17,5

Vod

osta

j, H

(m n

.m.)

Kota preljeva (m n.m.) Ukupna izdašnost Vodostaj

Slika 2.22. Hidrogram i nivogram izvora Bulaž (1.1.2000.-31.12.2007)

Kao tipičan primjer velikog krškog izvora može se navesti Majerovo vrelo (slika

2.23). Izvor se nalazi oko 3 km nizvodno od Glavnog izvora Gacke i čini desnu pritoku

Gacke pod imenom potok Miletina. Izvor je uvjetovan kontaktom dobro propusnih

donjokrednih vapnenaca i nepropusnih tercijarnih naslaga koje se sastoje od

vapnenačkih breča, konglomerata i vapnenaca. Kontakt izmeñu krednih i tercijarnih

naslaga čini rasjed smjera pružanja sjeverozapad-jugoistok. U široj zoni izvora

registrirano je i nekoliko rasjeda smjera pružanja jugozapad-sjeveroistok. Sam izvor

nalazi se na sjecištu jednog od tih rasjeda s rasjedom na kontaktu krednih i tercijarnih

naslaga. Vrelo ima izgled bazena dugog oko 25 m i širokog oko 15 m. Iz tog "bazena"

istječe voda koja se nakuplja dreniranjem iz područja Male Kapele iz smjera Vrhovina i

Turjanskog. Postoji podatak o izdašnosti vrela od 3900 l/s (Vodoprivredna osnova

29

slivova Like i Gacke, Elektroprojekt, 1971). Izdašnost se jako mijenja ovisno o

klimatskim prilikama, o čemu govori podatak da je vrelo 1949. godine presušilo.

Slika 2.23. Majerovo vrelo-jedan od izvora rijeke Gacke

Jedno je od najvećih stalnih krških vrela u Dinaridima je izvor Dubrovačke rijeke

ili izvorište “Ombla”. Slivno područje izvora Ombla gotovo je u cijelosti na teritoriju

Republike Bosne i Hercegovine (slika 2.24). Samo vrelo formirano je ispod strme

stijene visine 400 m (slika 2.25). Izvor je uzlazni, a najniža točka grotla nalazi se cca

25 m ispod razine mora. Ombla je glavni kaptažni objekt i snabdjevač Dubrovnika

pitkom vodom. S obzirom na kapacitet i položaj vrelo je i do sada bilo energetski

korišteno (pokretanje mlinova i proizvodnja električne energije), a u fazi istraživanja je

mogućnost formiranja podzemne akumulacje. Ispod izvora izgrañena je brana s

ulogom da usporavanjem istjecanja omogući lakše korištenje (zahvaćanje) vode i da

zaštiti izvorište od utjecaja kolebanja plime i oseke. U razdoblju poslije 1961. godine,

kada je rekonstruirana preljevna brana, izmjerena je minimalna količina istjecanja od

4,1 m3/s, dok je maksimalna iznosila preko 150 m3/s. Srednja godišnja vrijednost

istjecanja na izvoru Omble iznosi oko 32,2 m3. Za vodoopskrbu Dubrovnika koristi se

cca 500 l/s, što je višestruko manje od minimalnog kapaciteta izvora.

30

Slika 2.24 Hidrogeološki odnosi u slivu Omble

Slika 2.25. Izvor Omble (Dubrovačke rijeke) (foto S. Božičević)

Tokovi koji se gube, ponornice i podzemni tokovi su česte pojave u krškim

terenima.

Razlikuju se tokovi koji se gube od tokova koji poniru, a razlika se temelji na

količini površinskog toka koji se drenira u podzemlje i na prisustvu ponora kroz koji se

voda drenira u krški vodonosnik. Vodotoci koji se gube su oni koji se gube dijelom ili

31

potpuno procjeñivanjem. Za razliku od njih ponirući vodotoci ili ponornice su oni koji

naglo prestaju i obično se dreniraju kroz jedan ili više dobro razvijenih ponora u

pravilu smještenih na rubovima dolina.

Tokovi koji se gube imaju korito iznad vodnog lica podzemne vode i napajaju

krške vodonosnike koji leže ispod njih. Mogu izgubiti svu vodu ili samo njezin dio

otjecanjem u podzemni vodonosni sustav u jednoj točci ili duž dionice toka gdje on

prelazi preko stijene s razvijenim šupljinama koja presijeca korito. Do gubitaka vode iz

površinskog vodotoka može doći i zbog infiltracije kroz aluvijalni nanos koji prekriva

temeljnu stijenu s razvijenim pukotinskim sustavom. Gubici toka mogu se takoñer

dogoditi kroz dobro razvijene ponore u koritu koji mogu biti pojedinačni ili se javljaju

kao skupina ponornih točaka razvijenih na posebnom dijelu vodonosnika. Vodotoci

mogu dobiti vodu na jednoj dionici toka i izgubiti je na drugom dijelu, ovisno o

lokalnim geološkim i hidrogeološkim uvjetima. Tokovi koji se gube mogu biti trajni ili

povremeni i mogu dobivati ili gubiti vodu u odreñenom dijelu godine ovisno o

sezonskim kolebanjima razine podzemne vode. Iako ga je teško kvantificirati,

napajanje vodonosnika iz vodotokova koji se gube može predstavljati i glavninu

ukupnog obnavljanja podzemne vode u odreñenim područjima.

Neke točke poniranja u vodotocima na krškim terenima su jedina i glavna veza

vodotoka s krškim sustavom podzemne vode. Za vrijeme poplava iz njih izbija

podzemna voda i povećava količinu vode u vodotoku. To se dogaña zbog toga što

podzemni kanal ili špiljski sustav, koji se u normalnim okolnostima napaja iz vodotoka

u vrijeme poplava, prima vodu i iz drugih dijelova vodonosnika, pa ukupna količina

vode jednostavno ne može proći kroz uska mjesta podzemnog kanala. Zbog toga se

vraća uzvodno i izvire na točci ranijeg poniranja. Za takvu pojavu reversnog toka često

se koristi francuski termin “estavela” (Jennings, 1985). Taj termin se takoñer koristi i

za ponore u koje voda povremeno ponire, odnosno povremeno iz njih izvire, a nisu

nužno smješteni unutar riječnog korita (Milanović, 1981).

Relativno veliki ponirući tokovi često se nazivaju “izgubljene rijeke” ili

ponornice, jer se dreniraju u podzemlje kroz relativno velike špilje, i ponovno izviru iz

špilja kao veliki izvori.

Dobro poznata “izgubljena rijeka” nalazi se u Bowling Greenu, Kentucky. Izvire

na izvoru Lost River Blue Hole, teče oko 120 metara kroz površinski kanal, a zatim

32

ponire u Lost River Cave. Podzemno teče ispod grada Bowling Green i ponovno izvire

kod Lost River Rise, na izvoru koji je pravocrtno udaljen od ponora oko 2,8 milje. Od

te točke rijeka teče površinski do utoka u Barren River, rijeku koja je glavni bazni tok

tog područja (Crawford, 1981).

Podzemni tok ”izgubljene rijeke” može se opisati kao podzemni vodotok. Špiljski

vodotok je drugi primjer podzemnog vodotoka (slika 2.26).

Slika 2.26. Podzemni tok u Škocjanskim spiljama u Sloveniji

Kako je voda u tokovima koji se gube, ponirućim tokovima i podzemnim

tokovima podložna zagañivanjima s površine, zagañivala mogu putem njih biti

unesena neposredno u krške vodonosnike. Zbog toga je važno identificirati takve

pojave u područjima gdje se krški vodonosnici koriste za javnu vodoopskrbu.

Vodotoci koji se napajaju, odnosno vodotoci kod kojih se protok povećava duž

toka bez pritoka, javljaju se tamo gdje je riječno korito usječeno dovoljno duboko da

zadire u saturiranu zonu. Takvi vodotoci mogu se napajati sve od gornjeg dijela toka

do ušća ili samo na kraćim dionicama. Kako se takvi vodotoci uglavnom napajaju

podzemnom vodom, kvaliteta njihove vode je pod utjecajem podzemne vode. Zbog

toga je važno identificirati područje drenaže podzemne vode u riječno korito.

Rijeka Zrmanja je dobar primjer vodotoka koji se gubi i vodotoka koji se napaja.

Zrmanja izvire ispod vrha Poštaka (slika 2.27a). Dužina toka Zrmanje iznosi 69 km s

apsolutnim padom od 327 m. Rijeka Zrmanja, u svom najvećem dijelu, predstavlja

bazu istjecanja za podzemne vode iz sliva. Prvobitni fosilni tok, koji danas pripada

33

izvorišnom dijelu, utjecao je u rijeku Krku (riječne terase) i od Kravljeg mosta bio

paralelan pružanju naslaga na području Pañene. Kada se u pleistocenu korito rijeke

spustilo, rijeka se probila prema Mokrom polju, Erveniku i na kraju Novigradskom

moru.

(a)

(b)

Slika 2.27. Izvor Zrmanje (a) i važniji izvori i ponori u slivu Zrmanje (b)

Gornjim tokom iznad mosta kod Pañena Zrmanjom prosječno protiče samo 5,2

m3/s vode, dok ukupno prosječno godišnje istjecanje iz sliva, izmjereno kod Janković

Buka iznosi 984,239.000 m3/god ili 31,21 m3/s. Nizvodni dio rijeke od Janković Buka

do ušća je pod utjecajem mora. Kod Muškovaca na Zrmanji, u zoni izvora Čavle,

Žukve, Konopljište, Dorinovac, Marinovac i Sekulića izvor, nalazi se zahvat vode za

regionalni vodovod sjeverne Dalmacije.

Za to da se rijeka Zrmanja može svrstati u krške tokove koji se gube razlog je

ponorna zona nizvodno od Kravljeg mosta i moguća veza tih ponora s izvorima uz

desnu obalu rijeke Krke. Naime, u sušnom periodu na potezu izmeñu Kravljeg mosta

do Mokrog polja gubi se sva voda i korito rijeke Zrmanje je suho do Žegara, gdje krški

izvori nizvodno od utoka Krupe daju vodu i ponovno tvore rijeku Zrmanju. To se

dogaña i u prosječnim godinama. Iz hidrograma na slikama 2.28 i 2.29 može se vidjeti

da nešto vode teče Zrmanjom i u ljetnim mjesecima na mjernim profilima kod sela

Zrmanje i sela Prevjes, koji se nalaze uzvodno od Ervenika, dok je kod Ervenika, dakle

nizvodno, od sredine srpnja do početka rujna korito Zrmanje suho.

34

ZRMANJA, PREVJES - SREDNJI DNEVNI PROTOCI (Približno prosje čna godina 1982.)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T (mjeseci)

Q (

m3 /s

)

Slika 5

Slika 2.28. Zrmanja, Prevjes-srednji dnevni protoci za približno prosječnu godinu

(1982.)

ZRMANJA, ERVENIK - SREDNJI DNEVNI PROTOCI (Približno prosje čna godina 1982.)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T (mjeseci)

Q

(m3 /s

)

Slika 8

Slika 2.29. Zrmanja, Ervenik-srednji dnevni protoci za približno prosječnu godinu

(1982.)

35

Primjer rijeke koja ponire (ponornice) je rijeka Gacka. Gacka ima snažan izvor -

Tonković vrilo ispod gudura zavelebitskih brda. Knjapovac, Begovac i Malinišće su

pritoci u gornjem toku. Nizvodno su najjači pritoci Sinačka pučina i Kostelka. Rijeka

lagano vijuga ravnicom Gacke doline, od svog izvorišta na jugoistoku, pa do ponora na

sjeverozapadu. Sve donedavno Gacka je nesmetano tekla svojim južnim krakom

prema Švici, najprije u Gornje švičko jezero, zatim se protiskala kroz mlinska kola i u

slapu rušila u Donje Švičko jezero. Tamo joj je bilo jedno od triju ponorišta. U Gusić

polju su joj bila druga ponorišta. Posljednjim snagama riječne moći rijeka je tekla

Kompoljem i napuštala nadzemni svijet u Hrvatskom Polju. Danas je od njenog

praiskonskog toka dugog 32 kilometra, preostalo svega jedanaest kilometara od Sinca

pa do Vivoza. Dalje je rijeka ukroćena kanalima i odvedena tunelom u Gusić polje u

umjetno jezero. Zatim se tunelom Gacka vodi do turbina u Sv. Jurju i pronalazi put do

mora.

Ponornica je i rijeka Lika s približnom površinom sliva od 1570 km2 koja izvire u

podnožju Velebita u južnom dijelu Ličkog polja na nadmorskoj visini od oko 600 m.

Lika je najveća lička ponornica s dužinom od 78 km što je svrstava (po duljini toka) u

drugu po veličini ponornicu Europe. Glavni pritoci Like su Novčica i Otešica s lijeve

strane i s desne strane Glamočnica i Jadova. Osim ovih pritoka Lika prima drugi niz

manjih pritoka kao što su Bogdanica, Brušanica, Lopuža, Rizvanuša, Rakovac,

Bužimica, Otešica, Počiteljica, Crno vrelo, Glamočnica, Jadova i Balatin. U kanjonu Like

izgrañena je brana akumulacijskog jezera Kruščica kroz koju se tok nastavlja do

Lipovog polja i do ulaza u tunel Lika - Gacka. Rijeka je odsječena od ponora u Lipovom

polju (najveći je Markov ponor) u kojima je ponirala (osim za vrijeme najvećih voda) i

danas je spojena s rijekom Gackom. Od izvora do Gospića Lika je svrstana u prvu

kategoriju kakvoće, a nizvodno do Gusić polja u drugu kategoriju kakvoće.

36

3. KRŠKI VODONOSNICI

Prihvaćajući koncept da se krš može proučavati analiziranjem različitih pojava

unutar njega dolazi se do zaključka da se krški vodonosnici ponašaju kao prirodni

sustavi u duhu definicije Jacqueta (1971) koja glasi:“...sustav je svaka struktura,

ureñaj ili postupak, stvaran ili nestvaran, koji povezuje s datim vremenskim

intervalom neku ulaznu veličinu (ulaz), uzrok ili impuls, s izlazom, efektom ili

impulsnim odzivom.“

Postoji pet ključnih elemenata nužnih za nastanak vodonosnika u karbonatnim

stijenama (slika 3.1). Mora postojati: (1) područje ulaza vode ili napajanja, (2) sustav

meñusobno povezanih podzemnih kanala za prolaz vode, (3) točka istjecanja, (4)

oborine i (5) reljef. Ako bilo koji od ovih elemenata nedostaje, stijenska masa je

hidrološki inertna i vjerojatno ne može funkcionirati kao vodonosnik.

Slika 3.1. Shematski prikaz krškog vodonosnika

Napajanje vodonosnika odvija se infiltracijom kroz nekonsolidirani materijal koji

pokriva okršene stijene ili izravnim poniranjem vode u raspucanu i okršenu stijensku

masu. Infiltrirana voda kreće se vertikalno dok ne dospije do horizontalnih podzemnih

kanala koji su prošireni otapanjem i erozijskim djelovanjem tekuće vode.

37

Izvori su točke istjecanja iz vodonosnika i obično su smješteni na ili blizu

regionalnog baznog nivoa ili tamo gdje netopive stijene ili strukturne barijere, kao što

su rasjedi, prekidaju stvaranje podzemnih kanala otapanjem.

Za stvaranje krških vodonosnika potrebna je horizontalna i vertikalna cirkulacija

podzemne vode. Takvoj situaciji pogoduje razvijeni reljef u kojem se topive stijene

nalaze iznad regionalnog baznog nivoa.

Glavne hidrogeološke značajke krških vodonosnika:

razvoj – mijenjaju se u vremenu puno brže od drugih tipova vodonosnika

osobitost / posebnost – iako svi imaju sličan razvoj pukotina, uvjete toka

itd. ipak svaki krški vodonosni sustav ima svoje posebnosti i svaka

generalizacija je vrlo teška

heterogenost – značajke krških vodonosnika značajno variraju u prostoru.

Primjerice, kanal u podzemlju može biti potpuno saturiran vodom, a

bušotina udaljena tek nekoliko metara potpuno suha

anizotropija – hidrauličke značajke vodonosnika ovise o orijentaciji

struktura, primjerice, hidraulička vodljivost je velika u smjeru velikih

pukotina i kanala, ali vrlo mala u drugim smjerovima

dvojnost napajanja – napajanje može biti porijekla sa samog vodonosnika

ili iz susjednih nekrških područja

dvojnost infiltracije – voda se infiltrira kroz tlo i nesaturiranu zonu

(difuzna infiltracija), ali i koncentrirano na ponorima

dvojnost poroznosti i toka – dva ili tri tipa poroznosti, meñuzrnska

(matriks), pukotinska (pukotine, slojne plohe) i kavernska (otapanjem

povećane šupljine, kanali i kaverne razvijene iz početnih diskontinuiteta).

Tok u matriksu i sitnim pukotinama je spor i laminaran, a u kanalima

uglavnom brz i turbulentan.

Promjenjivost – vodna ploha u krškim vodonosnicima može varirati za

desetke pa i stotinu metara u vrlo kratkom vremenskom razdoblju, pa

krške izvore uglavnom obilježavaju brze promjene količine istjecanja ali i

kvalitete vode.

38

Pukotine proširene otapanjem omogućuju relativno velike brzine tečenja

podzemne vode i male mogućnosti popravljanja kvalitete podzemne vode tijekom

prolaza kroz krško podzemlje. Brzine tečenja kroz podzemne kanale, tamo gdje su

nagibi veći od 1:4, mogu biti i veće od nekoliko km/sat (Ford, 1967). Pri hidrauličkim

gradijentima podzemne vode od 0,25 do 20, brzine tečenja kreću se izmeñu 10 metara

na sat i 1300 metara na sat unutar istog podzemnog kanala (Quinlan and others,

1983). Pod takvim uvjetima zagañivala mogu utjecati na kvalitetu vode i na

udaljenostima većim od 15 kilometara i pri slabom baznom toku (Vandike, 1982), a

mnogo dalje za vrijeme bujica.

Ako su pukotine unutar krškog vodonosnika dobro razvijene i ako je tok

podzemne vode konvergentan prema glavnim izvorima kroz dobro razvijene podzemne

kanale, radi se o “zrelom” krškom vodonosniku (slika 3.2). “Zreli” karbonatni

vodonosnici općenito su razvijeni ispod starih krških terena s dobro razvijenim

ponorima koji prikupljaju i dreniraju površinske vode izravno u sustav podzemnih

kanala. U dobro razvijenim krškim terenima, odnosno u područjima sa “zrelim” krškim

vodonosnicima izvori imaju slične značajke izviranja i sličnu kvalitetu vode. Izdašnosti

izvora naglo se povećavaju za vrijeme pljuskova. Tokovi su turbulentni i zamućeni, a

istjecanja i temperatura vode su jako promjenljivi. Takoñer, tvdoća vode je obično

niska no jako promjenljiva. Izvori takvih značajki predstavljaju krajnje, izlazne točke

kanalskih sustava toka koji dreniraju krški vodonosnik (Schuster and White, 1971).

Tečenje u podzemnom kanalu slično je tečenju u površinskim vodotocima. U oba

slučaja su konvergentni sustavu pritoka i primaju difuzni (nekoncentrirani) tok kroz

granične stijene ili sedimente.

39

Slika 3.2. Proces okršavanja (mladi – zreli krš)

Ako je vodonosnik manje “sazrio” voda se kreće kroz male šupljine u stijenskoj

masi koji su pretrpjeli samo ograničeno proširivanje otapanjem. Brzine tečenja su

male i podzemnoj vodi mogu trebati mjeseci da proputuje nekoliko desetaka metara

kroz karbonatnu stijensku masu (Freidrich, 1981; Freidrich and Smart, 1981).

Istjecanje iz izvora zbog sporog tečenja vode mnogo je ujednačenije, a izvori sporije

reagiraju na pljuskove. Tok je obično laminaran, mutnoća je mala, a temperature vode

40

su bliže srednjoj godišnjoj temperaturi površinskih voda. Izvori takvih značajki

predstavljaju izlaze iz sustava difuznog tečenja (Schuster and White, 1971, 1972).

Quinlan and Ewers (1985) utvrdili su da se glavni dio kretanja podzemne vode u

difuznom toku (manje “zreli” krš) odvija kroz mrežu pritoka podzemnog kanala. Samo

u uzvodnim dijelovima bazena s podzemnom vodom i u graničnom dijelu uz podzemni

kanal tok je stvarno difuzni. Njihova istraživanja u kamenolomima i špiljama pokazala

su da i najmanja mikroskopska proširenja nastala otapanjem po slojnim plohama

imaju ulogu pritočnih kanala. Oni takoñer tvrde da su podzemni kanali i difuzni tok u

karbonatnim vodonosnicima krajnji članovi kontinuuma toka (slika 3.3). Iako su mnogi

karbonatni vodonosnici karakterizirani s oba tipa tečenja, što detaljno obrazlaže

Atkinson (1977), općenito se može reći da jedan od dva tipa tečenja dominira. Smart i

Hobbs (1986) tvrde da tok u masivnom karbonatnom vodonosniku ima tendenciju da

bude predominantno difuzni ili predominantno kanalski ovisno o stupnju napredovanja

procesa okršavanja.

Slika 3.3. Difuzni, mješoviti i kanalski tok u hipotetskom krškom vodonosniku sa

sekvencama razvitka

Podzemna voda u krškim terenima može se pojaviti i u nekonsolidiranim

sedimentima i u temeljnoj, okršenoj stijeni što čini složeni povezani vodonosni sustav.

Priroda kretanja podzemne vode u krškim terenima mijenja se od mjesta do mjesta

ovisno o prirodi vodonosnog sustava.

41

Podzemna voda u nekonsolidiranim površinskim naslagama koje pokrivaju

temeljnu stijenu općenito ispunjava meñuzrnski (primarni) porni prostor, pa se

posljedično tome ponaša po teorijama tečenja koje vrijede za zrnate, primarno

porozne vodonosnike.

Pojave i kretanje podzemne vode u temeljnoj stijeni krškog terena potpuno su

različiti od onih u neokršenim stijenama. Kako je već spomenuto, tečenje podzemne

vode u “zrelom” krškom vodonosniku prvenstveno se odvija kroz podzemne kanale i

može se opisati jednadžbma za cjevno ili kanalsko tečenje (Gale, 1984). Komponente

tečenja podzemne vode u “zrelom” krškom vodonosniku prikazane su blok dijagramom

(Gunn, 1985) na slici 3.4. Podzemna voda se u krškim, kao i u drugim terenima, kreće

odgovarajući hidrauličkom gradijentu od točke napajanja prema točci pražnjenja

(istjecanja).

Slika 3.4. Komponente tečenja podzemne vode u “zrelom” krškom vodonosniku

(1 - difuzno tečenje kroz tlo, rezidualni ili nekonsolidirani površinski materijal; 2 - tečenje kroz proširene vertikalne

kanale; 3 - difuzno tečenje kroz primarne pore temeljne stijene; 4 - poniranje površinskog vodotoka kroz ponore; 5 -

horizontalno i vertikalno tečenje prema glavnom kanalu; 6 – vodom ispunjeni glavni kanal; 7 – vadozni kanalski tok; 8

– strujnice difuznog freatskog toka)

Krški vodonosnici mogu se na temelju značajki toka podzemne vode klasificirati

u tri tipa (White, 1969, 1988). Svaki tip podijeljen je dalje na vrste i podvrste. Ovaj

klasifikacijski sustav primjenljiv je uglavnom na krška područja s niskim ili blagim

reljefom i nastoji uvesti neke korisne kriterije za utvrñivanje prirode sustava tečenja

podzemne vode na temelju vidljivih geoloških značajki. Sljedeći opis tri tipa krških

42

vodonosnika načinjen je prilagoñavanjem klasifikacija koje su dali Fetter (1980),

Milanović (1981) i White (1969):

(1) Krški vodonosnici s difuznim tokom često su razvijeni u dolomitima ili škriljavim

vapnencima gdje je otapanje stijene tekućom podzemnom vodom usporeno

zbog litoloških faktora. Tečenje podzemne vode je laminarno i odvija se duž

prslina ili meñuslojnih prostora koji su blago prošireni otapanjem. Tečenje

podzemne vode obično nije koncentrirano u odreñenim zonama vodonosnika, a

ukoliko su prisutne špilje (kaverne) ograničenih su dimenzija i nisu povezane.

Istjecanje iz vodonosnika odvija se uglavnom preko malih izvora i cjedina.

Vodno lice je dobro definirano i može biti znatno više od regionalnog baznog

nivoa. Tipične krške forme izostaju ili su slabo razvijene.

(2) Krški vodonosnici sa slobodnim ili kanalskim tokom razvijeni su u debelim i

masivnim topivim stijenama gdje se tečenje podzemne vode odvija

koncentrirano kroz dobro definirane i povezane sustave podzemnih kanala koji

se hidraulički ponašaju kao cijevni sustavi. Brzine tečenja su slične onima u

površinskim vodotocima, a tečenje je često turbulentno. Regionalno istjecanje

može se dogañati na jednom velikom izvoru. Zbog brze drenaže vodno lice

može biti praktično ravno na velikim udaljenostima i blago povišeno u odnosu

na regionalnu baznu razinu. Razina vode u mreži podzemnih kanala i količina

istjecanja na izvoru na kojem se sustav prazni jako ovisi o uvjetima napajanja

sustava, pa za vrijeme jakih oborina hidrogram izvora može sličiti poplavnom

piku površinskog toka.

(3) Krški vodonosnici sa zatvorenim tokom sadrže slojeve niske hidrauličke

vodljivosti, prouzročene stratigrafskim ili strukturnim odnosima koji uvjetuju

količinu i smjer toka podzemne vode. Tečenje u krškim vodonosnicima s takvim

rubnim uvjetima odvija se na velikim dubinama kroz otvore nastale otapanjem

koji su mnogo dublji od krških vodonosnika sa slobodnim tokom. Tok nije

koncentriran kroz glavne podzemne kanale već se odvija kroz sustav relativno

gustih šupljina nastalih otapanjem vodom koje tvore karakterističnu mrežu

kaverni.

43

Zaključno se može reći da postoje dva tipa tečenja podzemne vode u krškim

terenima - difuzno (sporo, laminarno) tečenje i kanalsko (brzo, turbulentno) tečenje.

Difuzno tečenje prevladava u primarnim šupljinama, dok se kanalsko tečenje

uglavnom odvija kroz sekundarno proširene šupljine čije dimenzije variraju od

centimetarskih do dekametarskih. Voda koja se kreće kroz podzemne kanale može

dospjeti u podzemlje kroz pojedine točke kao što su vrtače ili ponori.

Tok u vodonosnicima s difuznim tečenjem može biti koncentriran u izdvojenim

kanalima u podzemlju.

Hidrološka značajka tečenja kroz podzemne kanale je brzi prolaz vode kroz

vodonosnik. Detaljniji opis klasifikacije krških vodonosnika i detaljnija odjela mogu se

naći kod Thrailkill-a (1986), Smart-a i Hobbs-a (1986), te White-a (1977, 1988).

3.1. Krški vodonosnici u visokom kršu

Pod pojmom visoki krš podrazumijevaju se krška područja s dobro razvijenim

svim nadzemnim i podzemnim krškim oblicima koja su dovoljno udaljena od mora da

nema meñuutjecaja. U Republici Hrvatskoj visoki krš obuhvaća središnji dinarski

pojas. Velika površina pojasa i velike količine oborina daju i velike količine podzemnih

voda.

Podzemne vode u visokom kršu akumuliraju se u sustavu meñusobno povezanih

pukotina, kaverni i podzemnih kanala. To je sustav tzv. efektivne poroznosti koji

omogućava tečenje podzemne vode pod utjecajem gravitacije i hidrostatskog tlaka.

Bitni elementi svake podzemne akumulacije su napajanje, razina podzemne

vode (slobodne površine ili pod tlakom) i tečenje.

Napajanje se odvija s površine terena prvenstveno oborinskim vodama koje se

infiltriraju neposredno kroz površinu okršene stijenske mase u krško podzemlje. Dio

krškog podzemlja napaja se i poniranjem stalnih ili povremenih površinskih tokova ili

pak dotjecanjem iz povremeno plavljenih neokršenih dijelova terena ili umjetnih

akumulacija.

S obzirom na razinu podzemne vode u visokom kršu može se izdvojiti nekoliko

hidrodinamičkih zona (slika 3.5).

44

Slika 3.5. Shematski prikaz hidrodinamičkih zona u visokom kršu

A-zona vertikalnog tečenja podzemne vode bez stalne saturacije; B – povremeno saturirana zona s velikim i naglim

promjenama razine podzemne vode i vertikalnim i horizontalnim tečenjem; C – stalno saturirana zona s horizontalnim i

relativno sporim tečenjem; D – zona slabe okršenosti.

Kroz zonu A odvija se infiltracija oborinskih voda. Tečenje je pretežito vertikalno

odnosno ovisi o orijentaciji pukotina. Pukotine su potpuno saturirane vodom samo za

najintenzivnijih oborina. U zoni B formirani su povremeni krški vodonosnici. Saturirana

je podzemnom vodom tijekom kišnog perioda i tijekom perioda topljenja snijega.

Tečenje se odvija prema krškim poljima, odnosno povremenim krškim vrelima i prema

hipsometrijski nižim dijelovima vodonosnika. Razina podzemne vode opada s

vremenom od kišnog prema sušnom periodu. Tijekom sušnog perioda u prosječnim

godinama saturirani su samo najdublji dijelovi vodonosnika i tada voda izvire na

najniže položenim izvorima i to minimalnim kapacitetima. U ekstremno sušnim

godinama ni najniži dijelovi vodonosnika nisu saturirani podzemnom vodom, a izvori

presušuju.

Zona C nalazi se neposredno iznad nepropusne podine ili slabookršene zone.

Stalno je saturirana vodom i predstavlja najvažnije krške vodonosnike. Tečenje se

odvija pretežito horizontalno krškim kanalima (tzv. «bazni tok»). Vodonepropusna

podina i stalna cirkulacija vode uvjeti su za stvaranje velike efektivne poroznosti,

odnosno meñusobno povezanih podzemnih šupljina velikih dimenzija koje se brzo

prazne. To meñutim nije slučaj, jer podzemne vode ove zone izviru na stalnim

45

izvorima stabilne izdašnosti. To su izvori najznačajnijih krških rijeka (Dragonja, Mirna,

Rječina, Kupa, Mrežnica, Korana, Dobra, Gacka, Lika, Zrmanja, Krka, Cetina i

Dubrovačka rijeka). Objašnjenje za tu pojavu pružaju rezultati istraživanja provedena

u kršu SAD-a, zatim u već spomenutom slivu Omble, krškim slivovima vrela u dolini

Neretve, te diljem Hercegovine i srednje i sjeverne Dalmacije, koja su pokazala da se

u ovoj zoni, slično kao i u donjim dijelovima površinskih vodotokova, taloži nošeni

materijal (Antunović, 1995). Zbog toga se u velikim podzemnim šupljinama ove zone

redovito nalaze debele naslage glinovitih, pjeskovitih i šljunkovitih materijala. Te

naslage čine sekundarne vodonosnike s meñuzrnskom poroznosti koji se potpuno

saturiraju vodom tijekom kišnog perioda, a prazne tijekom sušnog perioda i to

relativno sporo, odnosno mnogo sporije no što bi se praznio «čisti» krški vodonosnik.

Shematski prikaz utjecaja tih klastičnih naslaga u krškom vodonosnom sustavu dan je

na slici 3.6.

Slika 3.6. Djelovanje klastičnih naslaga («sekundarnih vodonosnika») u krškom

podzemlju

(prema V. Jevñeviću, 1955).

(a)- tijekom vlažnog razdoblja istaložene klastične naslage unutar krškog podzemlja preplavljene su podzemnom

vodom iz zona B i C.

(b) – tijekom sušnog razdoblja klastične naslage («sekundarni vodonosnici») otpuštaju vodu u okolni krški vodonosnik

(zona C) s vodom temeljnicom («bazni tok») čija je razina ispod klastičnih naslaga i dodatno je napajaju što osigurava

funkcioniranje krških vrela i tijekom najvećih suša.

Treba naglasiti da je napajanje sekundarnih vodonosnika brzo zbog visokih

tlakova, jer razina podzemne vode u zonama B i C tijekom kišnog perioda može biti i

više stotina metara viša od krovinske plohe sekundarnog vodonosnika. Pražnjenje

46

sekundarnih vodonosnika je puno sporije, a ovisi o njihovoj veličini, geometriji,

granulometrijskom sastavu i položaju unutar krškog podzemlja.

Tečenje podzemne vode kroz stijensku masu s pukotinsko-kavernskom

poroznosti je najvećim dijelom turbulentno. Laminarno tečenje moguće je samo u fazi

krajnje recesije, kada se prazne najfinije pukotine i/ili kada voda istječe iz gore

opisanih sekundarnih vodonosnika s meñuzrnskom poroznosti. Rezultati brojnih

istraživanja pokazali su da se u preko 70% slučajeva brzine tečenja podzemne vode

kroz vodonosnike u visokom kršu kreću u granicama od 0,5 do 5 cm/s. No znatno veće

brzine mogu se očekivati u zonama poniranja većih povremenih ili stalnih tokova. Tako

su trasiranja radioaktivnim izotopima Popovog ponora u Hutovu pokazala da brzine

tečenja podzemne vode do udaljenosti od 1,5 km od ponora (zračna udaljenost!)

iznose čak 45 do 55 cm/s. Na udaljenosti do 4,3 km od ponora prosječne brzine

tečenja podzemne vode bile su oko 33 cm/s, a u području udaljenom 18 do 20 km od

ponora utvrñene su prosječne brzine tečenja od 4 do 8 cm/s (Antunović, 1995).

U krškim vodonosnicima u čijim slivovima nema ponirućih tokova brzine tečenja

podzemnih voda uglavom su manje od 1 cm/s.

Osim na temelju rezultata trasiranja podzemnih tokova, brzine tečenja

podzemne vode mogu se približno odrediti i na temelju podataka o razinama

podzemne vode u pijezometrima. Usporedbom podataka o količinama i intenzitetu

oborina u području napajanja vodonosnika i podataka o promjenama razine podzemne

vode u pijezometrima mogu se odrediti vremenski pomaci, pa s obzirom na udaljenost

pojedinog pijezometra od područja napajanja vodonosnika izračunati brzina tečenja

podzemnih voda.

47

3.2. Krški vodonosnici u priobalnim područjima pod mogućim utjecajem mora

U zemljama koje okružuju Sredozemno more, a i u nekim drugim regijama

svijeta, velike mase karbonatnih stijena izgrañuju priobalna područja i/ili otoke, pa je

u njima česta pojava krških vodonosnika pod mogućim utjecajem mora. Glavnina

morfološkog i hidrogeološkog razvitka priobalnih krških vodonosnika odvijala se

tijekom geološke prošlosti pod utjecajem različitih klimatskih uvjeta, odnosno pri

različitim razinama mora. Zbog toga su se razvili vrlo različiti krški oblici koji su

posljedica različite litološke grañe, strukturnih odnosa i paleo-morfogenih uvjeta

(Dorfliger i Wittwer, 2005.). Današnji rezultat stanja i procesa iz geološke povijesti su

vrlo složeni priobalni krški sustavi s intenzivnim okršavanjem često i na većim

dubinama od aktualne razine mora.

Zbog strukturalnih, klimatskih i antropogenih faktora, odnosno zbog sve većih

potreba za vodom, krški priobalni vodonosnici danas su izloženi velikoj eksploataciji

zaliha podzemne vode. To je posljedica prvenstveno velikog demografskog rasta u tim

područjima, a onda i posljedičnog razvitka poljoprivredne proizvodnje, turizma i

industrije. Zbog toga je narušena prirodna ravnoteža izmeñu slatke podzemne vode i

morske vode, pa sve češće dolazi do zaslanjivanja priobalnih krških vodonosnika,

uglavnom zbog intruzije morske vode. Prevelika eksploatacija slatke podzemne vode iz

priobalnih vodonosnika može dramatično ubrzati i povećati intruziju morske vode i

njezino sve dublje prodiranje u zaobalje, o čemu svjedoči više dobro dokumentiranih

slučajeva iz južne Španjolske, južne Italije i Grčke. Zbog toga ti vodonosnici zavreñuju

sve veću pažnju.

Dakle, u najvećem broju slučajeva slatka voda akumulirana u vodonosnicima

visokog krša, teče prema moru i konačno dolazi u kontakt s morskom, slanom vodom.

Kakav će taj kontakt biti ovisi o stalnosti dotjecanja slatke vode iz krškog podzemlja,

dubini okršavanja, geološkim strukturama, odnosno eventualnim slabopropusnim

hidrogeološkim barijerama, plimi i oseci i dr.

Hidrogeološki odnosi u priobalnom krškom području shematski su prikazani na

slici 3.7.

48

Slika 3.7. Shematski prikaz cirkulacije podzemne vode u priobalnom krškom području

Prema ovoj pojednostavljenoj shemi u priobalnom krškom području može se

razlikovati sedam hidrogeoloških zona bitno različitih značajki.

Najplića je zona A u kojoj se odvija povremeno vertikalno tečenje podzemne

vode. Naime, to je zona kroz koju se odvija infiltracija oborinskih voda palih na

području priobalnog krškog područja dublje u krško podzemlje.

U zoni B dolazi do miješanja podzemne vode koja se infiltrirala kroz zonu A i

podzemne vode koja dotječe iz zaleña – obično iz visokog krša. Temeljne su značajke

velike i brze oscilacije razina podzemne vode i pretežito horizontalno tečenje.

U zoni C oscilacije razine podzemne vode su male i spore, a tečenje podzemne

vode je horizontalno i usporeno.

Zona D je zona sifonalnog cirkuliranja podzemne vode.

Zona E proteže se od obalne crte u unutrašnjost i ispunjena je više ili manje

bočatom vodom, što ovisi o plimi i oseci, odnosno u nekim područjima i o dinamici

mora (valovi).

Zonu F čini dio okršene stijenske mase, odnosno priobalnog krškog vodonosnika

koji je stalno ispunjen morskom vodom.

Zonu G čini vodonepropusna i neokršena podina priobalnog krškog vodonosnika.

Odavno je poznato da do miješanja slatke i slane vode dolazi zbog strujanja

izazvanih razlikama u gustoći i temperaturi, te hidrostatskog tlaka pod kojim se nalazi

slatka voda, no usprkos velikom napretku hidrogeološke znanosti na području

istraživanja i upoznavanja krških vodonosnika općenito, a posebno onih u priobalnim

49

područjima, još uvijek se relativno malo zna o njihovoj hidrodinamici. Malo se zna o

“krhkoj” ravnoteži o kojoj ovisi intruzija morske vode i koja regulira istodobno

postojanje slatke i slane vode u jednom vodonosnom sustavu. Procesi miješanja su

vrlo složeni zbog heterogenosti krških vodonosnika, zbog poteškoća pri definiranju

trodimenzijskog prostornog rasporeda šupljina u okršenoj stijenskoj masi, te zbog

teško odredive distribucije hidrodinamičkih parametara (K, T, S).

Debljina prijelazne zone izmeñu slatke i slane vode posljedica je vrlo nestabilne

ravnoteže, koja se može lagano narušiti nekontroliranom eksploatacijom slatke vode

(slika 3.8). Zbog toga je vrlo važno istražiti i spoznati hidrodinamičke procese o kojima

ovisi položaj i prostiranje prijelazne zone.

Slika 3.8. Primjer odnosa / granice slane i slatke vode prije i nakon crpljenja

Kao pioniri istraživanja problematike odnosa slatke i slane vode u priobalnom i

otočkom podzemlju ističu se Braithwaite (1855), koji je opisao povećanje saliniteta u

crpljenim zdencima u Londonu i Liverpoolu, i DuCommun (1828) koji je prvi numerički

formulirao hidrostatički odnos izmeñu stupca slatke i slane vode (Ghassemi et al.,

1996). Taj se zakon ipak pripisuje drugoj dvojici autora i u svjetskoj je literaturi danas

poznat kao Ghyben-Herzbergov zakon. Do njega su došli neovisno Ghyben (1888) i

Herzberg (1901.).

Ta se zakonitost zasniva na hidrostatičkoj ravnoteži stupca slatke i slane vode,

za koje se pretpostavlja kako nema miješanja, slično U-cijevi (slika 3.9).

50

Slika 3.9. Zakon spojenih posuda: U-cijev i pješčani otok sa slatkovodnom lećom – Ghyben-Herzbergov zakon (odnosi razina su karikirani; Terzić, 2003).

U spojenim posudama nalaze se dvije nemješive tekućine. Razina tekućina je

različita. Preko dodirne plohe nemješivih tekućina u superkapilarnim šupljinama postoji

kontinuitet tlaka, a na dodirnoj plohi tlak je jednak. Pri hidrostatičkim uvjetima za

dodirnu plohu se može postaviti relacija:

2211 ghpghp aa ρρ +=+ (1)

gdje je:

h1, h2 - visine stupaca jedne i druge tekućine (m);

ρ1, ρ2 - gustoće dviju tekućina (kg/m3);

g - ubrzanje sile teže (m/s2);

pa - atmosferski tlak (Pa).

Nakon sreñivanja skraćivanjem atmosferskog tlaka i ubrzanja sile teže:

2211 hh ρρ = (2)

Sada je ovu jednadžbu moguće primijeniti na odnos slatke i slane vode, ako

vrijednosti promatramo na sljedeći način:

ρ1 – gustoća slatke vode, ρf;

h1 – visina stupca slatke vode;

ρ2 – gustoća slane vode, ρs;

h2 – visina stupca slane vode;

51

"z" – dubina slatkovodne leće ispod razine mora;

Umjesto visine stupca slatke vode uvrštava se "nadvišenje" slatke vode (hf)

iznad razine slane vode u izraz (2):

hf = h1 – z (3)

Uvrštenjem jednadžbe (3) u jednadžbu (2) dobije se:

ρf(z + hf) = ρs z

(4)

Sreñivanjem jednadžbe (4) dobije se konačan oblik poznatog Ghyben-

Herzbergovog zakona koji izražava dubinu slatkovodne leće ispod razine mora:

ffs

f hzρρ

ρ−

= (5)

Uvrste li se u izraz (5) poznate vrijednosti gustoća (gustoća slatke vode ρf=

1,000 kg/m3 i gustoća slane morske vode ρs = 1,025 kg/m3) dobije se Ghyben –

Herzbergov zakon koji glasi: za svaki metar nadvišenja slatke vode iznad razine mora,

postoji oko 40 m slatke vode ispod razine mora, tj. z = 40hf.

Prilikom proučavanja odnosa slatke i slane vode u krškim uvjetima strujanja, sa

svim poznatim i objašnjenim ograničenjima, Ghyben-Herzbergov zakon treba uzeti u

obzir orijentacijski, budući se on teorijski odnosi na homogeni izotropni vodonosnik

grañen od sitno zrnatih pijesaka. Osim toga, on opisuje ravnotežu u stanju mirovanja,

dakle bez strujanja, a ne uzima u obzir niti važne mehanizme kao što su primjerice

advekcija i disperzija (Ghassemi et al., 1996). Ghyben- Herzbergov zakon teorijski

prikazuje model oštrog dodira slatke i slane vode, a kako je u praksi pokazano, postoji

relativno široka zona postupnog prijelaza od potpuno slatke do potpuno slane vode,

koja se naziva zona miješanja ili prijelazna zona (slika 3.10). Do njenog postanka

dolazi zbog dinamike, strujanja, procesa advekcije i disperzije, te učestalih promjena

hidrostatičkih uvjeta (valovi, plima-oseka, sezonske i druge promjene razine

podzemne vode).

52

Slika 3.10. Shema sezonskog kolebanja zone miješanja (prijelazna zona)

Većinu krških vodonosnika moguće je u regionalnom i subregionalnom mjerilu

smatrati otvorenima. Stoga shematski prikaz (slika 3.11.), načinjen radi izražavanja

dubine prodora klina morske vode u unutrašnjost (Urumović, 2000), u teorijskom

smislu izražava model svih priobalnih i otočkih vodonosnika.

Slika 3.11. Shematski prikaz odnosa slatke i slane vode u otvorenom vodonosniku

(Urumović, 2000)

Dubinu prodora klina (L) uz pretpostavku trenutne infiltracije IW=0 prikazuje

jednadžba:

0

2

22 q

zKL ms

s

m

ρρρ∆

= (6)

gdje je:

53

L – dužina prodora klina morske vode (m);

ρm – gustoća morske vode ρm ≈ 1025 kg/m3;

ρs – gustoća slatke vode ρs ≈ 1000 kg/m3;

∆ρ – razlika gustoća ∆ρ ≈ 25 kg/m3;

Ks – prosječna hidraulička vodljivost vodonosnika (m/s);

zm – razina mora (m);

qo – veličina ulaznog dotjecanja (m/s);

Na temelju tih postavki riješeni su hidrogeološki odnosi u priobalnim krškim

vodonosnicima južne Istre (Urumović, 2000). Naime, najznačajnija hidrogeološka

pojava u priobalnom dijelu niske karbonatne platforme je pojava plitkoga krškog

vodonosnika koji je zahvaćen brojnim zdencima u području izmeñu Umaga i Pule. Iako

se podzemne vode ovoga vodonosnika koriste u organiziranoj vodoopskrbi već preko

sto godina, tj. u doba Austrougarske kada je razvitak Pule, ali i nekih drugih priobalnih

naselja, prerastao stara rješenja izvorišta vodoopskrbe (Stache, 1889), ipak još uvjek

vladaju brojne nedoumice o ponašanju vodonosnog sustava. Oslanjajući se na

neprijeporne podatke o položaju i konstrukciji zdenaca, njihovoj uporabi, te posebno

vrijedna mjerenja razina podzemnih voda koja se provode zadnjih godina, mogu se

izdvojiti sljedeće osnovne značajke vodonosnika:

- prostorna raširenost vodonosnika;

- raspršenost pojava jama, špilja i kaverni značajnih dimenzija, te

- zadržavanje vode u vodonosniku i održavanje razine podzemne vode u

prirodnim uvjetima znatno iznad razine mora unatoč snažno izraženoj okršenosti

naslaga.

Iz ovih zapažanja i vodeći računa o geološkoj grañi mogu se razotkriti osnovna

svojstva vodonosnika i način njegovoga napajanja, no pozornost je posvećena samo

onim značajkama koje vode interpretaciji uvjeta prodora morske vode u vodonosnik.

Vodonosnik se proteže gotovo od Savudrije na sjeverozapadu do Raškog zaljeva

na jugoistoku. Širina ovog pojasa nije istražena, no vodonosnik je utvrñen bušotinama

koje se nalaze do 8 km duboko u kopno od morske obale. Dakle, radi se o velikoj

površini na kojoj su mogući značajni iznosi napajanja podzemnih voda čak i uz

relativno male koeficijente poniranja oborina u podzemlje.

54

Cijelo područje izgrañeno je od karbonatnih naslaga. Struktura naslaga izražena

je vrlo blagom antiklinalom u tjemenu koje su izmeñu Poreča i Rovinja gornjojurske

naslage na koje naliježu kredne naslage. Pretežito su zastupljeni masivni i debelo

uslojeni vapnenci, a u manjoj mjeri tanko slojeviti i pločasti vapnenci. Unutar njih

pojavljuju se i zone s jače izraženom laporovitom ili dolomitnom komponentom, te

tanko pločastim do škriljavim vapnencima s proslojcima lapora. Područje je velikim

dijelom prekriveno crvenicom koja mjestimice ima značajnu debljinu. Zapažaju se

brojni krški oblici, ponikve i krške jame raznolikih dimenzija. Njihova se pojava

umnožava idući dublje u kopno. Zanimljivo je da su i najstariji poznati zdenci kopani ili

u jamama i ponorima ili pokraj njih. Jamačno su iskustva o postojanju vode u njima

bila važna vodilja u prvim sustavnim naporima na korišenju ovog vodonosnika u

vodoopskrbi. Prvi pulski zdenac Tivoli je 1897. godine uključen u vodoopskrbni sustav,

1903. god. uključen je prvi zdenac u Poreču. 1909. su uključena dva zdenca u Rovinju,

a 1911. godine je pronañena podzemna voda u Petroviji kraj Umaga. Kasnije se sve

više širila izrada zdenaca ne samo za organiziranu vodoopskrbu, nego i za individualne

potrebe. Zdenci su, kako to spominje Sarnavaka (1952) “raštrkani u širokom području

s relativno malom udaljenošću jedan od drugoga. Dubina im varira prema nadmorskoj

visini terena, a u prosjeku se kreće oko 30 m i uglavnom dosežu do morske razine.

Bez osobite pravilnosti, neki su odmah dosegli do slatke vode, dok su drugi u početku

bez vode, postali pozitivni tek nakon kopanja prostranih rovova i miniranjem na dnu,

što je opće poznata činjenica za mjesne zdenčare”. Na povezanost vodonosnika s

intenzivnim okršavanjem upućuju podaci da se na dnu pulskih zdenaca Jadreški i Šišan

nalaze prirodne galerije duge do 70 m u kojima su vidljiva mjesta istjecanja

podzemnih voda. Zadnjih nekoliko desetaka godina izveden je veliki broj bušenih

zdenaca, tako da se prema “Katastru bušenih zdenaca južne Istre” samo u području

izmeñu Limskog Kanala i Raškog zaljeva nalazi čak 1137 bušenih zdenaca (Rubinić,

1999). Dakle, brojni su podaci koji upućuju na zaključak o hidrauličkom kontinuitetu

heterogenoga krškog vodonosnika.

Zadržavanje vode u vodonosniku i održavanje razine podzemne vode u

prirodnim uvjetima znatno iznad razine mora unatoč snažno izraženoj okršenosti

naslaga postavlja brojna pitanja od kojih su glavna: identifikacija načina napajanja

podzemnih voda, veličina propusnosti naslaga i njena distribucija u prostoru, te odnos

55

slatke i slane vode u priobalnom pojasu. Pri traženju odgovora o zadržavanju i

općenito ponašanju podzemnih voda vrlo su dragocjeni podaci o opažanju razina

podzemnih voda koja od 1994. godine provodi Geo-5 za potrebe Hrvatskih voda (slike

3.12 i 3.13).

Slika 3.12. Lokacije opažačkih zdenaca.

Slika 3.13. Kolebanje razine podzemne vode u opažačkim bušotinama i zdencima.

Opažačke bušotine i zdenci smješteni su u pojasu od neposrednog zaobalja do

oko 7 km udaljenosti od obalne crte (slika 3.12). Nivogrami kolebanja podzemnih voda

(slika 3.13) izražavaju nekoliko osnovnih obilježja. Kao prvo, snažno je izraženo

sezonsko kolebanje razine podzemne vode. Minimalne razine pojavljivale su se

sredinom jeseni ili čak do početka zime. Glavno napajanje podzemnih voda u pravilu

56

nastupa naglo s prvim intenzivnim oborinama sredinom jeseni i tijekom zime. Visoki

vodostaji se relativno dugo održavaju, a recesijska krivulja ukazuje na postupno

pražnjenje podzemnih voda. U recesijskom razdoblju ne zapažaju se tragovi većih

pljuskova. Stječe se dojam da su u prvom planu pojave nakupljanja podzemnih voda u

vodonosniku, koji prema blagoj recesijskoj krivulji ima zanačajan akumulacijski

kapacitet.

Drugo važno obilježje je raznolikost razina podzemnih voda za koje se može reći

da su općenito sve više s udaljavanjem od morske obale. Najniže razine su svakako u

blizini morske obale, a u unutarnjem dijelu su u rasponu od oko 10 do 45 m n.m.

Unatoč ovom osnovnom pravilu zapažaju se i velike lokalne razlike. Tako se

maksimalne opažene razine podzemne vode u pulskim zdencima na relativno uskom

području kreću u rasponu od 6,3 do 19,53 m n.m. (tabl. 3.1, slika 3.14). Zanimljivo je

spomenuti da je u zimi 1992/93. godine uočena pojava izuzetno nagloga porasta

razine vode u zdencima, posebice zdenca Škatari na kojemu se pojavilo i preljevanje

vode.

Slika 3.14. Maksimalne opažene razine podzemne vode u pulskim zdencima

Visina maksimalnih razina, i njeni odnosi izmeñu pojednih zdenaca, upućuju na

pretpostavku da se podzemne vode napajaju poniranjem oborina prvenstveno kroz

krške jame i pukotine neposrednoga i šireg okružja. Tome u prilog govore i rezultati

analize antropogenog utjecaja na kakvoću podzemnih voda (Vlahović, 1999).

Raspoloživi podaci upućuju na zaključak o izostajanju snažnih privilegiranih regionalnih

tokova, odnosno slaboj povezanosti pojedinih kaverni, koji predstavljaju snažanu, ali

57

lokalnu drenažu podzemnih voda. Hidraulički kontinuitet se vjerojatno ostvaruje preko

prslina i pukotina u kojima je akumulirana značajna količina podzemnih voda koje se

postupno dreniraju prema moru ili se koncentrirano zahvaćaju eksploatacijskim

zdencima. Hidraulički kontinuitet vodonosne sredine je dakle uvjetovan raznolikošću

šupljina i rubnim uvjetima, pa se na razini regionalnog mjerila može govoriti o

osrednjenim parametrima vodonosnika koji u nekom prostoru održavaju stabilan

statistički prosjek, odnosno manifestiraju ujednačen ukupni učinak raznovrsnih

šupljina u vodonosnoj sredini. Slični uvjeti pri kojima se osrednjene vrijednosti

parametara mogu dovoditi do predodžbe karbonatnih vodonosnika homogenom

sredinom zapaženi su i u nekim drugim područjima (Motyka, 1998).

Tablica 3.1. Karakteristični parametari pulskih zdenaca.

Oznake: N-broj zdenca, H0-razina terena, Q-godišnji prosjek izdašnosti zdenca, hmin-minimalna razina vode u zdencu,

hmax-maksimalna zabilježena razina vode u zdencu, SAL-raspon saliniteta vode.

N Zdenac H0

(m)

Q

(l/s)

hmin

(m)

hmax

(m)

SAL

(mg/l NaCl)

1. Šišan 49.41 25 -2.91 13.81 59 – 95

2. Jadreški 50.80 32 -0.70 16.76 52 – 118

3. Valdragon 3 23.37 8 -1.53 8.19 35 – 87

3. Valdragon 4 24.80 10 -2.00 8.49 43 – 85

3. Valdragon 5 28.97 5 -2.18 13.97 30 – 83

4. Škatari 23.40 3 -1.32 19.53 37 – 75

5. Fojbon 25.90 6 -2.20 15.40 27–74

6. Tivoli 18.84 34 0.60 4.44 30–1740

7. Karolina 35 0.30 1.67 > 200

8. Peroj 31.19 1 -0.81 8.19 18 - >200

9. Campanož 35.64 16 -1.70 (?) 9.09 35 – 105

10. Lokvere 23.70 4 -4.50 23.50 40 – 73

11. Ševe 21.58 8 -5.45 13.00 58 – 240

12. Rizzi 9.47 9 -4.58 6.30 35 – 65

Zanimljivo je da nema podataka koji bi govorili o dubokom prodoru morske

vode u kopneno podzemlje unatoč relativno dubokoj okršenosti naslaga. Odnosi nastali

pri nazočnoj raspodjeli propusnosti naslaga i napajanja podzemnih voda sprečavaju

58

prodor morske vode. Naime, nezaslanjivanje pulskih zdanaca unatoč snižavanja radne

razine podzemne vode u njima na preko 4 m ispod razine mora potvrñuje izostanak

prodora mora u ovome području. Za odnos slatkih i slanih voda zanimljivi su podaci

istraživačkog bušenja do 250 m dubine na otoku Veliki Brijun koja su provedena 1951.

godine (Sarnavka, 1952). Četiri bušotine smještene u krug s maksimalnom

meñusobnom udaljenosti do 1000 m nabušile su tri vodonosna sloja na dubinama oko

50, 160 i 250 m. Sve bušotine su nakon nekoliko metara crvenice cijelom dubinom u

krednim karbonatima, vjerojatno vapnencima s proslojcima dolomita. U svim

vodonosnicima je razina vode iznad razine mora. Salinitet podzemne vode kretao se

od 120 do 280 mg Cl/l i u pravilu je niži u dubljim slojevima. Izuzetak je četvrta

bušotina koja je nabušila kavernu na dubini od 44 do 68 m i u kojoj se pojavio prodor

morske vode prilikom pokusnog crpljenja. U svim bušotinama crpljenjem je ostvarena

mala količina vode uz veliko sniženje razine podzemne vode, što ukazuje na malu

propusnost pukotinskoga sustava. Pojava većeg broja vodonosnika tumači se ulošcima

dolomitnih proslojaka, no male razlike u razini podzemne vode upućuju na

pretpostavku o hidraulički povezanom heterogenom sustavu. Horizontalna hidraulička

vodljivost je vjerojatno puno veća od vertikalne, pa je prodor mora reduciran

dotjecanjem slatke vode i održavanjem relativno visoke razine podzemne vode.

Pri shematizaciji uvjeta prodora morske vode polazi se od činjenice da u većini

pulskih zdenaca ne dolazi do zaslanjenja unatoč sniženju razine znatno ispod razine

mora, ali da u nekim zdencima (Tivoli, Peroj) najbližim morskoj obali pri niskim

vodostajima i intenzivnom crpljenju zaslanjenje postaje značajno. To kao i podaci

testiranja na otoku V. Brijun ukazuju da je na odreñenoj dubini i u regionalnom mjerilu

reducirana propusnost naslaga, pa se može pretpostaviti hipotetska podina

vodonosnika preko koje se proteže klin morske vode u nekim uvjetima. Krovina

vodonosnika u regionalnom smislu ostaje otvorena, što potvrñuje kako napajanje

infiltracijom oborina tako i mjestimične pojave zagañenja od lokalnih površinskih

djelatnosti.

U takvim se uvjetima dosezanje prodora klina morske vode preko podine

otvorenog vodonosnika može ilustrirati promatrajući tok jedinične širine shematski

prikazanog na slici 3.11. Ako je oštra granica slatke i slane vode (γm), a u pojasu slane

vode nema toka, te uz pretpostavku horizontalnog toka slatke vode u vodonosniku,

59

tada se za neku točki A na dodiru slatka/slana voda može uzeti da je tlak γs(hs-zi) s

gornje strane dodira slatka/slana voda uravnotežen s tlakom γm(zm-zi) s donje strane,

pa se za visinu razine vodne plohe može pisati:

iims

ms zzzγ

h +−≈ )(γ

(7)

odnosno

)( ims

ms zzγ

zh −∆=−γ

(8)

Kako je zm=konst. to je odnos gradijenta gornje vodne plohe i donje dodirne plohe:

dx

dzγ

dx

dh i

s

s

γ∆−= (9)

Ako je q0 veličina ulaznoga dotoka, a Iw iznos ujednačene infiltracije oborina (i ostalog

procjeñivanja na vodnu plohu), tada se jednadžba kontinuiteta stacionarnoga toka

slatke vode za vodonosnik prosječne hidrauličke vodljivosti Ks može pisati u obliku:

)(0 iss

sw zhdx

dhKxIq −−=+ (10)

odnosno uvrštavajući izraze (7) i (8) u izraz (10) dobiva se:

)(0 imi

s

m

ssw zz

dx

dzKxIq −∆−=+

γγ

γγ

(11)

a njenom integracijom od x=0, zi=0 do x=L, zi=zm dobije se odnos:

22

2

022 m

s

ms

w zKLI

Lqγ

γγ∆=+ (12)

Kada je Iw=0:

0

2

22 q

zKL ms

s

m

γγγ∆

= (13)

Proizlazi dakle da je pri danim značajkama vodonosnika potrebno održavati

odreñeno otjecanje slatke vode u more kojim se ograničava prodor slane vode u

zaobalje. Pri crpljenju zdenaca, izmeñu zdenca i mora nastaje razvoñe koje režimom

crpljenja treba održavati izvan dužine L.

Zamršeni odnos slatke i slane vode u krškom podzemlju jadranskog priobalja

opisuje Gjurašin (1942, 1943). Pokazuje kako se priobalna istjecanja često mogu s

60

visokom mjerom preciznosti opisati fizikalnim zakonima, prije svega kanalskom

hidraulikom, sifonskim tečenjima, razlikama u gustoći fluida, razlikama tlakova, pa i

difuzijskim strujanjem.

Kada u nekom krškom sustavu postoje izražena kanalska strujanja i izrazito

privilegirani tokovi, upravo je ovakav način njihove obrade najlogičniji.

Pri tome treba poći od pretpostavke da se tečenje podzemne vode u kršu odvija

duž pukotina u stijenskoj masi. U tom kontekstu pod pukotinom se podrazumijeva

svaka šupljina u stijenskoj masi kroz koju teče voda, bez obzira na njezinu genezu i

geološku prirodu.

S hidrološkog stajališta prihvatljiva aproksimacija laminarnog tečenja kroz

pojedinu pukotinu je kubični zakon, proizašao iz primjene Navier-Stockesovih

jednadžbi za protjecanje izmeñu dvije paralelne plohe (slika 3.15.)

Slika 3.15. Idealizirani prikaz protjecanja kroz pukotinu kao protjecanja izmeñu dvije

paralelne plohe (a) i protjecanje izmeñu više paralelnih pukotina

Ukupan protok, Q kroz jednu pukotinu jediničnog prostiranja l, omeñene s dvije

glatke paralelne stijenke na konstantnoj udaljenosti w iznosi:

iwfTdl

dhgwQ ⋅⋅=⋅=

µρ12

3 (14)

gdje je g gravitacija (m/s2), ρ gustoća vode (kg/m3), µ dinamički viskozitet

(Pas), dh/dl hidraulički gradijent. Iz jednadžbe (14) proizlazi da je hidraulička

vodljivost jedne pukotine jednaka:

61

µρ12

2gwK = (15)

a hidraulička vodljivost N pukotina:

µρ

12

3

m

gNwK = (16)

Kako je tečenje kroz krške vodonosnike u pravilu turbulentno, jednadžba (14)

se može transformirati u izraz:

Q = Tfwiα (17)

u kojem nelinearni koeficijent α iznosi od 0,5 za potpuno turbulentni tok, do 1,0 za

potpuno laminarni tok. Turbulentni tok se dogaña kada Reynoldsov broj Re iznosi 1000

i više, a on se izračunava kao:

µρ= vd

Re (18)

gdje je v srednja brzina fluida (m/s), d promjer cijevi /pukotine (m) ρ gustoća vode

(kg/m3) µ dinamički viskozitet (Pas).

Transmisivnost Tf je bitan parametar koji opisuje hidrauličko ponašanje

pukotine. On se može izračunati iz podataka dobivenih pokusnim crpljenjem s time da

moraju biti dobro poznati svi detalji o bušotini. Pri tome postoji i vrlo značajan

problem mjerila. Vrijednost transmisivnosti se teoretski može odrediti i na temelju

rezultata testa utiskivanjem vode u bušotinu, no pri tome treba imati na umu da zbog

samog terenskog postupka, tj. utiskivanja vode pod relativno visokim tlakom može

doći do deformacija ili “pročišćavanja” pukotina, što rezultira većom transmisivnošću

od one prirodne (Noorished i Doe, 1982). Posebno treba biti oprezan ukoliko se

vrijednosti transmisivnosti odreñene na temelju testova “in-situ” žele koristiti u

prognostičkim modelima. Pri takvoj simulaciji treba posebno pažljivo razmotriti

eventualne pojave turbulentnog tečenja, promjene transmisivnosti u prostoru i

utjecaja mjerila. Ako se primjenjuju isključivo hidrološki modeli (tj. modeli u kojima se

zanemaruje bilo kakva deformacija stijenske mase) za simulaciju prolaznog toka

nužno je poznavanje pukotinskog uskladištenja Sf . On se definira kao volumen fluida

po jedinici površine pukotine koji je uskladišten (ili otpušten) zbog jediničnog

povećanja (ili smanjenja) hidrauličkog tlaka, a ovisan je o deformabilnosti stijenki

62

pukotine i stišljivosti fluida. Za izračunavanje pukotinskog uskladištenja postoji niz

različitih empirijskih izraza. U inženjerskoj praksi Sf se izračunava interpretacijom

rezultata pokusnog crpljenja, no i pri tom postupku vrijede sva ograničenja kao i kod

izračunavanja transmisivnosti.

Sigurno je da visoko propusne zone, koje su karakteristične za krške

vodonosnike predstavljaju predisponirane puteve za tečenje podzemne vode (tablica

3.2.), što u priobalnim krškim vodonosnicima ima za posljedicu nepravilne trase

prodora morske vode u zaobalje. Uz to neujednačen raspored razina podzemne vode,

odnosno hidrostatskih tlakova, uzrok je nepravilnog rasporeda dubina i debljina

prijelazne zone. Položaj i orijentacija visoko propusnih drenova neposredno utječe na

mogućnost crpljenja slatke vode na pojedinim lokalitetima. Naime, postojanje drenova

s direktnom hidrauličkom vezom s morem može ubrzati intruziju morske vode u

uvjetima eksploatacije (Arfib i Bonacci, 2005).

Tablica 3.2. Udjeli pukotina u toku podzemne vode u kršu

Hidraulička vodljivost, K

(m/s) Udjel u toku (%)

Lokacija

Matriks Pukotine Šupljine Matriks Pukotine Šupljine

Smithville, Ontario,

Canada 1x10-10 1x10-5 3x10-4

0,00000

3 3,0 97,0

Mammoth Cave,

Kentucky 2x10-11 2x10-5 3x10-3 0,00 0,3 99,7

The Chalk, England 1x10-8 4x10-6 6x10-5 0,02 6,0 94,0

Nonoch Nah Chich,

Yucatan, Mexico 7x10-5 1x10-3 4x10-1 0,02 0,2 99,7

Dakle, vrlo često hidrodinamika krških priobalnih vodonosnika ovisi upravo o

zonama visoke propusnosti. Podzemni kanali dreniraju vodu tako da ona protječe kroz

vodonosnik velikim brzinama. Koncentrirani podzemni tokovi ključni su faktor o kojem

ovisi ravnoteža izmeñu slatke i slane vode u priobalnim područjima. Zbog toga su

“leće” slatke vode u krškim priobalnim vodonosnicima i u otočkim vodonosnicima

najčešće tanje od onoga što bi se očekivalo na temelju razlike gustoća slane i slatke

63

vode u statičkom sustavu. Moore i drugi (1992) utvrdili su tijekom hidrogeoloških

istraživanja na poluotoku Yucatan da su debljine saturiranog dijela priobalnog

vodonosnika slatkom vodom manje za 40% no što bi to bilo u idealiziranim statičkim

uvjetima sukladno Ghyben-Herzbergovom zakonu.

No slatka podzemna voda koja teče može, ovisno o hidrodinamičkim uvjetima

koji vladaju u priobalnom krškom vodonosniku, značajno potiskivati morsku vodu ili

čak istjecati u more kroz podmorske izvore i na značajnijim udaljenostima od obale.

Naime, poznato je da krški drenovi postoje i ispod današnje morske razine. Oni su

nastali tijekom geoloških razdoblja kada je razina mora bila znatno niža ili su pak

vertikalnim tektonskim kretanjima “premješteni” s viših pozicija na današnji položaj

ispod morske razine. U takvim uvjetima se krški drenovi mogu usporediti s cijevima,

pa se na njih mogu, naravno uz neka ograničenja, primijeniti zakoni cijevne hidraulike.

Što se tada dogaña može se ilustrirati hipotetskim slučajem prikazanim na slici 3.16.

(Arfib i Bonacci, 2005).

Slika 3.16. Odnos dviju tekućina različitih gustoća unutar podzemnog kanala

(preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

Na slici 3.16a prikazano je kako u početnom stanju vertikalna ploča razdvaja

dvije tekućine različite gustoće (razlika u gustoćama posljedica je razlika u salinitetu)

unutar jednog kanala. Ukoliko se ta ploča ukloni, teža tekućina (tj. morska voda)

utisnuti će se duž dna kanala formirajući klin slane vode, dok će se lakša tekućina (tj.

slatka voda) izdići i teći preko teže tekućine (slika 3.16b). Pod pretpostavkom da nema

miješanja na dodiru dviju tekućina, dužina prodora morske vode u dren Lsw može se

odrediti korištenjem jednostavnog jednodimenzionalnog matematičkog modela. Kada

64

se dostigne odreñena ograničena vrijednost Lsw, posmična sila drži u ravnoteži razliku u

hidrostatskom tlaku koji je posljedica različitih gustoća i sustav će biti u ravnoteži sa

stacionarnim klinom slane vode (brzina slane vode u zoni intruzije Usw=0).

Slika 3.17. Dužina “klina” slane vode u cijevi kružnog presjeka

(preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

Prema Arfibu i Bonacciu (2005), koji citiraju izvorni rad Schijfa i Schonfelda

(1953), pozivajući se na Chadwika i Morfetta (1998), ravnotežni uvjeti u cijevi kružnog

presjeka, kako je prikazano na slici 3.17, mogu se izraziti kako slijedi:

−+−= 5/43/2

21 5

632

5

12DD

Dsw FrFr

Frf

yL (19)

gdje je:

f1= ( )2

8

fwUρτ

(20)

FrD = 2/11

−

fw

fwswgy

U

ρρρ

(21)

Pri tome je:

Lsw – dužina “klina” slane vode

f1 - koeficijent trenja

τ – posmični stres

ρsw , ρfw – gustoća morske vode, odnosno gustoća slatke vode

Ufw – brzina slatke vode u zoni intruzije

65

U1 – brzina slatke vode prije intruzije klina morske vode

FrD – Froudeov broj

y – promjer cijevi

Slično analitičko rješenje jednodimenzionalnog modela dao je Dermissis (1993)

za izračunavanje dužine klina slane vode u zatvorenom podzemnom kanalu kružnog ili

pravokutnog presjeka. On je izrazio svoj rezultat grafičkim prikazom koji je funkcija

geometrije kanala, Froudeovog broja (ovisi o gustoći) uzvodno od klina i koeficijenta

trenja na dodiru sa zidovima i dnom kanala. No to rješenje je teško koristiti za

rješavanje praktičnih problema, jer se mnogi parametri odreñuju približno jer ih je na

terenu nemoguće odrediti.

Posebno je interesantna pojava bočatih izvora u krškim priobalnim terenima koji

su udaljeni i nekoliko stotina metara od obalne crte. Salinitet vode na takvim izvorima

mijenja se tijekom godine ovisno izdašnosti izvora. Za takve pojave intruzije morske

vode u kopno može se dati više različitih objašnjenja. Fenomen izvora kod kojih se

salinitet vode povećava proporcionalno količini vode koja izvire proučavalo je više

autora (Breznik, 1973; Williams, 1977; Combes i Ledoux, 1990). Oni su našli

objašnjenje u mehanizmu sličnom onom po kojemu dolazi do Venturijevog efekta, tj.

pojavi usisavanja morske vode i miješanja sa slatkom vodom u kanalu koji vodi slatku

vodu prema izvoru. Jedan od mogućih slučajeva u kojem se to može dogoditi prikazan

je na slici 3.18.

Slika 3.18. Shematizirani presjek kroz bočati izvor u kojem dolazi do zaslanjenja uslijed Venturijevog efekta (preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

66

Naravno, ima i “normalnijih” slučajeva, tj. situacija u kojima salinitet izvorske

vode opada proporcionalno porastu izdašnosti. To se dogaña zbog relativno manjeg

udjela morske vode u ukupnoj količini vode koja izvire, odnosno zbog efekta

razrjeñivanja uslijed povećanog dotoka slatke vode u zonu izviranja. Ovakav slučaj

jednostavno je objasniti preko fluksa slane vode (količina istjecanja pomnožena s

koncentracijom soli), koji je konstantan u slučaju razrjeñivanja, iako količina slatke

vode koja dolazi na izvor raste. Hidrodinamički odnosi pri kojima salinitet izvora

opada s povećanjem izdašnosti prikazani su na slici 3.19. Tok morske vode u glavni

kanal sa slatkom vodom uvjetovan je razlikama tlakova dva fluida različite gustoće. Na

odreñenoj dubini hidrostatski tlak slane vode (tj. fluida veće gustoće) može biti veći od

hidrostatskog tlaka slatke vode (tj. vode manje gustoće), pa će morska voda teći

prema mjestu spajanja kroz donji kanal.

Slika 3.19. Shematski presjek kroz bočati izvor zaslanjen zbog povezanosti kanala

(preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

Porast razine vode (hidrostatskog tlaka) u kanalu sa slatkom vodom podudara

se s porastom količine istjecanja slatke vode. Razlika izmeñu tlakova dviju tekućina je

u tom slučaju smanjena, pa je i dotok slane vode u sustav manji.

Za vrijeme jakih kiša tok u donjem kanalu mijenja smjer i na izvoru istječe

samo slatka voda. U nekim slučajevima može doći i do potpunog potiskivanja morske

vode iz donjeg kanala pa se ulaz u njega pretvara u podmorski izvor - vrulju.

67

Arfib (2000) i Arfib i drugi (2002) istraživali su bočati izvor Almiros kod

Herakliona (Kreta) i dokazali da se intruzija morske vode u glavni kanal ispunjen

slatkom vodom koji vodi prema bočatom izvoru ne mora odvijati kroz izražene

podzemne kanale ispod razine mora. Do intruzije morske vode može doći i zbog razlika

u tlakovima vode u dovodnom kanalu kojim dotječe slatka voda i okolnom

vapnenačkom matriksu koji hidrogeološki predstavlja homogeni porozni medij

saturiran morskom vodom (slika 3.20).

Slika 3.20. Shematski presjek kroz bočati izvor zaslanjen difuznom intruzijom morske

vode u glavni dovodni kanal (preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

U opisanom slučaju promjene saliniteta izvorske vode ovise o difuznoj izmjeni

vode izmeñu dovodnog kanala u kojem se nalazi slatka voda koja dolazi iz područja

napajanja vodonosnika u unutrašnjosti otoka i matriksa saturiranog morskom vodom.

Lokalno može postojati gradijent tlaka izmeñu podzemnog kanala i matriksa.

Ekvivalentni odnos tlaka slatke vode može izraziti tlakove bočate i slane vode za kanal

i matriks sa slanom vodom prema slijedećem izrazu:

zhhfv

fwswsw

fw

sweqfw ρ

ρρρρ −

−= (22)

gdje je:

heqfw – tlak slane vode izražen kao ekvivalentni tlak slatke vode

z – nadmorska visina točke u kojoj je tlak izmjeren

ρsw , ρfw – gustoća morske vode, odnosnu gustoća slatke vode

68

hsw – tlak slane vode u dijelu vodonosnika ispunjenom fluidom homogenizirane

gustoće

Podzemni kanal može se promatrati kao kanal pod tlakom koji ovisi o razinama

vode na njegovim krajevima, gustoći vode i gubicima tlaka zbog turbulentnog tečenja.

Ako su gubici tlaka zbog turbulentnog tečenja (hf) funkcija kvadrata brzine može se

izraziti Darcy-Weisbachovom jednadžbom:

fh = hgd

Lv

2

2λfh

(23)

pri čemu je:

L – dužina kanala

g – gravitacija

λ - koeficijent gubitka tlaka (bezdimenzionalna veličina)

v – srednja brzina tečenja

dh – hidraulički promjer kanala

Do vrijednosti koeficijenta gubitaka tlaka može se doći iz izraza koji su dali

Marechal (1995) i Jeannin (2001), a za turbulentno tečenje u kanalu s neparalelnim

stranicama glasi:

−=9,1

log21 rk

λ (24)

gdje je kr koeficijent relativne hrapavosti stijenki kanala, koji primjerice za sustav

krških kanala u špilji Hölloch u Švicarskoj iznosi kr = 0,25.

Na temelju Gjurašinovih promišljanja načinjen je i jedan od poznatijih modela

istjecanja na povremenom izvoru Slanac u slivu izvora Pantana kod Trogira (Bonacci et

al., 1995), s vrlo zamršenim odnosom slatke i slane vode u zoni istjecanja od Pantana

do Slanca i nekoliko jakih vrulja.

Pantan je stalni krški priobalni izvor (slika 3.21), udaljen od mora oko 500 m s

točkom izviranja na koti 2,6 m n.m. U njegovoj blizini nalazi se povremeni izvor Slanac

i dva podmorska izvora – vrulje Arbanija i Slatina. Izvori Pantan, Slanac i vrulje

69

Arbanija i Slatina predstavljaju glavne točke pražnjenja priobalnog krškog vodonosnika

za koji je dokazano da je process okršavanja dopro do dubine od pedesetak metara

ispod današnje razine mora. Na izvoru Pantan voda izvire na kontaktu okršenih

vapnenaca s nepropusnim naslagama fliša. Izdašnost izvora varira izmeñu 0,5 i 10

m3/s, a salinitet izvorske vode izmeñu 90 i 10.000 mg/l.

Slika 3.21. Izvor i jezero Pantan

Tijekom kišne sezone salinitet vode iz Pantana je vrlo nizak, a veliko zaslanjenje

javlja se u ljetnim mjesecima.

Izvor Slanac smješten je blizu kontakta vapnenaca i fliša. Voda izvire na

visinama izmeñu 27 i 30 m n.m. Izviranje na najvišoj koti vezano je uz maksimalne

dotoke iz zaleña. Usprkos tome što se Slanac nalazi na znatno većoj visini, voda koja

izvire iz Slanca uvijek je slanija od vode koja izvire iz Pantana. To se dogaña zbog toga

što je Slanac, za razliku od Pantana, smješten u zoni u kojoj postoji izravna veza

izmeñu mora i krškog vodonosnika podzemnim krškim kanalima. Voda izvire na Slancu

samo za vrijeme intenzivnih oborina u zaleñu koje rezultiraju naglim porastom razine

podzemne vode u cijelom slivnom području. Dakle, na izvoru Slanac kao i na vruljama

Arbanija i Slatina istječe samo “višak” vode koji tijekom velikih dotoka ne može isteći

na Pantanu zbog dimenzija izvorske pukotine.

Temeljni problem pri hidrološkim analizama ovog krškog vodonosnog sustava je

definiranje vjerodostojne krivulje istjecanja za izvor Pantan. To je jedino moguće

postići analizom odnosa izmeñu količine istjecanja i razine podzemne vode izmjerene u

70

okolini izvora. Razine podzemne vode opažaju se na jednom pijezometru smještenom

oko 200 m “uzvodno” od izvora. Na temelju analize količine istjecanja i razina

podzemne vode došlo se do dva analitička izraza. Prvi izraz ima oblik:

QP = 1,266(H-2,75)0,613

(25)

a drugi:

QP = 1,496 (H – 2,60)0,5 (26)

Prvi izraz definiran je samo na temelju načela teorije najmanjih kvadrata, dok je

za izvod drugog izraza uz teoriju najmanjih kvadrata uzeto u obzir i tečenje u široj

zoni, što se odrazilo na vrijednost eksponenta od 0,5. U ovom drugom slučaju točka

izviranja fiksirana je na koti od 2,60 m n.m. Usporeñivanjem ova dva izraza analitički i

grafički uvidjelo se da je razlika izmeñu njih beznačajna. Na temelju toga su autori

zaključili da se istjecanje na Pantanu odvija kroz kršku “cijev” koja je pod tlakom.

Najveći dio slatke vode koja izvire na izvoru Slanac i vruljama dotječe

turbulentim tokom kroz sustav kanala shematski prikazan na slici 3.22. Stvarni položaj

i dimenzije (dužina L i promjer d) krških podzemnih kanala nisu poznati. Snažan

turbulentni ili kanalski tok odvija se kroz proširene krške pukotine i kroz nepravilne

krške kanale čije se dimenzije kreću izmeñu 10 mm i 1 m. Za krške kanale se obično

smatra da se mogu aproksimirati s cijevima kružnog presjeka. No u stvarnosti oni

imaju vrlo nepravilne presjeke, pa je vrijednost njihovog promjera d u pravilu

idealizirana.

Slika 3.22. Skica rasporeda krških podzemnih kanala koji povezuju Slanac, Slatinu i

Arbaniju. Dimenzije su približno procijenjene (preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

71

U konkretnom slučaju dužine krških kanala Li, (gdje je i=1,2,3,4) bile su

pretpostavljene na temelju ranijih iskustava stečenih u Dinarskom kršu (Bonacci,

1987; Bonacci i Roje Bonacci, 1997). Početne aproksimacije ukazivale su na to da su

kanali oko 20% duži od najkraće (pravocrtne) veze izmeñu ulazne točke (točka β na

slici 3.22) i izlaza. Kasniji proračun je pokazao da dužina kanala ima vrlo mali utjecaj

na količine istjecanja Qi (gdje je i = 1, 2, 3, 4) i da je sukladno tome najmanje važan

od svih analiziranih parametara. U hidrostatskim uvjetima vrijedi Ghyben-Herzbergov

zakon, pa je u ovom primjeru korišten kao temelj za objašnjenje zaslanjenja izvora.

Pri tome su pretpostavljeni odnosi prikazani na slici 3.23.

Slika 3.23. Podaci potrebni za izračunavanje hidrauličkih parametara

(preuzeto od Arfib i Bonacci, 2005)

Glavni cilj hidrauličkog proračuna, koji se navodi u nastavku, bio je odreñivanje

prihvatljivih vrijednosti hidrauličkih parametara. Za hidrauličke analize tečenja u mreži

podzemnih kanala, korišten je sljedeći sustav jednadžbi:

H1 – H2 = g

v

gd

vL

gd

vL

g

vu 2222

22

2

222

21

211

1

21 +++ λλζ

(27)

H1 – H3 =g

v

gd

vL

gd

vL

g

vu 2222

23

3

233

21

211

1

21 +++ λλζ

(28)

72

H1 – H4 =g

v

gd

vL

gd

vL

g

vu 2222

24

4

244

21

211

1

21 +++ λλζ

(29)

Q1 = Q2 + Q3 + Q4 (30)

v1 = 1

443322

A

AvAvAv ++ (31)

U gornjim jednadžbama oznake znače:

H1 - razina podzemne vode u kanalu kojim dotječe slatka voda iz zaleña (m);

ξ - bezdimenzionalno izražen gubitak energije na ulazu u kanal i

vi – srednja brzina tečenja u kanalu i

Ai – površina poprečnog presjeka kanala i (Ai = 4

2πd) (m2)

Qi – količina istjecanja iz kanala i (m3s-1)

iλ - bezdimenzionalni faktor trenja u kanalu i, a za potpuno turbulentni režim

tečenja može se izraziti kao:

−=

d

ελ

log214,1

1 (32)

Izrazi (27), (28) i (29) su Bernullijeva jednadžba, a izrazi (30), odnosno (31) su

jednadžbe kontinuiteta.

Količine istjecanja iz kanala Qi u opisanom primjeru izračunate su tako da su

mijenjane vrijednosti ε , d, L i RPV (razina podzemne vode), uz primjenu numeričkog

rješavanja sustava gornjih jednadžbi. Treba naglasiti da su autori pri rješavanju

postavljenog problema koristili isključivo hidraulički pristup i nisu uzimali u obzir efekt

uskladištenja. Postavljeni hidraulički model odnosio se samo na fazu dotoka slatke

vode, a intruzija slane vode nije proračunavana prvenstveno zbog nedostatka

relevantnih podataka. No, provedena istraživanja pokazala su slijedeće:

Pantan je jedini izvor u slivu koji je povezan s izvorom Slanac;

Dužina podzemnih kanala nema bitnog utjecaja na količinu istjecanja na

Slancu i vruljama;

73

Najznačajniji parametri u provedenom proračunu su promjer krških

kanala di i apsolutna hidraulička hrapavost ε .

Glavni rezultati proračuna prikazani su na slici 3.24.

Slika 3.24. Količine istjecanja na izvoru Pantan kao funkcija razine podzemne vode,

dužine krških kanala L, promjera kanala d i apsoultne hrapavostiε (preuzeto od Arfib

i Bonacci, 2005)

Za razliku od gore opisanog primjera, a na temelju opažanja i podataka brojnih

istraživačkih radova, na otocima su kanalska tečenja rijetka (Terzić, 2007). Sredina se

smatra gotovo kontinuiranom, koliko je to za krški teren moguće zaključiti. Postoje

brojni elementi koji upućuju na okršavanje, od okršenih stijena na površini kao stalno

prisutne tzv. prve faze speleogeneze (Garašić, 1995), do brojnih registriranih i

istraženih speleoloških objekata. Dakle, kada se spoje dvije osnovne spoznaje: da

voda uglavnom ne istječe krškim kanalima ili izrazito privilegiranim tokovima; i da

postoje brojni speleološki objekti; nameće se pretpostavka kako su speleološki objekti

i krški kanali i sifoni uglavnom meñusobno odvojeni. Komunikacija podzemne vode

izmeñu pojedinih izrazito krških dijelova terena dogaña se kroz razlomljenu stijensku

masu, što znatno usporava istjecanje i predstavlja osnovnu pozitivnu okolnost za

74

nakupljanje podzemne vode u značajnijim količinama u otočkim krškim vodonosnicima

(slika 3.25).

Slika 3.25. Shematski prikaz otočke slatkovodne leće kontrolirane krškim i

pukotinskim sustavima, na primjeru Velikog Kajmana (Jones et al., 2004).

Neki odvojeni oblici, kao što su krški podzemni kanali, intenzivno raspucali

slojevi i druge propusne zone, koje imaju veliko prostiranje u odnosu na mjerilo

studije, presudni su za tečenje u krškim priobalnim vodonosnicima. Transport i tečenje

slatke i morske vode ovisi uglavnom o meñusobnoj povezanosti tih oblika koji primaju

vodu iz raspucale stijenske mase i brzo je prenose od jedne do druge točke. Njihov

položaj i geometrija općenito su nepoznati. Uz to, s hidrološke točke gledišta, budući

da su pukotine u pravilu nepravilno rasporeñene u prostoru, vodonosnici su

heterogeni, a putevi tečenja nepravilni. Zbog toga prognoziranje tečenja u krškim

vodonosnicima na determinističkoj osnovi često nema smisla, a simulacije mogu

dovesti do krivih zaključaka. To je razlog da se danas sve više koriste različite

statističke, odnosno stohastičke metode interpretacije. Temelje se na snimanju

pukotina (orijentacije, dužine i širine) na otvorenim izdancima stijenske mase,

njihovom grafičkom prikazu u stereografskim projekcijama i drugim statističkim

obradama.

75

3.3. Ranjivost krških vodonosnika

Već je u uvodnom dijelu naglašeno da su krški vodonosnici krajnje osjetljivi s

obzirom na onečišćenja s površine terena. Ta ugroženost varira ovisno o prirodi

zagañivala, krškim oblicima, pojavi vode u krškom terenu, stupnju kontakta vode koja

se infiltrira sa zonom tla i uvjetima transporta zagañivala u vodonosnik.

Za razliku od vodonosnika meñuzrnske poroznosti, krški vodonosnici su

najvećim dijelom potpuno otvoreni utjecajima s površine terena, posebno u zonama

koncentriranih poniranja u visokim dijelovima sliva. To čini krške vodonosnike vrlo

ranjivim u odnosu na ljudsku djelatnost i zaštita je daleko složenija i teže provediva.

Posebno treba istaći problem djelomične salinizacije priobalnih i otočnih krških

vodonosnika zbog utjecaja mora. Zaštita i korištenje tih vodnih resursa vrlo je

kompleksno, jer zahtijeva vrlo komplicirana i ponekad skupa istraživanja.

Zagañivala mogu potjecati od različitih načina korištenja zemljišta, kao što je

primjerice poljodjelstvo, rudarstvo, graditeljstvo, otjecanje oborinskih voda iz urbanih

predjela i njihovo procjeñivanje u podzemlje.

Posebno su česte negativne posljedice zbrinjavanja otpadnih tvari, kao što su

komunalne i industrijske otpadne vode, procjeñivanje iz septičkih jama i procjeñivanje

eluata iz odlagališta komunalnog otpada (slika 3.26).

PONOR SA SMEĆEM

POVRŠINSKI TOK KOJI PONIRE

TOKPREMA IZVORU

ZDENAC

RAZINAPODZEMNE

VODE

INFILTRACIJA ZAGAðIVALA

ZAGAðENJE PODZEMNE VODE

PROCJEðIVANJEM IZ SEPTIČKE JAMA

SEPTIČKA JAMA S DRENAŽOM U TLO

PONOR SA SMEĆEM

POVRŠINSKI TOK KOJI PONIRE

TOKPREMA IZVORU

ZDENAC

RAZINAPODZEMNE

VODE

INFILTRACIJA ZAGAðIVALA

ZAGAðENJE PODZEMNE VODE

PROCJEðIVANJEM IZ SEPTIČKE JAMA

SEPTIČKA JAMA S DRENAŽOM U TLO

Slika 3.26. Prikaz mogućih onečišćenja krškog vodonosnika

76

Otopljena zagañivala u vodonosnicima s prevladavajućim kanalskim tokom

mogu biti lagano transportirana pod svim uvjetima tečenja. Za to postoje brojni

primjeri industrijskih organskih spojeva, herbicida, hranjiva i metala u tragovima.

Sastojci povezani sa suspendiranom tvari općenito za transport trebaju više

energije (tj. veće brzine toka i vrtloženje). Energija potrebna za transport ovisi

gustoći, veličini i obliku suspendiranih čestica.

U zagañivala može spadati i sediment na čije su čestice vezani insekticidi,

hranjiva i teški metali.

Zagañivala povezana sa suspendiranom tvari mogu biti uklonjena iz vode

mehaničkom filtracijom pri uvjetima difuznog tečenja kroz sitne pore u matriksu

vodonosnika. No, u velikim, dobro razvijenim šupljinama nastalim otapanjem u krškim

vodonosnicima neće biti zadržani niti krupnozrnati sedimenti ili duge čestice na koje je

vezano neko zagañivalo. Ta zagañivala mogu ući u vodonosnik kroz ponor ili otvor na

dnu vrtače, transportirati se brzo kroz podzemne kanale i pojaviti se na izvoru ili

zdencu.

Biološka zagañivala kao što su virusi, bakterije i drugi mikroorganizmi, kao i

neki veći organizmi, takoñer mogu biti lagano transportirani u i kroz krške

vodonosnike na isti način kao i kemijska zagañivala. Ona mogu, ali i ne moraju, biti

vezana s drugim suspendiranim tvarima. Veći organizmi ili organizmi vezani uz

suspendiranu tvar, općenito za prolaz trebaju veće otvore i veće brzine za transport

podzemnom vodom, a to je tipično za krške vodonosnike.

Gotovo sve vode koje dopiru do sustava s podzemnom vodom prolaze kroz zonu

površinskog tla. Pri tom prolazu može doći do značajnog poboljšanja kakvoće

procjedne vode uslijed filtracije, različitih fizičkih i kemijskih reakcija (precipitacija,

oksidacijsko-redukcijske reakcije, ionska zamjena, adsorpcija i desorpcija i kiselo-

lužnate reakcije), mikrobiološke transformacije i drugih fizičkih, kemijskih ili bioloških

procesa. Meñutim, na većini krških terena voda koja se infilrira u podzemlje ima mali

ili uopće nema kontakta s tlom. Tako postoje vrlo male mogućnosti za poboljšanje

kvalitete zagañene površinske vode prije no što ona prodre u podzemni vodonosni

sustav.

77

Iako vrtače sa začepljenim drenovima mogu biti hidraulički povezane s

vodonosnim sustavom, mogućnost zagañenja kroz njih je općenito manja nego u

slučaju vrtača s otvorenim drenovima. Naime, pri infiltraciji vode kroz sedimente na

dnu vrtače, može se očekivati barem djelomično popravljanje kvalitete vode. Kako je

već ranije opisano, napredovanje proširivanja otvora otapanjem u topivoj stijenskoj

masi ispod zone tla i drugih nekonsolidiranih materijala općenito je prva faza nastanka

vrtače. Povećavanje i povezivanje tih šupljina omogućuje da se u podzemni drenažni

sustav infiltriraju i kroz njega transportiraju sitne čestice nekonsolidiranog materijala s

površine što rezultira nastankom vrtače. To je ista mreža podzemnih šupljina koja

omogućuje brzi prolaz zagañivala do podzemne vode. Kako se podzemna voda u

krškim vodonosnicima kreće uglavnom kroz podzemne kanale, njezino kretanje je

mnogo brže nego u drugim vodonosnicima i može biti reda veličine od više kilometara

dnevno. Zbog toga svaki prodor zagañivala u podzemni vodonosni sustav može

rezultirati pronosom zagañivala na velike udaljenosti kroz kratko vrijeme.

78

4. ISTRAŽIVANJA I OBRADA PRIKUPLJENIH PODATAKA

Prikupljanje podataka za identifikaciju krških vodonosnika, odnosno njihovo

lociranje, dimenzioniranje, definiranje sliva i dinamike podzemnih voda i bilanciranje

voda obavlja se istraživačkim radovima i mjerenjima. Istraživački radovi i mjerenja

provode se u sklopu regionalnih, detaljnih i specijalnih istraživanja, odnosno na razini

studija, idejnih projekata i glavnih projekata. Bez obzira o kojoj se razini projekata

radi, istraživanja za potrebe identifikacije krških vodonosnika uvijek su složena, a

mogu biti više ili manje detaljna. U pravilu se sastoje od geomorfoloških, daljinskih,

geoloških, geofizičkih i speleoloških istraživačkih radova, istraživačkog bušenja,

trasiranja, hidroloških mjerenja i analiza kakvoće podzemne vode. U nastavku će

sažeto biti prikazani istraživački radovi, koji se općenito koriste pri geološkim i

hidrogeološkim istraživanjima, a nešto će detaljnije biti opisano trasiranje podzemnih

tokova, jer je ta metoda često ključna za definiranje hidrogeoloških odnosa u krškim

područjima.

4.1. Geomorfološki istraživački radovi

Prvi pokazatelj okršenosti nekog područja su geomorfološke pojave i oblici koji

se mogu uočiti na površini terena. Te pojave i oblici definiraju krški reljef, a posljedica

su geomorfoloških procesa i često neotektonskih pokreta.

Geomorfološki istraživački radovi obično se izvode u tri faze.

U prvoj fazi se, ovisno o zahtijevanoj detaljnosti, rekognosciranjem ili

kartiranjem snimaju sve geomorfološke pojave i oblici na površini nekog terena. Pri

tome se obično, tijekom pripreme terenskog dijela radova proučavaju postojeće

topografske karte i aerofotosnimke.

U drugoj se fazi analiziraju, verificiraju i interpretiraju podaci prikupljeni u prvoj

fazi istraživačkih radova i dolazi se do temeljnih pretpostavki o istraživanom terenu.

U trećoj fazi se usaglašavanjem s rezultatima drugih istraživanja provjerava

ispravnost tih pretpostavki i donose se konačni zaključci. Pri tome je vrlo bitna

79

suradnja s geolozima, a posebno sa stručnjacima za neotektoniku. Naime, vrtače,

suhe doline i krška polja su geomorfološki oblici koji su tijesno povezani s tektonikom.

Izduženi ili zrakasti oblici vrtača, koje se uz to pojavljuju u nizovima, upućuju na

pravac pružanja rasjeda i njihovu moguću hidrogeološku funkciju (slika 4.1.)

Slika 4.1. Vrtače u slivu Omble i rasjedi utvrñeni geomorfološkim istraživanjima

Suhe doline su genetski vezane za egzogene i endogene pokrete koji su

omogućili fluvijalnu eroziju. Ispod suhih dolina nerijetko se mogu očekivati jači

podzemni tokovi.

Krška polja su takoñer vezana za endogene pokrete i relativna vertikalna

pomicanja tektonskih blokova.

Jedna od bitnih zadaća geomorfoloških analiza je utvrñivanje uvjeta za

infiltraciju površinskih (oborinskih) voda u krško podzemlje. U tu svrhu služe karte

intenziteta okršenosti (slika 4.2c). One izolinijama prikazuju prostorni raspored

vrijednosti “koeficijenta okršavanja”. Koeficijent okršavanja predstavlja broj vrtača po

jedinici površine istraživanog terena. Kako su pojave vrtača vezane i za nagib terena

prikaz koeficijenta okršavanja koristan je samo pri istraživanju visoravni i sličnih

zaravnjenih okršenih površina. No za sva područja treba izraditi geomorfološke karte

na kojima se izdvajaju i prikazuju neokršeni dijelovi sliva, okršeni dijelovi sliva u

nekoliko kategorija s obzirom na intenzitet okršenosti (ukoliko je moguće), suhe

doline, vrtače, ponori i ponorske zone.

80

(a) (b)

(c)

Slika 4.2 Izrada karte okršenosti na području sliva izvora Bulaž. (a) lociranje vrtača,

(b) odreñivanje koeficijenta okršenosti, (c) karta intenziteta okršenosti

4.2. Daljinska istraživanja

Daljinska istraživanja koriste podatke prikupljene metodom daljinske detekcije.

Daljinska detekcija (engl. remote sensing) je metoda prikupljanja informacija putem

sustava koji nisu u izravnom, fizičkom kontaktu s ispitivanom pojavom ili objektom.

Kada se govori o daljinskoj detekciji obično se misli na korištenje ureñaja (bilo da su

oni na avionu ili satelitu) za prikupljanje podataka o Zemlji. Princip daljinske detekcije

se svodi na sustavno mjerenje odreñenog energetskog polja i tumačenje utvrñenih

anomalija razlikama u svojstvima ispitivanog objekta. Na istom principu se, kod

istraživanja u geologiji, temelje i sve geofizičke metode istraživanja. Geofizika mjeri

gravitacijsko, električno, magnetno i druga energetska polja i njihove anomalije

tumači razlikama u geološkoj grañi. Daljinska detekcija koristi elektromagnetsko

81

energetsko polje. Ureñaji za otkrivanje, registraciju i mjerenje zračenja

elektromagnetske energije, vlastite (emitirane) i/ili izazvane (reflektirane), nazivaju se

zajedničkim imenom senzori. Prema porijeklu registrirane energije senzori se dijele u

dvije kategorije: na pasivne senzore i na aktivne senzore. Prema konstrukciji i načinu

rada, senzori se mogu svrstati u tri osnovne kategorije, pa se razlikuju fotooptički

sustavi, elektrooptički sustavi i mikrovalni sustavi.

Informacije se prikupljaju kroz više programa od kojih se za civilne potrebe

uglavnom koriste programi Landsat, RADARSAT i UARS, a podaci se mogu nabaviti

preko za to registriranih organizacija.

Landsat program je najstariji postojeći sustav za snimanje Zemlje iz svemira.

Prvi satelit misije Landsat lansiran je 1972. godine, dok je posljednji, Landsat 7,

lansiran 15. travnja 1999. godine. Instrumenti na Landsatovim satelitima do sada su

snimili milijune snimaka. Ove snimke, koje su arhivirane u SAD-u i Landsatovim

zemaljskim stanicama širom svijeta, predstavljaju veliki doprinos istraživanjima u

poljoprivredi, kartografiji, geologiji, šumarstvu, prostornom planiranju, nadgledanju,

edukaciji i nacionalnoj sigurnosti. Satelit Landsat 7 ima osam spektralnih kanala s

prostornom rezolucijom koja varira od 15 do 60 metara.

Nimbus sateliti predstavljaju drugu generaciju svemirskih robotskih letjelica koji

se koriste za meteorološka istraživanja i razvoj. Ove letjelice su napravljene tako da

služe kao stabilizirane platforme, a namijenjene su za prikupljanje podataka o

atmosferi. Do sada je lansirano sedam takvih letjelica.

RADARSAT je napredni satelitski program opažanja Zemlje, razvijen u Kanadi i

provodi ga Canadian Space Agency, a prvenstveno je namijenjen opažanju promjena

okoliša radarskim sustavom. Dobiveni podaci namijenjeni su komercijalnim

korisnicima, vladinim institucijama i znanstvenim projektima.

Program UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) namijenjen je opažanju

zemljine atmosfere, a prvenstveno ozonskog omotača, no podaci mogu služiti i u

druge svrhe.

Sustavi snimaju u vidljivom, bliskom infracrvenom, termalnom infracrvenom i

mikrovalnom području elektromagnetskog spektra. Multispektralne satelitske snimke

pokazale su se veoma korisnim pri različitim geološkim istraživanjima, pa tako i pri

82

istraživanjima u kršu. Temeljem njih mogu se dobiti odgovori o geomorfološkim,

litološkim i tektonskim elementima litosfere.

Satelitska snimka

Karta načinjena na

temelju satelitske

snimke

Slika 4.3. Dio Landsatove snimke 3009-09094-7 od 8. lipnja 1978. godine koja

prikazuje tipično krško područje slovenskog dijela Dinarida i geomorfološka karta

izrañena na temelju snimke (Demek i dr., 1984)

Oznake na karti: (1) slijepa dolina; (2) džepna dolina (pocket vally); (3) suha dolina; (4) sustav suhih dolina; (5)

granica krškog polja; (6) poplavljeno polje; (8) polje s branom; (9) krška dolina; (10) uvala; (11) krška zaravan.

Snimke na kojima su registrirane termalne razlike posebno su korisne ukoliko su

načinjene u razdoblju kada je temperatura zraka znatno niža od temperature terena. U

području jačih podzemnih tokova i većih šupljina u kojima je temperatura znatno viša

od temperature zraka moguće je uspješno registrirati temperaturne anomalije i locirati

područja cirkulacije vode ili područja s dubokim i razvijenim okršavanjem. Satelitske

snimke u termalnom infracrvenom dijelu spektra posebno su korisne za odreñivanje

područja vrulja ili difuznog istjecanja more (slika 4.4).

83

Slika 4.4. Primjer satelitske snimke krškog područja u infracrvenom dijelu spektra

(Landsat, 1999)

Radarsko snimanje se najviše primjenjuje za snimanje predjela prekrivenih

šumom (slika 4.5). Pri tome se emitiraju radarski valovi (elektromagnetni valovi valne

dužine 1 do 100 cm) i registrira se reflektirana energija. Na taj način se može dobiti

jasna slika površine terena ispod šumskog pokrivača.

Slika 4.5. Primjer radarske satelitske snimke

84

4.3. Geološki istraživački radovi

Geološka istraživanja moraju dati podatke o geološkim uvjetima formiranja

krškog sliva. Njima treba izdvojiti stratigrafske i litološke jedinice i odrediti strukturne i

tektonske značajke istraživanog područja. Tim istraživanjima treba utvrditi strukturne

odnose i položaj tektonskih blokova i podblokova, hodove i skokove rasjednih krila i sl.

Utvrñeni raspored stratigrafskih i litoloških jedinica na površini terena prikazuje se na

geološkim kartama odgovarajućih mjerila, a njihov položaj u podzemlju geološkim

profilima obično postavljenim poprečno na pružanje struktura (slika 4.6). Geološke

karte trebalo bi raditi na topografskim podlogama mjerila 1:25.000, a za manje slivove

1:10.000.

Slika 4.6. Isječak iz Osnovne geološke karte-list Split

Strukturni odnosi bitno utječu na razvitak krša i formiranje krških vodonosnika.

Zbog toga je posebno važno pravilno i što točnije odrediti sve borane strukture.

Takoñer, treba što detaljnije snimiti tektonske lomove, odnosno rasjede, pukotine i

pukotinske sustave. Registrirane pukotine i rasjede treba raščlaniti s obzirom na

genezu (npr. tenzijske pukotine, smičuće pukotine, pukotine rasterećenja, meñuslojne

pukotine i dr.), odrediti njihove prostorne elemente (pružanje, nagib), dimenzije

85

(širina, dužina), stanje (otvorene, zatvorene, ispunjene djelomično ili potpuno) i vezu

sa strukturnim formama. Veliki broj tako prikupljenih podataka omogućava njihovu

statističku obradu. Uporabljivost tih informacijama vidljiva je na slici 4.7.

Slika 4.7. Raščlamba podzemnog krškog sustava Rio Camuy

1 – Zona s vjerojatnim podzemnim kanalima odreñena fotogeološki; 2 – Lineamenti; 3 – Duboke vrtače; 4 – Mjesta

urušavanja; 5 – Duboki ponor (jedan od tri ponora vezanih za strukture pravca pružanja SSI-JJZ; 6 – Rijeka Camuy; 7

– Vrtače; 8 – Kanali s vodom; 9 – Suhi kanali; 10 – Ulaz u špilju Empalme; 11 – ponor u koji ponire rijeka Camuy; 12

– Mjesto na kojem rijeka ponovno izvire.

4.4. Geofizički istraživački radovi

Interpretacijom podataka prikupljenih geomorfološkim istraživanjima,

metodama daljinske detekcije i geološkim kartiranjem uglavnom se dobivaju

informacije o značajkama površine krškog terena na temelju kojih se mogu donositi

pretpostavke o grañi i odnosima u krškom podzemlju. Za provjeru tih pretpostavki

koriste se geofizička istraživanja.

Geofizičke metode istraživanja temelje se na prepoznavanju stijenskih masa i

njihovih značajki pomoću izmjerenih vrijednosti različitih geofizičkih parametara kao

86

što su specifični električni otpor, brzina prostiranja seizmičkih valova, gustoća

stijenske mase, magnetska susceptibilnost i dr.

Usporedni prikaz redova veličina glavnih geofizičkih parametara za različite

stijene dan je na slici 4.8.

Slika 4.8. Karakteristične vrijednosti glavnih geofizičkih parametara za različite

stijene (prema Aranñelović, D., 1976.)

Za potrebe hidrogeoloških istraživanja krških terena s ciljem identifikacije krških

vodonosnika, kao najkorisnije geofizičke metode pokazala su se različita geoelektrična

istraživanja, refrakcijska seizmika, karotažna mjerenja i seizmička tomografija.

4.4.1. Geoelektrična istraživanja

Na temelju površinske raspodjele električnih otpornosti dobivaju se informacije

o geološkom sastavu i grañi terena. Mjerenja se izvode četvero elektrodnim

rasporedima, s time da se na dvije elektrode mjeri jakost struje koja se uvodi u

zemlju, a na druge dvije napon na površini kao posljedica nastalog električnog polja.

Iz izmjerenih podataka izračunava se prividna električna otpornost (Ωm). Mjerenja je

moguće izvoditi kao sondiranja (kada se zahvaća sve dublje dijelove terena i tako

oponaša bušenje) ili profiliranja (kada se zahvaća ista dubina po profilu, redom za više

profila). Zadnjih godina naglo se razvija metoda električne tomografije. Metoda koristi

višeelektrodne sustave. Tom metodom može se kontinuirano pokriti podzemlje, kako u

dvodimenzionalnom (2D), tako i u trodimenzionalnom prostoru. Glavna prednost joj je

87

mogućnost kartiranja područja sa složenim geološkim odnosima, pa je zato vrlo

prikladna za istraživanja u kršu (Šumanovac, 2007). Na slici 4.9 dan je prikaz

rezultata geofizičkih istraživanja električnom tomografijom na Dugom otoku. Prikazana

su dva profila, na temelju kojih su locirane dvije istraživačke bušotine u zonama s

podjednakom prividnom otpornosti (oko 200-500 Ωm).

Slika 4.9. Primjer električne tomografije. Inverzni modeli otpornosti na profilima P-2 i

NP-1 na području Božave na Dugom otoku (Šumanovac, 2002, 2003b).

Bušotina NB-1 locirana na profilu NP-1 pokazala se vrlo izdašnom (4-5 l/s

gotovo slatke vode), dok je bušotina B-1 na profilu P-2 niske izdašnosti, oko 0,7 l/s

(Terzić & Brkić, 2004). Razlog ovakvim razlikama je u činjenici da je bušotina B-1

smještena u krškom polju, a NB-1 u rasjednoj zoni na vapnenačkoj padini. Sitnozrnati

materijal polja, saturiran vodom, dao je sličan signal kao i jače razlomljena stijenska

masa u rasjednoj zoni. To upućuje na to da je vrlo bitno obratiti pozornost na sve

ostale geološke i morfološke pokazatelje. Jedna od osnovnih zadaća električne

tomografije je prepoznati zone smanjene otpornosti za koje se pretpostavlja da su

rasjedne. Za pravilnu interpretaciju tu je vrlo važan multidisciplinarni pristup. Ipak, niti

poznavanje svih činjenica ne može garantirati pozitivan rezultat u svakoj prilici,

pogotovo u krškim terenima (Terzić, 2006).

88

4.4.2. Refrakcijska seizmika

Seizmičke metode se temelje na mjerenju vremena potrebnog da elastični val

proñe kroz stijensku masu od izvora do položaja geofona, najčešće na površini.

Obradom i interpretacijom podataka dobije se model brzina u stijenama. Ovim se

istraživačkim postupcima identificiraju litološke promjene, jer se valovi kroz različite

vrste stijena šire različitim brzinama, ali posebno su pogodne za odreñivanje

razlomljenih i jače okršenih zona, kao i površinskog pokrivača ili trošne zone.

Refrakcijska seizmika se izvodi po profilima, tako da se cijeli raspored geofona

postupno pomiče po profilu. Zbog neravnih geoloških i litoloških granica potrebno je

napraviti i tzv. povratno pokrivanje refraktora, pa se izvor elastičnih titraja mora

postaviti na obje strane geofonskog rasporeda.

Interpretacija se temelji na registriranju vremena prvih nailazaka seizmičkih

valova. Iskustvo je pokazalo da se dobri rezultati dobivaju geofonskim rasporedom

duljine 55 m. Na svakom profilu mjere se vremena primarnih valova (P-valovi).

Refrakcijski profili najčešće se postavljaju na linijama već izmjerenih profila električne

tomografije, na zonama za koje je pretpostavljeno da su perspektivnije za zahvaćanje

podzemne vode.

Za interpretaciju se obično koriste dvije metode, a za svaku od njih moguće je

reći kako ima prednosti i mane. U prvoj se metodi grafovi vrijeme – udaljenost koriste

za dobivanje modela seizmičkih brzina, uz pretpostavku da je teren "slojevita" sredina.

Interpretacija se provodi tzv. GRM tehnikom, a za površinski sloj koristi se ITM tehnika

(Šumanovac, 2003). Kako bi se izrazile bočne promjene brzina unutar pojedine zone

(sloja) potrebno je odrediti segmente za računanje brzina, postavljene na mjestima

utvrñenih promjena brzina. Kod druge metode se ne pretpostavlja slojevitost unutar

grañe terena, već se brzine seizmičkih valova računaju za nepravilne površine u

profilu. Za interpretaciju seizmičkih snimaka koristi se inverzna Delta t-v metoda i

metoda WET tomografije (Grgec, 2003). Primjenom WET tomografije povećava se

preciznost prikaza mjernog profila na malim dubinama. Teoretski, ovakav je pristup

pogodniji za krške terene, no praksa je pokazala kako su rezultati obiju primijenjenih

metoda zadovoljavajući, jer obje metode precizno odreñuju lokacije razlomljenih

rasjednih zona pogodnih za smještanje istraživačkih bušotina.

89

Na slikama 4.10. i 4.11. prikazan je primjer korištenja refrakcijske seizmike za

potrebe hidrogeoloških istraživanja na otoku Iloviku (Terzić, 2006). Korištene su

različite metode interpretacije.

Slika 4.10. Primjer profila refrakcijske seizmike mjerenog na otoku Iloviku (RILOVIK-

2). Interpretacija Delta t-v metodom i metodom WET tomografije (Grgec, 2003).

90

Slika 4.11. Primjer interpretiranog profila refrakcijske seizmike mjerenog na Dugom

otoku. Interpretacija je izvedena GRM metodom (RP-12; Šumanovac, 2003b).

Ono što se ističe na oba profila je vrlo precizno razlučivanje površinskih trošnijih

zona (kakve se u krškim terenima nazivaju i epikrš), kao i precizno prepoznavanje

razlomljenih rasjednih zona. Upravo su takve zone najpovoljnije lokacije za

istraživačke bušotine i zdence. U kombinaciji s profilima električne tomografije,

seizmička refrakcija omogućuje preciznije kartiranje odreñenih profila i prepoznavanje

rasjednih razlomljenih zona – sredina povoljnih za zahvat podzemne vode.

4.4.3. Karotažna mjerenja

Općenito, u karotažna mjerenja (slika 4.12) spadaju gama-karotaža (mjerenje

prirodne radioaktivnosti – zaglinjenosti), gama-gama karotaža (mjerenje gustoće),

neutronska karotaža (mjerenje poroznosti), elektro-karotaže (kratka normala 16",

duga normala 64", SPR) i spontani potencijal (SP), te kaliper karotaža (mjerenje

promjera bušotine).

Gama karotažom mjeri se prirodna radioaktivnost naslaga. Budući su minerali

glina često radioaktivni, ova mjerenja služe za prepoznavanje zaglinjenosti naslaga.

Tako se mogu prepoznati zaglinjene ispune diskontinuiteta ili kaverni, što je od velikog

značaja u hidrogeološkom smislu.

Gama-gama karotaža koristi se za mjerenje gustoće stijenske mase. Iz

radioaktivnog izvora emitiraju se gama zrake, a na detektoru se mjeri njihov

intenzitet, čije promjene ukazuju na litološke promjene.

91

Slika 4.12. Karotaža prirodne radioaktivnosti (GR), spontanog potencijala (SP),

otpornosti (normalna sonda N16" i N64") i litološki stup istražne bušotine SP-1

Kaliperom se mjeri promjer bušotina.

Neutronskom karotažom se mjeri poroznost stijenske mase. Metoda se temelji

na emitiranju neutrona iz radioaktivne jezgre, koji se pri sudaranju s jezgrama atoma

u stijeni usporavaju i gube energiju. Pri tom usporavanju najznačajniji je utjecaj

vodika i klora.

Elektro-karotažama se mjeri otpornost stijenske mase u okolici bušotine. Takva

je mjerenja moguće načiniti jedino u saturiranoj zoni. Koriste se duga i kratka normala

(s udaljenosti meñu elektrodama 16" i 64"), a mjeri se i spontani potencijal.

4.4.4. Seizmička tomografija

U novije vrijeme se u kršu počela rabiti i seizmička tomografija. Izvodi se tako

da se u jednom ili više parova bušotina na različitim dubinama provodi unakrsno

«prozračivanje» stijenske mase seizmičkim valovima. Bušotine mogu biti meñusobno

udaljene do 200 m. Dobiva se veliki broj podataka tako da se za obradu moraju

koristiti posebni računalni programi. Obrada se svodi na to da se prostor izmeñu

92

bušotina dijeli na veliki broj pravokutnih ćelija, a za svaku ćeliju se računa srednja

brzina seizmičkih valova iz svih pravaca «prozračivanja» koji prolaze kroz tu ćeliju.

Rezultat obrade je tzv. «brzinski profil» na kojem je moguće definirati zone s različitim

intenzitetom okršavanja, odrediti prazne prostore (kaverne) u podzemlju i slično (slika

4.13).

Slika 4.13. Rezultati snimanja seizmičke tomografije izmeñu tri bušotine - “brzinski

profil” (prema G. Rafat, B. Lehmann & A. Toumani and H. Ruete, 2001)

4.5. Istraživačko bušenje

Istraživačko bušenje obično slijedi nakon geološkog kartiranja i geofizičkih

mjerenja. Ti prethodni radovi su nužni kako bi se što bolje odabrale lokacije

istraživačkih bušotina. Naime, bušenje je skupo i obično je broj bušotina ograničen, pa

je potrebno odabrati lokaciju na kojoj će se bušenjem doći do najreprezentativnijih

podataka o istraživanom vodonosniku. Istraživačkim bušenjem mogu se dobiti podaci

o:

stanju stijenske mase (raspucanost, okršenost, poroznost);

pojavi vode, pijezometarskoj razini i promjenama razine podzemne

vode;

strukturnim elementima i prostornom položaju diskontinuiteta u

podzemlju;

smjeru i brzini tečenja podzemne vode.

93

Osim toga bušotina omogućuje kontrolu kretanja trasera i uzimanje uzoraka za

analize podzemne vode.

Razinu podzemne vode treba izmjeriti odmah kada se voda pojavi u bušotini i po

završetku bušotine, a onda treba nastaviti praćenje razine podzemne vode u

odreñenim vremenskim intervalima ili kontinuirano pomoću limnigrafa. Frekvencija

praćenja promjena razine podzemne vode ovisi o cilju i važnosti istraživanja.

Strukturni elementi stijenske mase, stupanj oštećenosti i/ili okršenosti stijene i

poroznost odreñuju se na jezgri iz bušotine. U novije vrijeme se ti podaci mogu dobiti i

pregledom kanala bušotine kamerom u koju su ugrañeni ureñaji za mjerenje

prostornog položaja i veličine detalja koji se kamerom uoče na stijenki bušotine (slika

4.14).

a)

b)

Slika 4.14. Shematski prikaz bušotinske TV kamere (a) i pukotina snimljena

bušotinskom kamerom (b)

1- bušotina; 2- TV kamera; 3- osvjetljenje; 4- objektiv kamere; 5- prizma s ogledalom; 6- cilindrični stakleni prozor;

7- kompas; 8- svjetiljka za kompas; 9- motor za kontinuirano rotiranje prizme s ogledalom;10- kaverna ili podzemni

krški kanal.

O smjeru tečenja podzemne vode može se zaključivati na temelju detalja

uočenih bušotinskom kamerom, a brzina tečenja podzemne vode u krškom

vodonosniku može se mjeriti prilagoñenim hidrometrijskim krilom ukoliko je bušotina

94

dovoljno velikog promjera. Propusnost nabušene stijenske mase može se odrediti

utiskivanjem vode u pojedini interval bušotine (5, 10 ili više metara), izoliran t.zv.

pakerima (slika 4.15).

(a) (b)

(c)

Slika 4.15. Različiti tipovi pakera (a), (b) i spuštanje pakera u bušotinu (c)

U dio bušotine izoliran s gornje i donje strane pakerima utiskuje se voda pod

odreñenim tlakom i registriraju se gubici vode u jedinici vremena (slika 4.16).

Rezultati se izražavaju u lugeonima (Lu). Jedan lugeon označava gubitak 1 litre

injektirane vode pod tlakom od 0,1 atmosfere u 1 minuti po 1 metru bušotinskog

intervala. Specifična propusnost može se izračunati pomoću izraza:

pxhQ

q ==== (33)

pri čemu je :

q - specifična propusnost (Lu);

Q – količina vode koja se gubi kroz izolirani bušotinski interval (l/min);

h – dužina bušotinskog intervala izoliranog pakerima (m);

p- tlak pod kojim se voda utiskuje u izolirani bušotinski interval (m visine

vodenog stupca)

Pri interpetaciji rezultata testiranja bušotine treba znati da se oni odnose na

neposrednu okolinu bušotine i ne smiju se ekstrapolirati na cijelu stijensku masu. Zbog

toga je potreban veći broj bušotina, a podaci većeg broja testova se obrañuju

statističkim metodama.

95

(a) (b)

Slika 4.16. Izdvajanje testnog intervala bušotine pakerima (a) i podaci dobiveni

testiranjem bušotinskog intervala (b) utiskivanjem vode (crveno) i crpljenjem vode

(plavo)

Postoji veza izmeñu specifične propusnosti dobivene testom utiskivanja i

koeficijenta filtracije. Prema M Borelliju vrijedi relacija:

k = 1,7 x 10-5 q

(34)

pri čemu je:

k – Darcyjev koeficijent filtracije (m/sec)

q – specifična propusnost (Lu) (l/min/m´/0.1 atm)

Gornji izraz vrijedi za vodonosnike pukotinske poroznosti s laminarnim tečenjem.

96

4.6. Trasiranje podzemnih tokova bojanjem

Zbog složenosti krških terena, trasiranje krških podzemnih tokova bojanjem je

najčešće korištena metoda kojom se može doći do informacija nužnih za identifikaciju

krških vodonosnika i njihovu zaštitu. Informacijama dobivenim pravilno izvedenim

trasiranjem mogu se utvrditi veze izmeñu pojedinih točaka na terenu, tj. područja

napajanja i područja pražnjenja (veza ponor-izvor). Uz to, analizom podataka o pojavi

boje može se doći do informacija bitnih za gospodarenje i upravljanje krškim

vodonosnicima kao što su vrijeme putovanja, pojava vršne koncentracije i prisustvo

potencijalnih zagañivala.

Jedan od prvih pokušaja trasiranja podzemnih tokova zabilježen je pred gotovo

2000 godina kada je u jezero Ram Crater ubačena pljeva s ciljem da se potvrdi

povezanost jezera s izvorima u gornjem toku rijeke Jordan (Mazor, 1976).

Trasiranje bojanjem koje ima za cilj dokazivanje podzemne veze izmeñu dviju

točaka općenito je poznato kao kvalitativno trasiranje pri čemu se pojava boje na točci

istjecanja (izvor ili zdenac) utvrñuje vizualnim opažanjem ili pomoću tzv. pasivnih

detektora. Vrijeme putovanja i prividna brzina tečenja mogu se takoñer procijeniti na

temelju kvalitativnog trasiranja bojanjem. No ukoliko se traže detaljnije informacije,

kao što su točno vrijeme putovanja i brzina tečenja podzemne vode ili značajke

transporta potencijalnog zagañivala, kao što su njegova postojanost, disperzivnost i

koncentracija, treba provesti tzv. kvantitativno trasiranje pri čemu je potrebno točno

mjeriti količinu istjecanja i koncentraciju trasera (boje) u vodi iz izvora ili zdenca u

vremenu.

Općenito, traseri se mogu podijeliti u dvije osnovne grupe, a to su:

prirodni (stabilni izotopi kisika, vodika, dušika, ugljika i tricij)

umjetni (fluorescentni, soli, čestice, radioaktivni izotopi, i dr.).

U krškim terenima najčeće se kao traseri koriste fluorescentne boje, jer su

relativno lako dostupne i nisu šetne po zdravlje.

Fluorescentne boje imaju općenito prednost pred nefluorescentnim bojama, jer

se mogu detektirati u koncentracijama za jedan do tri reda veličine manjim od onih

koje se mogu odrediti vizualno, što je jedina mogućnost detektiranja nefluorescentnih

97

boja. Tako se trasiranje fluorescentnim bojama može provesti bez, inače neštetne, ali

obično estetski neugodne vidljive pojave boje u vodi privatnih ili javnih vodoopskrbnih

sustava.

S obzirom da trasiranje podzemnih tokova u kršu često rezultira pojavom

trasera na izvorima ili zdencima koji se koriste za javnu ili privatnu vodoopskrbu,

veliku pažnju treba pokloniti problemu eventualne toksičnoti trasera. Postoji veliki broj

informacija o toksičnosti najčešće korištenih trasera. Smart (1984) je načinio pregled

toksičnosti 12 fluorescentnih boja korištenih za trasiranje voda i izdvojio tri boje s

minimalnom kancerogenom i mutagenom opasnosti. To su Tinopal CBS-X (svjetlilo),

fluorescein i Rhodamin WT. Douglas i dr. (1983) smatraju da Rhodamin WT nije

kancerogen, no našli su malu, ali statistički značajnu opasnost od mutagenih efekata,

no ipak su zaključili da upoteba Rhodamina WT ne predstavlja veću genotoksičku

opasnost. S obzirom da su boje dostupne na tržištu pod različitim komercijalnim

nazivima, mora se koristiti kolor indeks (CI), generički naziv ili konstitucijski broj boje

da bi se izbjegla zabuna ili moguće korištenje neodgovarajuće boje. Točna

identifikacija boje posebno je nužna ukoliko se žele detaljnije analizirati svojstva boje i

rezultati trasiranja. Standardna proizvoñačka referenca za boje je kolor indeks (SDC &

AATC, 1971-1982) koji opisuje 38000 boja i pigmenata. Opsežan vodič za

nomenklaturu boja dali su Giles (1974), Abrahart (1968), a posebno Smart i Laidlaw

(1977). Uz to, korisnu diskusiju o nomenklaturi boja i problemima koji su posljedica

različitih naziva istih proizvoda proveli su Quinlan (1987b i 1986b) i Quinlan i Smart

(1977). Problemi povezani s nomenklaturom boja najjednostavnije se mogu izbjeći

korištenjem jednog ili dva dobro provjerena proizvoda.

Fluorescentni traseri

Iako postoji veliki broj različitih fluorescentnih trasera, koji po svojim svojstvima

teže značajkama idealnog trasera (tablica 4.1), u novije vrijeme uglavnom se koristi

pet boja: Rhodamin WT (CI Acid Red 388), fluorescein (CI Acid Yellow 73), naftionat,

optička svjetlila (optical brighteners) i Direct Yellow 96.

Tablica 4.1. Glavne značajke idealnog trasera

98

Glavne značajke Idealni traser

Topivost u vodi Visoka

Intenzitet fluorescencije Visok

Granica detekcije Niska

Ovisnost o pH Niska

Ovisnost o temperaturi Niska

Fotolitička stabilnost Visoka

Sorpcija Zanemariva

Kemijska i biološka stabilnost Visoka

Toksičnost i slični utjecaji na

okoliš

Nema ili minimalni

Cijena i druge praktične značajke Niska ili umjerena

Općenito, Rhodamin WT se ne koristi za kvalitativno trasiranje zbog poteškoća

pri vizualnom razlikovanju ružičaste boje trasera od drugih organskih sastojaka koji se

takoñer mogu lagano apsorbirati na aktivni ugljen od kokosovog oraha. Značajke

glavnih fluorescentnih boja dane su u tablici 4.2. Iako postoje dvije boje koje su

nazvane fluorescein, i obje su označene kao CI Acid Yellow 73, samo je jedna topiva u

vodi. To je natrijeva sol fluoresceina (C20H12O5), odnosno fluorescein (C20H10O5NA2) i

često se koristi za trasiranje voda. Europski naziv za natrijev fluorescein je uranin.

Fluorescein se vrlo široko koristio za trasiranje podzemnih voda u krškim

terenima još od kraja 19. stoljeća (Aley & Fletcher, 1976), a i danas je jedan od

najčešće korištenih trasera u krškim područjima SAD-a (Quinlan, 1986a). Razlog tome

je što je siguran, dostupan i što se vrlo dobro apsorbira na aktivni kokosov ugljen.

Fluorescein je crvenkasto smeñi prašak koji otopljen u vodi daje kričavu žuto zelenu

boju (slika 4.17). Fotokemijski je nestabilan i gubi fluorescenciju u vodama s pH

manjim od 5,5.

99

Tabica 4.2. Značajke najčešće korištenih boja za trasiranje

Traser i color index

Pasivni detektor

Detekcija (elutriant)

Odrediva koncentracija

Prednosti Mane Opaska

Natrijev fluorescein Cl kiselina Žuta 73

Aktivni kokosov drveni ugljen granulacije 6-14

Ethyl alkohol i 5% KOH ili fluorometrijska analiza uzoraka vode

0,1 µg/l ovisno o nultoj vrijednosti i kolebanju

1. ne zahtijeva stalno opažanje ili fluorimetriske analize 2. Nije skup

1. Fotokemijski je nestabilan 2. Osrednje apsorptivan na gline 3. Osjetljiv na pH

Najčešće korištena boja u krškim terenima

Rhodamin WT Cl kiselina Crvena 388

Aktivni kokosov drveni ugljen granulacije 6-14

l-propanol i NH4OH ili ethyl alkohol, KOH i voda ili fluorometrijska analiza uzoraka vode

0,01 µg/l pomoću fluorometra

1.Fotokemijski je stabilan 2. Može se koristiti i ako voda ima niski pH

1. Može zahtijevati fluorometrijske analize 2. Osrednje apsorptivan na gline 3. Teško razlučiv kod kvalitativnog trasiranja

Ne preporuča se za kvalitativno trasiranje, a idealan za kvantitativno trasiranje

Natrijev naftionat

fluorometrijska analiza uzoraka vode

0,1 µg/l U vodi vidljiv samo pri izrazito visokim koncentracijama

1. Nisiki intenzitet fluoroscencije 2. visoke pozadinske koncentracije u prirodi

Dobar za simultano trasiranje u kombinaciji s uraninom

Optička svjetlila Cl fluorescent svjetlilo 28

Neizbijeljeni pamuk

Vizualni pregled detektora pod UV svjetlom ili fluorometrijska analiza uzoraka vode

Ovisno o osnovnoj koncentraciji, ali općenito najmanje 0,1 µg/l

1. Nije skup 2. Ne daje vodi vidljivu boju

1. Temeljna koncentracija može ograničiti uporabu 2. Apsorptivan na organsku tvar

Može se koristiti simultano sa zelenim i narančastim bojama koje se apsorbiraju na aktivni kokosov ugljen

Direct Yellow DY 96

Neizbijeljeni pamuk

Vizualni pregled detektora pod UV svjetlom ili fluorometrijska analiza uzoraka vode

1,0 µg/l na pamuku

1. Nema ga u vodi iz drugih razloga 2. Dobra stabilnost i niska sorpcija 3. Ne daje vodi vidljivu boju u uobičajenim koncentracijama

1. Relativno skup 2. Osjetljiv na pH

Masovno korišten u Kentucky-u

100

Slika 4.17. Na-fluorescein otopljen u vodi s NaOH

Optička svjetlila (optical brighteners) i CI Direct Yellow 96 pogodni su za

trasiranje bojanjem, jer se mogu detektirati u malim koncentracijama, nisu toksični,

imaju nisku apsorpciju na gline i dobro se apsorbiraju na pamuk (gazu) koji se koristi

kao pasivni detektor boje. Optička svjetlila se meñutim, danas masovno koriste kao

dodaci detergentima za pranje rublja i sapunima s ciljem da povećaju izražajnost

izvorne boje tekstilnog proizvoda, pa se zbog toga često mogu naći u otpadnim

vodama iz domaćinstava. Zbog toga ih nije dobro koristiti u područjima u kojima se

može očekivati procjeñivanje iz kanalizacije ili septičkih jama u krške vodonosnike. No

kako pojava optičkih svjetlila može ukazati na procjeñivanje iz sustava za evakuaciju

otpadnih voda nastalih pranjem rublja, oni mogu koristiti kao indikatori zagañenja

okoliša iz takvih objekata. Ako se relativno velika količina optičkih svjetlila primarno

nalazi u vodi, to može utjecati na izbor i količinu svjetlila koje će se koristiti za

trasiranje. Temeljna razina opterećenja vode svjetlilom lagano se može odrediti

smještanjem neobojenog pamučnog detektora u podzemnu vodu i testiranjem na

fluorescenciju prije injektiranja boje kao trasera. Takvo testiranje “nultog stanja” treba

provesti prije upotrebe bilo koje boje.

CI Direct Yellow 96, zbog vrlo kontrastne žute fluorescencije idealna je boja za

trasiranje u područjima gdje su u vodi primarno prisutna optička svjetlila. Za razliku

od optičkih svjetlila CI Direct Yellow 96 nije podložan značajnijem fotokemijskom

raspadanju. CI Direct Yellow 96 je prašak koji se treba potpuno izmiješati s vodom

prije no što se injektira u podzemni vodonosni sustav, a poput optičkih svjetlila odlično

se apsorbira na neobojene pamučne detektore.

101

4.6.1. Kvalitativno trasiranje bojanjem

Kvalitativno trasiranje obično se provodi da bi se moglo dobro projektirati

mnogo zahtjevnije kvantitativno trasiranje. Kvalitativnim trasiranjem bojanjem mogu

se odrediti granice podzemnog sliva i identificirati veze izmeñu pojedinih točaka

napajanja i istjecanja. U nekim slučajevima i kvalitativno trasiranje bojanjem može

dati informacije koje mogu zadovoljiti potrebe upravljanja vodoopskrbom. Primjerice,

ako se pokaže da jedan izvor koji služi za vodoopskrbu može biti povezan s nekom

vrtačom, mora se propisati način korištenja zemljišta oko te vrtače kako bi se izvor

zaštitio od eventualnog zagañivanja.

Kvalitativno trasiranje bojanjem uključuje označavanje jednog odvojenog

uzorka vode odgovarajućim traserom i opažanje pojave obilježene vode na različitim

izvorima i/ili zdencima. Pojava boje može se registrirati vizualno ili se boja može

utvrditi pasivnim detektorima i/ili identificirati različitim kemijskim analizama.

4.6.1.1. Odabir boje za kvalitativno trasiranje

Odabir odreñene boje za trasiranje u krškim terenima ovisi o:

- kvaliteti vode koja se drenira u podzemlje;

- nultoj (početnoj) koncentraciji potencijalnih trasera (kao što su npr.

optička svjetlila) u vodi prije ubacivanja trasera,

- značajkama točke u kojoj se traser ubacuje (injektira) u podzemlje,

- dostupnosti i cijeni boje,

- dostupnosti i složenosti raspoložive opreme za detekciju boje.

Kriteriji za odabir boje i prednosti i nedostaci pet najčešće korištenih boja sažeto

su prikazane u tablici 4.2.

Iako se u krškim terenima općenito ne susreće s tim problemom, niska

vrijednost pH vode, može jako oslabiti fluorescenciju boje Direkt Yellow 96.

Fluorescencija optičkih svjetlila mnogo je manje osjetljiva na pH, pa u slučaju

vode s niskim pH (pH niži od 5) njih treba koristiti kao trasere.

Quinlan (1987a) navodi da traserske boje imaju svojstvo da reagiraju s

okolišem kroz koji prolaze, i da se sva četiri trasera o kojima je ovdje riječ apsorbiraju

102

na minerale glina. Optička svjetlila i CI Direct Yellow 96 apsorbiraju u znatno manjoj

mjeri od fluoresceina ili rhodamina WT. On smatra da se zbog apsorpcije fluorescein i

rhodamin WT ne bi trebali koristiti za trasiranje u vodonosnicima meñuzrnske

poroznosti. Dakle, mogući gubici izazvani apsorpcijom mogu utjecati na izbor vrste

boje ili na njezinu količinu, ukoliko se ona na svojem putu do krškog vodonosnika

mora drenirati kroz nekonsolidirano tlo ili klastični nanos. U tom slučaju mora se

računati s većom količinom boje.

Na izbor odreñenog trasera može utjecati i razina flourescencije na mjestu

pojave boje. Primjerice, ako injektirana voda sadrži visoki udio otpadne vode iz

domaćinstava, flourescencija od optičkih svjetlila, koje obično sadrže vode nakon

pranja rublja, može biti razlog da se optička svjetlila ne koriste kao traser. U takvim

slučajevima treba koristiti CI Direct Yellow 96.

U otpadnim vodama iz domaćistava može biti prisutan i fluorescein zbog toga

što se koristi kao bojilo u mnogim proizvodima koji se koriste u domaćinstvima, kao

što su šamponi, sredstva za čišćenje i antifriz.

Za trasiranje bojanjem mogu se rabiti i optička svjetlila i fluorescein ukoliko je

njihova početna koncentracija utvrñena kao dovoljno niska i stabilna prije početka

trasiranja. Zato odreñivanje početne (osnovne) koncentracije treba biti prvi korak pri

svim trasiranjima, jer to osigurava standard za usporedbu pri pojavi boje.

Kako se neke fluorescentne boje raspadaju pod utjecajem ultraljubičastog

zračenja, ne treba ih koristiti ukoliko se očekuje višekratno izviranje i poniranje toka

koji se trasira, a pogotovo ako je on na većem dijelu površinski. Smart i Laidlaw

(1977) su uvrdili da je fluorescein jako podložan fotokemijskom raspadanju i da

njegova fluorescencija naglo opada pod utjecajem sunca. Quinlan (1987a) je takoñer

izvjestio da su optička svjetlila i fluorescein vrlo osjetljivi na fotokemijsko raspadanje

posebno kada su u malim koncentracijama, no taj problem se javlja samo onda kada

su detektori za utvrñivanje pojave boje izloženi izravnom sunčevom svjetlu.

Ako se očekuje gubitak fluoresceina ili optičkih svjetlila zbog fotokemijskog

raspadanja, bolje je koristiti CI Direct Yellow 96, jer je on puno stabilniji pri izlaganju

ultraljubičastom zračenju (Quinlan, 1987a).

103

Cijena i dostupnost odreñene boje promjenjivog su i lokalnog karaktera, a

oprema potrebna za opažanje pojave trasera koja se najčešće koristi kod kvalitativnog

trasiranja bit će obrañena u narednim poglavljima.

4.6.1.2. Odreñivanje količine boje za injektiranje

Nakon što se odabere vrsta boje koja će se koristiti za trasiranje, treba odrediti

njezinu optimalnu količinu. Osim u posebnim slučajevima, kada se traži visoka

vizualna uočljivost boje, količinu boje treba odabrati tako da se osigura količina koja se

može detektirati na opažačkoj točci, a da je ispod razine optičke vidljivosti. Količina

fluorescentne boje koja će se koristiti za svako injektiranje općenito se temelji na

procjeni uvjeta tečenja i pravocrtnoj udaljenosti izmeñu točke injektiranja i

najudaljenije točke na kojoj se očekuje pojava boje. Do odreñene mjere količina boje

ovisi i o značajkama točke (objekta) u kojoj se traser injektira. Primjerice, ako se boja

može dodati u vodu koja se izravno drenira u podzemlje, trebat će manje boje nego

ako se ona mora infilrirati kroz tlo ili nekonsolidirane naslage na dnu vrtače.

Odabir optimalne količine boje za kvalitativno trasiranje je u nekom smislu i

stvar iskustva. Količina se može podesiti ovisno o početnim rezultatima. Quinlan

(1987a) preporučuje nekoliko pravila kojih se je dobro držati kao početnih postavki za

trasiranje u prosječnim uvjetima kakvi vladaju u kršu središnjeg Kentucky-a i pri

uporabi različitih pasivnih detektora za utvrñivanje pojave boje. Za kvalitativno

trasiranje u uvjetima umjerenog tečenja do prosječnog izvora, on predlaže od 0,25 kg

boje do 1,5 kg po 1 km pravocrtne udaljenosti izmeñu točke injektiranja i točke u kojoj

se očekuje pojava boje.

Za Direct Yellow 96 i optička svjetlila u prahu preporuča se količina od oko 0,6

kg/km, a za neka optička svjetlila u tekućem stanju oko 2,5 l po 1 km pravocrtne

udaljenosti izmeñu točke ulaza i točke izlaza trasera. Kod početnog trasiranja u

području Elizabethtowna, Kentucky (Mull, Smoot i Liebermann, 1988), količina boje

procijenjena je kako je to gore objašnjeno, a rezultati su bili potpuno zadovoljavajući.

No,kako se znanje o sustavu tečenja povećavalo, količina fluoresceina je smanjena na

oko 0,20 kg/km.

Aley i Fletcher (1976) izradili su nomograf za odreñivanje količine fluoresceina

koji će biti injektiran u podzemni vodonosni sustav za koji je utvrñeno da se tečenje

104

odvija podzemnim kanalima nastalim otapanjem ili kroz pukotinske zone. Koristili su

sljedeću jednadžbu:

Wd = 1,478 v/DQ

(35)

gdje je:

Wd = težina fluoresceina u kg;

D = pravocrtna udaljenost izmeñu točke injektiranja i točke pojave trasera u

km;

Q = količina istjecanja vode na izvoru u m3/s; i

v = procijenjena brzina tečenja podzemne vode u m/sat.

U gornjoj jednadžbi najteže je procijeniti brzinu tečenja, jer ona ovisi o

značajkama kanala kroz koje se odvija tečenje i hidrološkim uvjetima tijekom

trasiranja. Zbog toga početno trasiranje treba provesti u vrijeme srednjeg baznog toka

za istraživano područje. Nakon toga treba provesti i trasiranja pri ekstremnim

uvjetima tečenja kako bi se definirale eventualne promjene i mogućnosti tečenja

nekim drugim putevima u različitim hidrološkim uvjetima.

4.6.1.3. Postupak bojanja

Kada se koristi preparat u prahu, kao što je primjerice fluorescein, posebno

tijekom vjetrovitog vremena, prah treba pomiješati s vodom prije upuštanja boje u

podzemni vodonosni sustav (slika 4.18). Koncentracija boje u vodenoj otopini treba

biti približno 65 g/l. Otopinu treba zatim odmah uliti u vodu koja se drenira izravno u

podzemlje kako bi se izbjegli gubici boje zbog fotokemijskog raspadanja ili apsorpcije

na organske čestice na površini tla.

105

Slika 4.18. Miješanje boje s vodom prije upuštanja u ponor

Pri miješanju i injektiranju boje, posebno treba paziti da se ne onečisti odjeća

onih koji rade ili područje oko točke injektiranja. Pažnja pri rukovanju bojom prije i

tijekom injektiranja nužna je da bi se spriječilo moguće onečišćenje detektora za boju

ili područja oko točke injektiranja. Takvo onečišćenje može biti uzrokom lažne pojave

boje ili pogrešne interpretacije.

Da bi se smanjila mogućnost onečišćenja, osoba koja pripema boju ili uzima

uzorke za odreñivanje boje u vodi treba koristi gumene ili plastične rukavice za

jednokratnu uporabu.

Ako se trasiranje provodi tijekom suhog vremena, treba osigurati vodu kojom će

se boja isprati u odreñenu točku za injektiranje. Jones (1984) preporuča da se u

sušnim uvjetima boja ispere u točku injektiranja s najmanje 2000 l vode, te da se u

nju ulije barem 400 l vode prije unosa boje. Općenito, manje je važno koliko će se

vode uporabiti od činjenice da se voda mora nalijevati u dva navrata. Naime, ponor se

dozira s prvim uljevanjem vode što osigurava početno vlaženje stijenki podzemnog

kanala nakon čega slijedi mlaz vode kojim se boja ispire kroz sustav. Uspješnost ovog

postupka ovisi o dužini puta koji traser mora prevaliti, dužini vremena kroz koje će se

opažati pojava boje na mjestu istjecanja, te značajkama podzemnog kanala s obzirom

na količinu vode koja je upotrijebljena za injektiranje.

106

4.6.1.4. Oprema i postupci za utvrñivanje pojave boje

U testovima u kojima se koristi fluorescein, pojava boje utvrñuje se pasivnim

detektorima boje koji se sastoje od paketića aktivnog drvenog ugljena od kokosovog

oraha koji se postave u sve točke u kojima se može očekivati pojava podzemne vode

obilježene traserom. Uz to, detektor treba staviti i u objekte za koje je sigurno da

nemaju veze s trasiranim tokom kako bi se utvrdila temeljna fluorescencija i vidjelo

kako se ponaša materijal za detekciju boje tamo gdje boje koja je korištena za

trasiranje sigurno nema.

Detektori boje ili “stjenice” sastoje se od vrećice ili paketića aktivnog drvenog

ugljena od kokosovog oraha pričvršćenog za komad žice usañene u betonsko “sidro”

obučeno u gumu promjera oko 15 cm i visine oko 7 cm (slika 4.19). Sidro može biti

izrañeno i nalijevanjem betona u plastičnu zdjelicu podstavljenu plastičnom folijom.

U vlažan beton usadi se komad pocinčane žice dugačke oko 45 cm. Neki

istraživači preporučuju korištenje dviju žica – jednu za pričvršćivanje vrećice s

aktivnim drvenim ugljenom, a drugu za pričvršćivanje smotka pamuka (gaze) ukoliko

se koriste optička svjetlila (Spangler, Byrd, Thrailkill, 1984).

Slika 4.19. –“Sidro” za učvršćivanje pasivnih detektora boje u izvorima ili podzemnim

tokovima

Vrećica u koju se stavlja aktivni drveni ugljen od kokosovog oraha treba biti

izrañena od presavijene najlonske, aluminijske ili mrežice od fiberglasa dimenzija 7,5 x

107

17,5 cm. Za apsorbiranje fluoresceina rabi se samo aktivni drveni ugljen od kokosovog

oraha (granulacija 6-14). Važno je naglasiti da aktivni ugljen koji se inače koristi u

postupcima pročišćavanja vode ili u akvarijima, ili drveni ugljen za roštilj ne

apsorbiraju boju i ne mogu se koristiti kao detektori. Kako drveni ugljen od kokosa

gubi sposobnost apsorpcije ako je izložen atmosferskim utjecajima, mora se čuvati u

hermetički zatvorenim posudama.

Kako bi se detektor maksimalno izložio boji treba ga usidriti u središte toka

vode u izvoru. Ako su brzine tečenja toliko velike da bi voda mogla odnijeti sidro ili

detektor, treba ih smjestiti u dio glavnog toka s manjim brzinama. U slučajevima kada

je kanal preplitak za sidro, na dno kanala se može pričvrstiti žica za držanje detektora

savijena u oblik slova U ili na neki drugi prikladan način. Pri tome treba paziti da

paketić s detektorom ne bude prekriven sedimentima ili oštećen djelovanjem

organizama koji žive na dnu kanala.

Sidro treba vezati za čvrstu točku na obali tankim najlonskim konopom. Konop

neupadljive boje smanjuje šansu otkrivanja i neovlaštenog vañenja detektora. Ako

postoji vjerojatnost da će netko nepozvan namjerno uništiti ili uzeti detektore, treba ih

smjestiti na teško pristupačna mjesta. Osim toga, dobro je uz detektor pričvrstiti u

plastičnu vrečicu umotanu posjetnicu ili cedulju s podacima izvoñača trasiranja, kako

bi bilo jasno o čemu se radi.

Osim postavljenih detektora u točkama istjecanja, kao što su izvori ili nizvodni

dijelovi podzemnih tokova, detektori se mogu smjestiti i u tankove za vodu obiteljskih

kuća koje se opskrbljuju vodom iz privatnih zdenaca ili u odvode kojima se odvodi

voda iz privatnih ili javnih zdenaca. Pogodni su odvodi s protokom od približno 15 do

20 l/min. Detektori se ostavljaju na opažačkom mjestu 1 do 5 dana, a općenito ih

treba češće mijenjati samo u slučaju veće mutnoće vode. Po vañenju, svaki paketić s

detektorom treba isprati da bi se uklonio nakupljeni sediment i eventualne nečistoće, a

zatim ga treba spremiti u plastičnu vrečicu koja se može dobro zatvoriti, obilježiti je

potrebnim podacima (projekt, lokacija, broj detektora, datum/vrijeme i dr.) i sve

zajedno, u kutiji koja ne propušta svjetlo, poslati u laboratorij na očitavanje. Ukoliko

se to ne može načiniti odmah, detektori se moraju osušiti i staviti u hladnjak, kako bi

se onemogućilo i/ili usporilo djelovanje bakterija koje mogu smanjiti fluorescenciju.

108

Paketići s detektorom s kojima se pravilno postupa mogu biti spremljeni i nekoliko

tjedana, bez značajnijih negativnih utjecaja na fluorescenciju apsorbirane boje.

Prije no što se u laboratoriju izvadi iz vrećice, drveni ugljen treba isprati mlazom

tekuće vode kako bi se uklonio talog koji može eventualno smetati pri analizi. Neki

istraživači preporučuju da se u prvom času analizira samo polovica ugljena, a druga

polovica da se pohrani za slučaj da treba potvrditi rezultate trasiranja.

Prisutnost boje utvrñuje se uranjanjem aktivnog ugljena u alkoholnu otopinu i

vizualnim utvrñivanjem pojave karakteristične žuto-zelene boje.

Ako se je kao traser koristio rhodamin WT, ugljen treba staviti u mali vrč ili

staklenu čašu i preliti ga s 30 ml otopine koja se sastoji od 38% amonijeva hidroksida,

43% l-propanola i 19% destilirane vode (Smart, 1972).

Za fluorescein treba koristiti otopinu koja se pripremi tako da se 6 do 7 grama

kalijevog hidroksida otopi u 100 ml 70%-tnog izopropilnog alkohola. Nakon što se

kalijev hidroksid otopi, otopinu treba razdvojiti na superzasićenu i zasićenu otopinu.

Svjetlija (lakša) zasićena otopina se odlije u posudu s ugljenom tako da ga prekrije.

Otopina kalijevog hidroksida i alkohola ima ograničeno trajanje i ne može se

koristiti ukoliko je starija od nekoliko dana. Otopina amonijeva hidroksida, l-propanola

i destilirane vode može se koristiti i više mjeseci. I jedna i druga otopina mogu se

koristiti za detekciju različitih boja, no najbolje rezultate daju ako se koriste kako je

ovdje preporučeno.

Ako je test jako pozitivan, maksimalni intenzitet boje razvit će se gotovo odmah

po prelijevanju ugljena otopinom, a zatim će se polagano smanjivati (Jones, 1984).

Aley i Fletcher (1976) predložili su sustav za kvalitativnu procjenu koncentracije

fluoresceinske boje koji je obuhvatio period od 15 minuta do 10 dana. Tijekom

istraživanja u području Elizabethtown-a, Kentucky, Mull i dr. (1988) usvojili su vrijeme

od 4 sata kao maksimalni period potapanja ugljena otopinom. U slučajevima kada

tipična žuto-zelena boja fluoresceina nije očita, detekcija se može poboljšati

postavljanjem čaše s otopinom prema suncu ili propuštanjem svjetla iz svjetiljke koja

služi za mikroskopiranje kroz otopinu. Identifikacija pri pozitivnijim testovima je

općenito lagana. Meñutim, slabije pozitivni testovi zahtijevaju posebnu pažnju i

iskustvo da se ne bi efekti koje mogu izazvati alge ili organske tvari, koje mogu biti

prirodno prisutne u vodi, krivo interpretirali kao fluorescencija. Za osobe koje nemaju

109

iskustva s ugljenim detektorima dobro je da pripreme laboratorijske otopine različitih

koncentracija koje mogu koristiti za usporeñivanje kao etalone. Identifikacija boje

može se potvrditi instrumentalnim analizama.

Optička svjetlila i Direkt Yellow 96 se utvrñuju pomoću smotuljaka neobojenog

kirurškog pamuka (gaze) rasporeñenih u vodi na mjestu istjecanja uglavnom na isti

način kako se to radi s drvenim ugljenom. Smotuljci pamuka trebaju biti dugački oko

10 cm, široki oko 5 cm i debeli oko 2,5 cm. Rasporede se u vodu tako da se pričvrste

na usidrenu žicu pomoću klamerice za papir ili, odgovarajuće uzice, ili tako da se stave

u aluminijsku, plastičnu ili fiberglas mrežicu. Treba paziti da se ne koristi industrijski

izblijeñeni pamuk. Zbog toga pamuk koji se misli koristiti za detekciju treba provjeriti

na fluorescenciju ili onečišćenje prije korištenja na terenu.

Nakon vañenja iz objekta u koji su bili smješteni, smotuljke pamuka treba

isprati kako bi se uklonio talog i eventualne nečistoće. Svaki detektor zatim treba

spremiti u plastičnu vrećicu, koja se može dobro zatvoriti, označiti ga potrebnim

podacima i poslati u laboratorij. Isto kao drveni ugljen, i pamučni detektor se može

nekoliko tjedana čuvati u hladnjaku bez negativnih utjecaja na fluorescenciju. Zbog

mogućeg maskiranja fluorescencije talogom, prije testiranja u laboratoriju svaki

pamučni smotuljak treba dobro isprati jakim mlazom tekuće vode.

Prisutnost i optičkih svjetlila i/ili boje Direkt Yellow 96 utvrñuje se izlaganjem

pamučnih detektora ultraljubičastom svjetlu. Fluoresciranje ovih trasera bolje će se

uočiti ako se detektori pregledavaju ultraljubičastom lampom u zamračenoj prostoriji

ili u posebnoj kutiji. Pamuk koji je apsorbirao optička svjetlila fluorescirati će

karakterističnim plavo-bijelim svjetlom, a fluorescencija boje Direct Yellow 96 biti će

izrazito žuta. Zaključak o pozitivnom nalazu, tj. da se boja sigurno pojavila može se

donijeti samo ukoliko cijela masa pamuka fluorescira relativno jednoliko. Raspršene

točkice koje fluoresciraju na pamučnom smotuljku ne mogu se interpretirati kao

pozitivna pojava boje.

Kako se za utvrñivanje pojave fluoresceina i optičkih svjetlila koriste različiti

tipovi detektora boje i različite tehnike detekcije, istovremeno se može koristiti više

boja. Na primjer, fluoresecin se može injektirati u jednoj točci i njegova pojava

registrirati pomoću kokosovog drvenog ugljena u točci istjecanja. Istovremeno se

može u drugoj točci injektirati Direct Yellow 96 ili optičko svjetlilo, a njihova pojava

110

opažati pomoću smotuljka pamuka pričvršćenog na istu žicu u točki istjecanja na koju

je pričvršćen i paketić s drvenim ugljenom. Ako se raspolaže fluourometrom ili

spektrofluorometrom, tijekom istog trasiranja se u treću točku može injektirati

rhodamin WT. Tako se u jednom trasiranju može utvrditi veza izvora s tri moguće

točke u koje se injektiraju različiti traseri.

4.6.2. Kvantitativno trasiranje bojanjem

Kvantitativno trasiranje bojanjem provodi se da bi se odredile transportne

značajke potencijalnog zagañivala, kao što su perzistentnost, disperzivnost i

koncentracija. Kvantitativno trasiranje je radno mnogo intenzivniji postupak i zahtijeva

sofisticiraniju opremu i tehniku od kvalitativnog trasiranja, jer mu je svrha definiranje

promjene koncentracije boje tijekom prolaza oblaka boje, a ne samo utvrñivanje je li

se boja pojavila na odreñenom izvoru ili zdencu.

Kvantitativno trasiranje bojanjem sastoji se od injektiranja poznate količine boje

i mjerenja koncentracije boje na mjestu istjecanja u odnosu na proteklo vrijeme. Pri

tome treba uz koncentraciju boje mjeriti i količinu istjecanja ili crpljenja u jedinici

vremena. Ova mjerenja treba provoditi na svakom mjestu istjecanja za koje je

prethodnim kvalitativnim trasiranjem utvrñeno da je hidraulički povezano s

točkom/točkama injektiranja trasera.

Uzorci vode obično se uzimaju automatskim ureñajima za uzorkovanje, a

koncentracija boje u svakom uzorku mjeri se kalibriranim fluorometrom ili

spektrofluorometrom.

Podaci, odnosno parovi vrijednosti koncentracije i vremena uzimanja uzoraka

prikazuju se grafički, a spajanjem nanešenih točaka dobije se krivulja

koncentracija/vrijeme, tj. krivulja pojave boje ili krivulja prodora.

Tipična krivulja pojave boje prikazana je na slici 4.20.

111

Maksimalna koncentracija

T (sati)

C

(mg/

l)

Ukupno vrijeme opažanja

Pojava trasera

Ulijevanje trasera Zadnja

zabilježena C

trasera

Srednje vrijeme

transporta

Razdoblje jednake C ili

simetricnosti krivulje

Maksimalna koncentracija

T (sati)

C

(mg/

l)

Ukupno vrijeme opažanja

Pojava trasera

Ulijevanje trasera Zadnja

zabilježena C

trasera

Srednje vrijeme

transporta

Razdoblje jednake C ili

simetricnosti krivulje

Slika 4.20. Tipična krivulja pojave boje.

Nagib i amplituda krivulje ovisi o:

(1) količini injektirane boje;

(2) značajkama boje i vodonosnika;

(3) količini izviranja/istjecanja na mjestu praćenja pojave boje;

(4) disperziji boje; i

(5) miješanju boje po presjeku prije njezine pojave na točci opažanja.

Prividni nagib krivulje takoñer ovisi o intervalima u kojima su uzimani uzorci.

Analize krivulje pojave boje omogućuju razumijevanje značajki toka u vodonosniku,

kao što su efektivno vrijeme putovanja izmeñu ponora i točke pojave boje i brzina

tečenja podzemne vode.

Kao primjer može poslužiti trasiranje ponora Trnovac u Dubrovačko-

neretvanskoj županiji, kvantitativnom analizom uzoraka vode utvrñena je veza izmeñu

jame Trnovac i izvora Palata (slika 4.21). Iz analize dijagrama (Matić, 2008) može se

vidjeti da je maksimalna koncentracija zabilježena u uzorku od 24. veljače 2007. u

6:00 sati i iznosila je 0,1485 mg/l. Na temelju dobivenih podataka izračunate su

prividne brzine toka podzemne vode od jame Trnovac do izvora Palata. Tako prividna

brzina do prve pojave trasera u uzorku iznosi 6,07 cm/s, odnosno od 3,93 cm/s do

vremena registracije protoka maksimalne koncentracije trasera u uzorku.

112

VODOCRPILIŠTE PALATA - ZATONkoncentracija Na-fluoresceina (mg/l)

0,0

000

0,0

000

0,0

000

0,0

000

0,0

000

0,0

000

0,0

000

0,00

160

,002

40,

004

30,

0441

0,1

485

0,10

510,

0800

0,0

657

0,06

070,

055

80,

047

5

0,0

291

0,0

210

0,0

115

0,0

102

0,0

094

0,0

061

0,0

046

0,00

38

0,0

035

0,0

036

0,0

031

0,0

033

0,0

032

0,0

030

0,0

024

0,0

025

0,0

022

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

20.0

2.07

.

21.0

2.07

.

22.0

2.07

.

23.0

2.07

.

24.0

2.07

.

25.0

2.07

.

26.0

2.07

.

27.0

2.07

.

28.0

2.07

.

01.0

3.07

.

02.0

3.07

.

03.0

3.07

.

04.0

3.07

.

05.0

3.07

.

06.0

3.07

.

07.0

3.07

.

08.0

3.07

.

09.0

3.07

.

10.0

3.07

.

datum uzorkovanja

konc

entra

cija

(mg/

l)

Koncentracija Na-fluoresceina (mg/l)

Slika 4.21. Dijagram intenziteta pojave boje na izvoru Palata u Zatonu (Geoaqua,

2007)

Dobiveni su slijedeći parametri:

Prividna brzina toka podzemne vode (vp) : 6,07 (cm/s)

Udaljenost jama Trnovac – izvor Palata: 9.622 (m)

Prva pojava boje nakon: 44 (sati)

Maksimalna koncentracija boje nakon: 68 (sati)

Prividna brzina kod maksimalne koncentracije boje 3,93 (cm/s)

Ovakav izgled dijagrama intenziteta posljedica je brze pojave trasera niskih

vrijednosti koncentracija čije koncentracije u slijedećim uzorcima naglo rastu u

kratkom vremenskom periodu, a nakon jasno izražena maksimuma opadaju sporije

nego što su rasle. Dijagram ukazuje na izravnu vezu izmeñu jame Trnovac i

promatranog izvora Palata. Karakteristična je dosta duga recesija pri kraju vodnoga

vala. Zaključeno je da je traser na svojem putu prema izvoru koristio isključivo

privilegirani tok podzemne vode.

Uz to analize krivulje pojave boje i podataka o izdašnosti izvora ili zdenca mogu

se koristiti za procjenu vršne koncentracije, trajnosti ili perzistentnosti i disperzije.

113

Kako se ti podaci mogu dovesti u vezu s brzinom tečenja i disperzijom potencijalnih

zagañivala podzemne vode, kvantitativno trasiranje bojanjem je posebno koristan alat.

Kako je kretanje boje koja se koristi za trasiranje slično kretanju najčešćih

konzervativnih, u vodi topivih zagañivala, rezultati trasiranja mogu se koristiti za

prognoziranje značajki transporta takvih zagañivala. Primjerice, uz pretpostavku da će

se zagañivalo infiltrirati u podzemlje u području injektiranja boje i u sličnim

hidrološkim uvjetima, normalizirana koncentracija boje u mg/l može se pomnožiti s

masom zagañivala pa će se dobiti odnosi vrijeme - koncentracija zagañivala na točki

na kojoj se opažala pojava boje prilikom trasiranja.

Korištenjem rezultata ponovljenih trasiranja bojanjem povećava se područje

hidroloških uvjeta unutar kojeg se može procijeniti kada će se pojaviti koja

koncentracija zagañivala na odabranom mjestu. Osim toga, usporeñivanjem i analizom

rezultata ponovljenih trasiranja mogu se dobiti odnosi izmeñu utvrñenih kvantitativnih

značajki i hidroloških uvjeta kako su to načinili Mull i dr. (1988) i Smart (1981).

114

4.6.2.1. Odabir boje za injektiranje

Glavni kriteriji za odabir boje koja će se koristiti za kvantitativno trasiranje su:

(1) topivost u vodi,

(2) detektabilnost u niskim koncentracijama i jaka fluorescentnost;

(3) razlikovnost od temeljne fluorescencije;

(4) stabilnost i opstojnost u krškom okolišu;

(5) netoksičnost u niskim koncentracijama i

(6) cijena.

Općenito, granice odredivosti ovise o temeljnim uvjetima kao što su mutnoća

vode, prisutnost tvari koje mogu fluorescirati u istom opsegu kao i boja (primjerice

neke alge) i o kalibraciji fluorometra. Opstojnost se odnosi na stabilnost u okolišu. Niti

jedna boja nije 100 % održiva, jer se uvijek jedan dio boje gubi zbog sorpcije ili

kemijskog raspadanja. Zbog toga se pri kvantitativnoj analizi pojave boje mora voditi

računa o gubicima boje. Rhodamin WT je posebno načinjen za trasiranje voda i vrlo je

široko korišten za odreñivanje vremena putovanja i disperzije u površinskim

vodotocima (Hubbard i drugi, 1982). Zbog relativne sličnosti izmeñu podzemnih

tokova u krškim terenima i površinskih tokova, rhodamin WT se vrlo često odabire i za

kvantitativno trasiranje bojanjem u kršu.

4.6.2.2. Odreñivanje količine boje za kvantitativno trasiranje bojanjem

Nakon što se na temelju prethodno provedenog kvalitativnog trasiranja odrede

točke za injektiranje i opažanje pojave boje, treba odrediti količinu boje koja će se

upotrijebiti za predstojeće kvantitativno trasiranje. Potrebna količina boje ovisi o

uvjetima tečenja, udaljenosti izmeñu točke injektiranja boje i točke opažanja pojave

boje i očekivanoj vršnoj koncentraciji boje u točci opažanja.

Općenito, količina boje koja će se injektirati u podzemlje mora biti dovoljno

velika da se postigne detektabilna koncentracija boje u točci opažanja, a istovremeno

mora biti dovoljno mala da ostane ispod razine vizualne detekcije. Kako je već ranije

istaknuto, studije koje je proveo U.S. Geological Survey obično su programirane tako

da količina fluorescentne boje injektirane u vodu ne rezultira koncentracijama koje

prelaze 0,01 mg/l u vodi na opažačkoj točci (Hubbard i drugi, 1982). Ova

115

koncentracija može biti veća samo ukoliko se obojena voda u vodoopskrbnom izvoru ili

zdencu neće koristiti za vodoopskrbu tijekom prolaska oblaka boje.

Za početno kvantitativno trasiranje, odreñivanje količine boje za injektiranje

općenito se može temeljiti na jednadžbi za procjenu količine 20 %-tne otopine

rhodamina WT potrebne za injektiranje (Kilpatrick i Cobb, 1985). Jednadžba

adaptirana za boju koja će se pojaviti u izvoru ili crpljenom zdencu ima oblik:

ps cv

QL,,V

5110793 5−−−−⋅⋅⋅⋅==== (36)

gdje je:

Vs = volumen 20 % otopine rhodamina WT, u mililitrima;

Q = izdašnost izvora ili količina crpljenja iz zdenca , u ft3/s;

L = pravocrtna udaljenost izmeñu točke injektiranja i točke opažanja , u

stopama;

v = prividna brzina tečenja podzemne vode u ft/s; i

cp = vršna koncentracija boje koja se očekuje na mjestu uzorkovanja u

mikrogramima po litri (µg/l).

Za prvo trasiranje, brzina podzemne vode može se procijeniti na temelju

prethodno provedenog kvalitativnog trasiranja ili na temelju mjerenja istjecanja.

Iskustvo je pokazalo da se, s obzirom na “meandriranje” podzemnih tokova, prividna

(pravocrtna) udaljenost izmeñu točke injektiranja i točke opažanja treba pomnožiti s

1,5 (Sweeting, 1973).

4.6.2.3. Rukovanje bojom i postupak kvantitativnog trasiranja

Rukovanje bojom, odnosno transport i injektiranje boje za kvantitativno

trasiranje zahtijeva mnogo više pažnje no što je to slučaj kod kvalitativnog trasiranja.

S obzirom da se koncentracije često mjere u dijelovima na milijardu ili manje, i malo

zagañenje može prouzročiti pogreške ili rezultirati neuporabljivim podacima. Zbog toga

se pri bilo kakvom rukovanju bojom moraju nositi odgovarajuće gumene ili plastične

116

rukavice za jednokratnu uporabu, a posebno se mora paziti da se izbjegne

kontaminacija odjeće ili područja oko točke injektiranja i točke opažanja.

U idealnom slučaju i kod kvalitativnog i kod kvantitativnog trasiranja trebalo bi

osigurati da ista osoba ne rukuje opremom za uzimanje uzoraka i bojom. Dakle, za te

poslove treba angažirati različite ljude, a ako to nije moguće, onda je nužno da se

ureñaji za uzorkovanje postave na predviñeno mjesto prije no što će angažirana osoba

na bilo koji način doći u doticaj s bojom.

Traser se mora čuvati i transportirati do mjesta injektiranja u neprozirnoj

nelomljivoj posudi.

Količinu boje koja će biti injektirana treba izmjeriti menzurom i pomiješati je s

vodom u metalnom vjedru. Metalno vjedro preporuča se da bi se izbjegli gubici boje

izazvani adhezijom na plastiku.

Prije upuštanja boje u podzemlje boju treba razrijediti vodom u omjeru 10:1.

Mješavinu treba pažljivo uliti u vodu koja se izravno drenira u ponor ili, ukoliko

voda formira jezerce iznad ponora, u središte toka.

Rhodamin WT obično dolazi na tržište kao 20 %-tna otopina u velikim

posudama. Tijekom vremena nešto boje se može istaložiti iz otopine na dno posude,

pa prije izlijevanja boje iz posude njezin sadržaj treba dobro promiješati kako bi se

boja “vratila” u otopinu.

Da bi se mogla izraditi odgovarajuća krivulja pojave boje u opažanom izvoru ili

zdencu, potrebno je uzimati uzorke vode kroz odreñeno vrijeme i provesti

fluorometrijske ili spektrofluorometrijske analize sadržaja boje u uzorcima.

Uzorci se mogu uzimati ručno ili pomoću automatskih ureñaja za uzimanje

uzoraka. Oprema potrebna za ručno uzorkovanje može biti vrlo različita i ovisi o

uvjetima koji vladaju na mjestu gdje će se uzorci uzimati. Tako se uzorci mogu uzeti s

mosta, iz čamca ili gaženjem u vodu u tzv. ribarskim gumenim čizmama.

Iako je u odreñenim situacijama ručno uzimanje uzoraka zadovoljavajuće, u

većini slučajeva je mnogo učinkovitije koristiti automatske ureñaje za uzorkovanje, jer

je potrebno zadovoljiti propisanu frekvenciju uzorkovanja kroz više dana i u često

nepovoljnim vremenskim uvjetima. Osim toga automatskim uzimanjem uzoraka

znatno se smanjuje mogućnost propuštanja dijela oblaka boje, jer se automatskim

ureñajima mogu uzimati uzorci duže vremena prije dolaska oblaka boje do mjesta

117

uzorkovanja. To je posebno važno kod prvog kvantitativnog trasiranja bojanjem, kada

se još vrlo malo zna o brzinama tečenja. Uz to, istovremeno uzorkovanje na različitim

mjestima pomoću automatskih ureñaja općenito je puno učinkovitije i može biti znatno

jeftinije, jer je dovoljno angažirati samo jednu osobu za posluživanje više ureñaja za

uzorkovanje. Korištenjem automatskog ureñaja za uzorkovanje osigurava se mnogo

preciznija detekcija koncentracije boje no što se može postići različitim tehnikama

ručnog uzimanja uzoraka (Crawford, 1979).

Meñutim, niti automatsko uzorkovanje nije bez mana. Ako su izabrani

predugački intervali izmeñu uzimanja uzoraka i kod ručnog i kod automatskog

uzorkovanja može doći do lošeg definiranja oblaka boje. Za kvalitetno definiranje

vršne pojave oblaka boje potrebno je frekventno uzimanje uzoraka, no zadržavanje

iste frekvencije uzorkovanja tijekom cijelog perioda opažanja može s druge strane

rezultirati pretjeranim brojem uzoraka tijekom recesije oblaka boje. Općenito, bolje je

imati nepotrebno često uzorkovanje nego nedovoljno dobro definirati vršnu pojavu

oblaka boje zbog prevelikih intervala izmeñu uzimanja uzoraka. Ponekad je potrebno

ponoviti trasiranje da bi se odredila najučinkovitija frekvencija uzorkovanja.

Općenito postoje dva tipa automatskih ureñaja za uzimanje uzoraka:

(1) ureñaji koji se montiraju na obalu i imaju usisnu cijev malog promjera

koja vodi do mjesta uzimanja uzorka u vodotoku (slika 4.22);

(2) plutajući ureñaji za uzimanje uzoraka koji su djelomično uronjeni u

vodu.

Slika 4.22. Automatski ureñaj za uzimanje uzoraka vode ISCO 3700 C

118

Bez obzira na metodu uzimanja, uzorke treba po mogućnosti spremati u

staklene boce, jer se boja koja se koristi za trasiranje, može, iako u malim količinama,

vezati na stijenke plastičnih boca što se može tumačiti kao gubitak boje tijekom

trasiranja. Obično se koriste boce volumena 32 ml. Ta količina uzorka je dovoljna za

odreñivanje koncentracije boje pomoću fluorometra ili spektrofluorometra.

4.6.2.4. Fluorometri

Filterski fluorometar je ureñaj kojim se mjeri intenzitet svjetla odabrane valne

dužine koji emitira uzorak vode koji sadrži fluorescentnu tvar. Intenzitet fluorescencije

proporcionalan je koncentraciji fluorescentne tvari u vodi. Fluorescencija se takoñer

može mjeriti spektrofluorometrima (Udenfriend, 1962; Duley, 1986).

Spektrofluorometri su posebno korisni ukoliko se tijekom jednog trasiranja simultano

koristi više različitih boja čija se pojava prati na jednoj točci istjecanja ili pak ukoliko

postoji visoka temeljna koncentracija jedne boje preostala u vodonosnom sustavu iz

prethodnih trasiranja.

Spektrofluorometri dakle imaju veće mogućnosti od fluorometara, no i njihova

cijena je oko 3 puta veća.

Prijenosni instrument, kakav je primjerice Turner Designs Model 10 je filterski

fluorometer koji omogućuje izravno očitavanje sadržaja boje kako je utvrñeno

prethodnom kalibracijom (slika 4.23).

Slika 4.23. Turner Designs 10-AU prijenosni fluorometar

Ovaj instrument postiže radnu temperaturu za oko 15 minuta, može se napajati

strujom iz prijenosnog izvora napona 12 V, ne smeta mu povećanje temperature

119

testiranog uzorka i može biti opremljen za monitoring kontinuiranog toka i bilježenje

rezultata.

Filterski fluorometar sastoji se od šest temeljnih komponenata koje su prikazane

na slici 4.24. Izvor svjetla i filteri odabiru se za maksimalnu osjetljivost s obzirom na

flourescentnu boju koja je korištena za trasiranje, a prema uputama koje su priložene

instrumentu. Detaljne informacije o radu i kalibraciji fluorometara dali su Wilson i

drugi (1986).

Slika 4.24. Temeljna struktura filterskih fluorometara (Wilson i dr., 1986)

Uporabljivost podataka o pojavi boje za kvantitativnu analizu u velikoj mjeri

ovisi o pravilno kalibriranom fluorometru.

Priprema standarda za kalibraciju temeljni je postupak za postupnu redukciju

ukupne količine otopine boje do postizanja koncentracije koja se može očekivati na

opažačkoj točci. Ova redukcija općenito je poznata kao serijsko razrjeñenje, a detaljno

su je opisali Kilpatrick i Cobb (1985).

Precizno mjerenje početnog volumena boje i dodanog razrjeñivala nužno je na

svakom stupnju postupka da bi se pripremio set standarda za ispravnu kalibraciju

fluorometra. Postupak serijskog razrjeñenja temelji se na sljedećoj jednadžbi:

Cn = Ci

dw

dgi

dw

d

VV

VSC

VV

W

+=

+ (37)

gdje je

120

Cn = nova koncentracija boje (µg/l);

Ci = početna koncentracija boje (µg/l);

Vw= volumen dodanog razrjeñivala (ml);

Vd= volumen dodane otopine boje (ml);

Wd = težina početne otopine (g); i

Sg = specifična težina početne otopine boje, (1.19 grama po kubičnom

centimetru (g/cm3) za 20%-tnu otopinu rhodamina WT).

Za 20 %-tnu otopinu rhodamin WT (200 g/l) potrebno je 3-serijsko

razrjeñivanje da bi se postigle koncentracije reda veličine od 100 µg/l (tablica 4.3). Na

svakom stupnju prethodna vrijednost Cn postaje početna vrijednost Ci. Treće

razrjeñenje (100 µg/l) treba zadržati kao “radnu otopinu” i ono se koristi za daljnja

razrjeñenja ukoliko su potrebni standardi ispod 100 µg/l. Korištenjem radne otopine

više nije potrebno provoditi potpuno serijsko razrjeñivanje svaki puta kada se kalibrira

flourometar sve dok se koristi ista boja. Radnu otopinu treba koristiti tijekom cijelog

istraživanja, odnosno dok god se koristi ista boja. Kada se radna otopina ne koristi

treba je čuvati u neprozirnoj posudi ili u mračnoj prostoriji (Wilson, Cobb, i Kilpatrick,

1986.).

Tablica 4.3. Serijsko otapanje u 3 stupnja za pripremu standarda za kalibraciju

fluorometra

Početna

koncentracija

(µg/l)

Specifična

težina

(g/cm3)

Volumen

boje

(ml)

Volumen

razrjeñivala

(ml)

Nova

koncentracija

(µg/l)

Prvo

razrjeñivanje 200000000 1190 20 2068 2280000

Drugo

razrjeñivanje 2280000 1002 20 3000 15100

Treće

razrjeñivanje 15100 1000 20 3000 100

121

Iako se za pripremu standarda može koristiti beskonačni broj kombinacija vode i

boje, iz tablice 4.3 se može vidjeti da je dovoljna kombinacija od tri razrjeñivanja i da

ona daje radnu otopinu od 100 µg/l koja se najčešće koristi kao kalibracijski standard.

Za kalibraciju fluorometra na nultu razinu koristi se destilirana voda. Kalibraciju

fluorometra treba provjeriti prije konačnog mjerenja svih uzoraka boje sa

temperaturno uravnoteženim otopinama.

4.6.2.5. Izračunavanje mase injektirane boje i mase boje koja se pojavila na opažačkom mjestu

Analize podataka o pojavi boje temelje se na odnosu bilance masa izmeñu

injektirane boje i boje koja se pojavila u točci opažanja (Hubbard i dr., 1982). Zbog

toga je kritičan element ovih analiza odreñivanje mase injektirane boje. Ona se može

izračunati pomoću sljedeće jednadžbe:

masa = volumen x gustoća x čistoća (38)

Tako se za injektiranje 10 ml 20%-tne otopine rhodamina WT masa može

izračunati množenjem volumena (10 ml) s gustoćom (1,19 g/cm3) i čistoćom (20%).

Na taj način izračunata masa injektirane boje iznosi 2,38 grama.

Izračunavanje mase boje koja se pojavila na opažačkom mjestu temelji se na

korištenju krivulje pojave boje (krivulja vrijeme - koncentracija) i na podacima o

izdašnosti izvora, odnosno crpnoj količini zdenca.

Krivulja vrijeme - koncentracija dobiva se crtanjem parova vrijednosti utvrñene

koncentracije boje u uzorku vode u odnosu na vrijeme uzimanja uzorka, a uzorci se

uzimaju tijekom prolaska oblaka boje kroz opažačku točku. Krivulja ima tipični

zvonolik oblik s time da je nagib krivulje nešto blaži na njezinoj desnoj strani, odnosno

strmija je na uzlaznom dijelu, a položitija na silaznom dijelu, što se može vidjeti na

slici 4.20.

U uvjetima kada se količina istjecanja mijenja, masa boje koja se pojavila na

opažačkom mjestu je:

∫∫∫∫∞∞∞∞

====0

QCdtM (39)

gdje je

M = masa boje koja se pojavila na opažačkom mjestu

122

Q = izdašnost izvora (crpna količina zdenca)

C = koncentracija boje u trenutku t

Ako je pak tečenje stacionarno, masa boje koja se pojavila na opažačkom

mjestu je:

∫∫∫∫∞∞∞∞

====0

CdtQM (40)

Jednadžbe 39 i 40 navedene su samo zbog toga da bi se ukazalo na koncept

rješavanja problema, a formule po kojima se mogu izvesti proračuni u praksi dane su

kasnije, kao i primjer izračuna mase boje koja se pojavila na opažačkom mjestu.

4.6.2.6. Uzimanje uzoraka

Dobro definiranje krivulje vrijeme - koncentracija u velikoj mjeri ovisi o pravilno

odabranim intervalima uzimanja uzoraka. Intervali uzorkovanja ovise o procjeni uvjeta

tečenja, hidrološkim značajkama područja trasiranja, ali i izvodi li se trasiranje na tom

području po prvi put. Primjerice, intervali izmeñu dva uzorkovanja za vrijeme

trasiranja u području Elizabethtown-a varirali su izmeñu 20 i 60 minuta (Mull i dr.,

1988).

Omogućuju li odabrani intervali uzimanja uzoraka izradu dobre krivulje pojave

boje može se odrediti mjerenjem fluorescencije dobro kalibriranim fluorometrom i

crtanjem preliminarne krivulje odmah na terenu.

Na strategiju uzorkovanja utječe i stupanj lateralnog i vertikalnog miješanja

boje na opažačkom mjestu. Uzimanjem uzoraka u samo jednoj točci u dijelu toka bez

lateralnog miješanja ne može se doći do podataka za izračunavanje mase boje.

Kao prihvatljiva dužina miješanja može se uzeti udaljenost potrebna za gotovo

potpuno lateralno miješanje boje u trasiranom toku. U sustavu s jednim podzemnim

kanalom, dužina miješanja predstavlja udaljenost izmeñu točke injektiranja, kao što je

npr. ponor, i točke istjecanja, kao što je izvor. Ova udaljenost je fiksna ukoliko se

uzorci ne uzimaju nizvodno od točke istjecanja. U sustavu konvergentnog tečenja

miješanje ne započinje sve dok se toku ne priključi zadnja pritoka. U tom slučaju

odgovarajuća dužina miješanja teoretski se može protezati i iza izvora ili bunara u

kojem se opaža pojava boje.

123

Nepotpuno lateralno miješanje obično je rezultat kratke dužine miješanja. Do

nekompletnog miješana takoñer može doći i kada u sustav toka ulazi neobojena voda

na dijelu toka izmeñu točke injektiranja i točke u kojoj se uzimaju uzorci. Dotok

neobojene vode u sustav tečenja uzvodno od točke u kojoj se uzimaju uzorci može

rezultirati krivom procjenom pojave boje.

Tijekom kvantitativnog trasiranja bojanjem obično je potrebno izvršiti i

preliminarno trasiranje kako bi se odredio stupanj lateralnog miješanja boje u točci

istjecanja. Koncentracija boje mora se odrediti u najmanje tri točke u poprečnom

presjeku mjesta istjecanja i za svaku od tih točaka treba načiniti krivulju vrijeme -

koncentracija. Potpuno lateralno miješenje je postignuto kada su površine ispod

krivulja vrijeme - koncentracija za svaku lateralnu poziciju iz koje su uzimani uzorci

jednake bez obzira na nagib krivulja ili veličine vršnih koncentracija. Kilpatrick i Cobb

(1985 ) smatraju da je miješanje zadovoljavajuće za pojedinu točku u kojoj se

uzimaju uzorci boje kada je postignuto 95%-tno miješanje. Odnos izmeñu dužine

miješanja prema krivulji prikazano je na slici 4.25.

Slika 4.25. Tipične krivulje vrijeme - koncentracija za uzorke uzete iz lateralno

različito smještenih točaka i na različitoj udaljenosti nizvodno od točke injektiranja

Kako bi se uzorcima predstavio oblak boje s nepotpunim lateralnim miješanjem,

uzorci se moraju uzimati u više točaka razmještenih lateralno, kao što su smještene

KRATKA UDALJENOST Površine ispod krivulja nisu jednake, lateralno

SREDNJA UDALJENOST Površine ispod krivulja su skoro jednake, miješanje je približno potpuno.

VEĆA UDALJENOST Površine ispod krivulja su jednake, miješanje je potpuno.

KONCENTRACIJA

VRIJEME

ULIJEVANJE BOJE

124

točke a, b i c na slici 4.25. Izbor tih točaka za uzimanje uzoraka temelji se na

jednakim porastima protoke što se odreñuje mjerenjem izlaznog toka pomoću

hidrometrijskog krila. Na primjer, ako se želi uzeti uzorke iz tri točke, one moraju biti

smještene na 1/6, 3/6 i 5/6 kumulativnog toka kroz odabrani presjek (Kilpatrick i

Cobb, 1985).

No, u većini slučajeva kod trasiranja podzemnih voda u kršu, udaljenost točke u

kojoj se opaža pojava boje od točke injektiranja je stotinama ili tisućama puta veća od

promjera podzemnog toka ili širine podzemnog kanala tako da je miješanje potpuno,

pa će u pravilu biti dovoljno uzimati uzorke u jednoj točci.

4.6.2.7. Postupanje s uzorcima i analize

Nakon što su uzorci uzeti s njima treba pažljivo postupati, jer nepravilno

rukovanje može utjecati na točnost utvrñivanja njihovog sastava. Da bi se izbjeglo

smanjivanje fluorescencije izazvano fotokemijskim raspadanjem boje uzorci se moraju

transportirati i čuvati u posudama koje ne propuštaju svjetlo. Iako se neki uzorci mogu

testirati na fluorescenciju još na terenu, nakon prve provjere je li oblak boje

“uhvaćen”, sve uzorke treba poslati u laboratorij na fluorometrijsku analizu.

Kako fluorescentna aktivnost značajno ovisi o temperaturi (fluorescencija je

obrnuto proporcionalna temperaturi) pri analizi podataka i interpretaciji rezultata

moraju se uzeti u obzir temperaturni efekti (Wilson and others, 1986). No

temperaturni efekti se mogu i zanemariti ukoliko fluorometar koji se koristi za

mjerenje sadržaja boje ne povećava temperaturu uzorka tijekom analize i ako je

temperatura uzorka izjednačena s temperaturom ranije pripremljenog standarda. To

se obično može postići ostavljanjem uzoraka i standarda u istim uvjetima preko noći.

4.6.2.8. Priprema podataka

Niti jedna boja nije potpuno konzervativna. To znači da se uvijek nešto boje

gubi raspadanjem ili zbog sorpcije tijekom trasiranja. Da bi se izbjegle posljedice

takvih gubitaka mora se izvršiti prilagodba izmjerene koncentracije boje (Kilpatrick i

Cobb, 1985). Ta je prilagodba nužna posebno ako se usporeñuju rezultati dvaju

različitih trasiranja. To prilagoñavanje se postiže tako da se izmjerena koncentracija

125

boje u svakom uzorku za odreñeno trasiranje pomnoži s kvocijentom mase injektirane

boje i mase boje koja se pojavila na opažačkoj točci.

S obzirom da koncentracija boje (trasera) koja će se pojaviti na opažačkoj točci

ovisi o količini injektirane boje, poželjno je “normalizirati” podatke o pojavi boje

dijeljenjem utvrñene koncentracije boje u svakom uzorku s masom injektirane boje.

Rezultirajuće koncentracije se zbog toga izražavaju u posebnim mjernim jedinica,

primjerice u miligramima po litri po kilogramu (mg/l/kg). Ovim postupkom

kompenziraju se razlike zbog različitih masa injektirane boje tijekom različitih

trasiranja i pojednostavljuju se analize podataka vrijeme - koncentracija.

Opisani postupak vrijedi uz pretpostavku da tijekom trasiranja nije došlo do

trajnijeg zadržavanja boje u nekim podzemnim šupljinama, i da se boja nije pojavila i

na nekim mjestima istjecanja koja nisu uključena u sustav opažanja. Ove pretpostavke

se mogu postaviti na temelju rezultata kvalitativnog trasiranja i potvrditi mjerenjima

količine istjecanja tijekom kvantitativnog trasiranja.

Zbog složenosti podzemnih tokova u krškim terenima može se dogoditi da dio

boje ne bude detektiran zbog toga što je istekla na nekom od izvora koji nisu bili

uključeni u sustav opažanja. Vjerojatnost za takav dogañaj je posebno velika ukoliko

se trasiranje provodi u vrijeme visokih voda.

4.6.3. Analize i korištenje rezultata trasiranja bojanjem

Prema Atkinsonu i Smartu (1981) trasiranje u krškim terenima se provodi s tri

temeljna cilja:

(1) odreñivanje puteva tečenja i vremena zadržavanja vode u podzemlju,

(2) odreñivanje značajki vodonosnika, i

(3) kartiranje i karakterizacija sustava krških podzemnih kanala.

Aley (1972) navodi više primjena trasiranja podzemnih voda gdje su se ona

pokazala posebno korisnima kod istraživanja slučajeva zagañenja vode.

Dobro provedeno trasiranje:

(1) omogućuje izravno utvrñivanje kretanja podzemne vode od jedne do

druge točke,

126

(2) daje rezultate koji su lagano razumljivi svim zainteresiranim stranama,

(3) omogućuje kvalitativnu procjenu može li ili ne može doći do prirodnog

pročišćavanja vode tijekom njezinog tečenja kroz podzemlje i

(4) omogućuje procjenu količine podzemnog tečenja, koje obično

podcjenjuju osobe koje ne poznaju uvjete tečenja podzemne vode u krškim

terenima.

Analize i primjena rezultata trasiranja bojanjem ovise dijelom o projektiranju i

izvoñenju trasiranja i mogu se općenito podijeliti, s obzirom na prirodu trasiranja i

kasnije analize, na kvalitativne i kvantitativne. Najjednostavnije i najčešće korištenje

podataka dobivenih trasiranjem bojanjem usmjereno je na identifikaciju veza izmeñu

točaka unosa trasera u podzemlje, kao što su ponori ili vrtače, i nizvodnih točaka

istjecanja, kao što su izvori ili zdenci.

Brojni istraživači koristili su rezultate trasiranja bojanjem da bi definirali krške

vodonosnike ili slivna područja jednog ili skupine izvora (Aley, 1972; Atkinson i Smith,

1974; Quinlan i Ray, 1981; Quinlan i Rowe, 1977; Skelton i Miller, 1979; Smart, 1977;

Crawford, 1981; Thrailkill i drugi, 1982). Prikupljeni podaci mogu se koristiti za

različite svrhe, no sa stajališta zaštite voda posebno su korisni pri utvrñivanju

mogućeg izvora zagañenja otkrivenog u vodi izvora ili zdenca i gotovo su uvijek nužan

prvi korak prema kvantitativnom trasiranju bojanjem.

Pomoću kvalitativnog trasiranja bojanjem može se identificirati priroda

drenažnog sustava pojedinog izvora, odnosno je li sustav tečenja konvergentan ili

distributaran prema izvoru. Ukoliko je distributaran, kvalitativno trasiranje bojanjem je

najpogodniji način da se identificira izvor koji drenira vodonosni sustav.

Pomoću filterskih fluorometara i konzervativnih fluorescentih boja, moguće je

načiniti kvantitativne analize, odnosno analizu bilance mase i analize podataka o pojavi

boje s obzirom na koncentraciju boje tijekom vremena. Ovi podaci, u kombinaciji s

podacima o izdašnosti izvora ili zdenca tijekom testa, omogućuju hidrauličku

karakterizaciju mreže podzemnih kanala, te definiranje i procjenu značajki podzemnog

tečenja. Primjerice, ponovljeno trasiranje iste dvije točke unosa i pojave boje pokazuje

odnos izmeñu vremena putovanja i količine istjecanja (Smart, 1981; Stanton i Smart,

1981; Mull i Smoot, 1986).

127

Smart i drugi (1986) dokazali su prednost kvantitativnog trasiranja u odnosu na

metode kvalitativnog trasiranja ukoliko se želi definirati sustav krških podzemnih

kanala na temelju bilance masa fluorescentnih trasera.

Zbog sličnosti hidrofilnog zagañivala i fluorescentnih boja koje se koriste za

trasiranje, rezultati provedenih studija mogu se koristiti za prognozu mogućih utjecaja

procjeñivanja hidrofilnih zagañivala na kvalitetu podzemne vode.

Hidrofobna zagañivala, odnosno zagañivala koja nisu topiva u vodi, neće

migrirati kao topiva (hidrofilna) zagañivala. Zbog toga se njihovo ponašanje ne može

predvidjeti na temelju rezultata kvantitativnog trasiranja.

Početni rezultat kvantitativnog trasiranja bojanjem je niz podataka o izmjerenim

koncentracijama boje u uzorcima uzetim u odreñeno vrijeme na odreñenom mjestu.

Pri trasiranju bojom površinskih tokova uzorci se mogu uzimati na više mjesta unutar

jednog poprečnog presjeka i na više stanica duž toka. Tako se dobivaju podaci o

koncentracijama boje s obzirom na njezin transverzalni i longitudinalni raspored u

vodotoku i na vrijeme proteklo od ubacivanja boje.

Kod krških podzemnih tokova, mogućnost uzimanja uzoraka ograničena je na

samo jednu ili eventualno nekoliko točno odreñenih lokacija, pa se mogu registrirati

promjene koncentracije boje samo kao funkcija vremena.

Analiza krivulje pojave boje omogućuje dobivanje numeričkih vrijednosti nekih

značajki podzemnog tečenja. Neke značajke, kao proteklo vrijeme do pojave vršne

koncentracije boje, mogu se očitati neposredno iz izmjerenih podataka. Neke druge,

kao srednje vrijeme putovanja ili normalizirana koncentracija boje, izračunavaju se iz

podataka mjerenja. Mogu se dobiti i drugi podaci, kao recimo koeficijent disperzije, no

oni se mogu samo procjeniti uz neke nužne pretpostavke.

4.6.3.1. Krivulja pojave boje

Dobivanje kvantitativnih informacija iz trasiranja bojanjem prvenstveno se

temelji na analizi krivulja pojave boje. Ta se krivulja dobiva crtanjem vrijednosti

koncentracija boje u odnosu na vrijeme proteklo od injektiranja boje u vodonosni

sustav. Te krivulje poznate su pod nazivom krivulja vrijeme - koncentracija, krivulja

prolaza ili krivulja pojave boje (slika 4.26). To je zvonolika krivulja koja je nešto

128

strmija na dijelu koji pokazuje porast koncentracije, a blaže nagnuta u dijelu koji se

odnosi na period opadanja koncentracije boje.

Maksimalna koncentracija

T (sati)

C

(mg/

l)

Ukupno vrijeme opažanja

Pojava trasera

Ulijevanje trasera Zadnja

zabilježena C

trasera

Srednje vrijeme

transporta

Razdoblje jednake C ili

simetricnosti krivulje

Maksimalna koncentracija

T (sati)

C

(mg/

l)

Ukupno vrijeme opažanja

Pojava trasera

Ulijevanje trasera Zadnja

zabilježena C

trasera

Srednje vrijeme

transporta

Razdoblje jednake C ili

simetricnosti krivulje

Slika 4.26. Krivulja pojave boje - prikaz izmjerene koncentracije u odnosu na vrijeme

proteklo od unošenja boje u vodonosni sustav

Krivulja pojave boje već površnim pregledom daje više kvantitativnih značajki.

Vrijeme unosa boje (t0) koristi se kao početak krivulje i uzima se kao nula (slika 4.26).

Izmjerena koncentracija boje u vremenu t0 uzima se kao temeljna

koncentracija. Uvodni period (tL), ili vrijeme putovanja, je vrijeme proteklo do trenutka

prvog porasta koncentracije iznad temeljne vrijednosti. Vrijeme povlačenja (tT) je

vrijeme putovanja do trenutka kada je koncentracija boje ponovno pala na temeljnu

vrijednost. Vrijeme do vršne koncentracije (tpeak) je vrijeme proteklo od trenutka

unošenja boje do najviše vrijednosti na krivulji pojave boje. Dužina perzistencije je

vrijeme trajanja odreñene koncentracije. Mogu se definirati i druge značajke, kao

recimo vrijeme od trenutka prvog povećanja koncentracije do časa kada koncentracija

dosegne 10 % vrijednosti vršne koncentracije i dr. (Hubbard and others, 1982).

Nagib i najveća vrijednost krivulje pojave boje prvenstveno ovise o količini

injektirane boje, brzini i veličini toka, značajkama miješanja unutar toka, intervalima

izmeñu uzimanja uzoraka, i o tome razrjeñuje li se voda na izlaznoj točci i vodom koja

ne sadrži boju. Podaci dobiveni jednim trasiranjem odražavaju uvjete dotičnog testa, a

129

posebno ovise o istjecanju tijekom tog trasiranja. Ponovljena trasiranja bojanjem

izmeñu iste dvije točke nužna su ukoliko se žele dobiti podaci u različitim uvjetima

tečenja.

Masa boje koja se pojavila na mjestu istjecanja dobiva se sumiranjem podataka

vrijeme - koncentracija prema sljedećoj jednadžbi:

ii

n

iiout t)'C'C(Q,M ∆∆∆∆0

1

10190 −−−−==== ∑∑∑∑====

(41)

gdje je:

Mout = masa boje koja se pojavila na opažačkoj točci (kg);

0.1019 = faktor za pretvaranje mjernih jedinica;

n = broj intervala izmeñu uzimanja uzoraka = ukupan broj uzoraka

umanjen za jedan;

i = i– ti interval uzimanja uzorka;

Qi = srednja količina istjecanja tijekom i-tog intervala uzimanja uzorka

(ft3/s);

C’i = srednja izmjerena koncentracija u vremenu i-tog intervala

uzorkovanja = srednjoj vrijednosti koncentracije odreñene u uzorcima

uzetim na početku i na kraju intervala (mg/l);

C’0 = temeljna koncentracija boje izmjerena u trenutku injektiranja boje u

sustav (mg/l);

∆ti = trajanje i-tog intervala uzimanja uzoraka (sati)

Interval uzimanja uzorka je vremenski period izmeñu dva uzastopna uzimanja

uzoraka ili opažanja, a suma se izračunava iz srednjih vrijednosti unutar svakog

intervala izmeñu uzorkovanja.

Podatak o ukupnoj količini boje koja se pojavila na opažačkom mjestu treba

usporediti s podatkom o količini injektirane boje. Ukoliko se zna ili se pretpostavlja da

voda teče od točke injektiranja prema točci istjecanja kroz više od jednog podzemnog

kanala, uzorke treba uzimati na više mjesta mogućeg istjecanja, a ukupna količina

boje koje se pojavila dobiva se zbrajanjem rezultata sa svakog mjesta istjecanja. Ako

je razlika izmeñu količine boje koja se pojavila na mjestu (mjestima) istjecanja i

količine boje koja je injektirana u sustav veća od gubitaka koji se mogu realno

130

očekivati zbog raspadanja ili sorpcije boje, rezultate treba ponovno analizirati. Ukoliko

se nije potkrala pogreška u računanju, vjerojatno sustav podzemnih kanala nije bio

dobro definiran, pa nisu sve točke istjecanja uključene u sustav opažanja. Ponekad,

izračunata količina boje koja se pojavila može biti i veća od količine boje koja je

injektirana. To naravno nije realno moguće, pa takav rezultat može ukazivati na

nedovoljno miješanje boje i vode, na to da uzorci nisu reprezentativni ili da je količina

istjecanja pogrešno izmjerena.

Izmjerenu koncentraciju boje koja se pojavila treba korigirati s obzirom na

temeljnu koncentraciju i na realne gubitke boje tijekom trasiranja. Za to se koristi

sljedeća jednadžba:

C”= (C’-Co’)out

in

M

M (42)

gdje je:

C” = korigirana koncentracija (mg/l);

C’ = izmjerena koncentracija (mg/l);

C’0 = temeljna koncentracija (mg/l);

Min = masa injektirane boje (kg);

Mout = masa boje koja se pojavila (kg).

4.6.3.2. Normalizirana koncentracija i opterećenje

Kako količina ili masa boje koja se injektira može biti različita tijekom različitih

trasiranja, za svako trasiranje treba provesti tzv. normalizaciju koncentracije kako bi

se dobila koncentracija koja bi bila rezultat injektiranja standardne mase od jednog

kilograma boje. Normalizirana koncentracija izračunava se iz izraza:

C = C”out

oin M

)'C'C(M

11 −−−−==== (43)

gdje je:

C – normalizirana koncentracija boje u miligramima na litru po kilogramu

boje, (mg/l)/kg, a ostale oznake su iste kao u jednadžbi 42.

131

Normalizirane koncentracije su korisne za dobivanje odnosa izmeñu

kvantitativnih značajki i količine istjecanja i koriste se za prognozu koncentracija koje

su rezultat injektiranja poznate mase zagañivala.

Nacrtane normalizirane koncentracije daju pravu sliku koncentracija ovisno o

vremenu za odreñene hidrološke uvjete. Krivulje pojave boje s normaliziranim

koncentracijama za sedam različitih trasiranja izmeñu istih točaka, ali provedenim u

različitim hidrološkim uvjetima prikazane su na slici 4.27.

Slika 4.27. Normalizirane krivulje pojave boje za sedam trasiranja bojom provedenih

pri različitim izdašnostima Dyers Springa

Kako su koncentracije svedene na standardnu (jediničnu) masu injektirane boje,

moglo bi se očekivati da su površine omeñene pojedinim krivuljama jednake. To

meñutim nije slučaj, jer se pri većem istjecanju dogaña veće razrjeñenje boje. Kraće

vrijeme putovanja, prati manje razrjeñenje. To se dogodilo tijekom trasiranja

prikazanih na lijevoj strani slike.

Utjecaj promjena izdašnosti izmeñu dva trasiranja može se ukloniti

pretvaranjem normaliziranih koncentracija pojave boje u normalizirana opterećenja.

Normalizirano opterećenje bojom, ili flux mase, je količina boje koja je prošla

kroz točku uzimanja uzoraka u danom vremenu po jednom kilogramu injektirane boje.

Opterećenje je koncentracija boje pomnožena s izdašnosti, a normalizirano

132

opterećenje je normalizirana koncentracija pomnožena s izdašnosti i može se

izračunati kao:

L = 28,32 CQ (44)

gdje je:

L = normalizirano opterećenje, u miligramima u sekundi po kilogramu

injektirane boje (mg/s)/kg

28.32 = faktor pretvaranja mjernih jedinica

C = normalizirana koncentracija boje (mg/l)/kg

Q = količina istjecanja (fts3/s)

Površine ispod različitih krivulja koje prikazuju normalizirana opterećenja su

jednake i odreñene definicijom sume do 1 kg po kilogramu injektirane boje tijekom

svakog testa. Krivulje normaliziranog opterećenja bojom za različita trasiranja mogu

se nacrtati na istom grafu i prikazuju prolaz oblaka boje pod različitim hidrološkim

uvjetima. Normalizirana opterećenja bojom za sedam trasiranja bojanjem izmeñu istih

točaka prikazana su na slici 4.28. Krivulje na lijevoj strani grafa predstavljaju rezultate

trasiranja u vrijeme velikih voda. Iz njih je vidljivo da boja može putovati mnogo brže i

s manjim protezanjem nego što je to u uvjetima malih voda.

Slika 4.28. Krivulje normaliziranog opterećenja bojom za sedam trasiranja

provedenih pri različitim izdašnostima Dyers Springa

133

4.6.3.3. Vrijeme putovanja

Vrijeme putovanja je vrijeme potrebno za kretanje oblaka boje od točke u kojoj

je boja injektirana u podzemlje do mjesta uzimanja uzoraka. Oblak boje se tijekom

kretanja širi tako da može postojati veliki vremenski razmak izmeñu prve pojave boje

na mjestu uzimanja uzoraka i trenutka opadanja koncentracije na temeljnu vrijednost.

Pri tome se vršna koncentracija može očekivati približno u sredini tog vremenskog

intervala. Vrijeme do dolaska vršne koncentracije daje indikaciju vremena putovanja,

no zbog tipične asimetričnosti krivulje pojave boje, taj trenutak ne predstavlja i

vrijeme putovanja za glavninu oblaka boje. Za kvantitativne analize vrijeme putovanja

je najbolje predstaviti centroidom krivulje pojave boje. Vrijeme putovanja centroida

mase boje, ili jednostavno srednje vijeme putovanja može se izračunati kao:

∑∑∑∑

∑∑∑∑

====

========n

iiii

n

iiiii

QtC

QtCt

*t

1

1

∆∆∆∆

∆∆∆∆ (45)

gdje je:

t*= srednje vrijeme putovanja u satima;

ti = vrijeme proteklo od trenutka injektiranja boje do i-tog intervala

uzimanja uzorka u satima;

Ci = normalizirana koncentracija boje tijekom i-tog intevala uzimanja

uzorka (mg/l)/kg.

Na temelju vrijednosti srednjeg vremena putovanja može se izračunati i srednja

prividna brzina tečenja podzemne vode:

*t

d*u

3600==== (46)

gdje je:

u* = srednja prividna brzina tečenja, u stopama po sekundi (ft/s);

d = pravocrtna udaljenost izmeñu točke injektiranja i točke uzorkovanja,

u stopama;

3600 = factor pretvorbe mjernih jedinica,

134

t* = srednje vrijeme putovanja, u satima.

Kako pravi put po kojem podzemna voda teče, odnosno udaljenost izmeñu točke

unosa trasera i mjesta uzimanja uzorka nije poznat, d i u* su prividne veličine

izračunate kao da se voda kreće po pravcu koji spaja te dvije točke. Tako je stvarna

brzina tečenja u pravilu veća od prividne brzine zbog toga što je uslijed meandriranja

kroz krško podzemlje put po kojem se voda (i boja) kreće sigurno duži. No, i te

vrijednosti su vrlo korisne, jer se mogu usporeñivati s onima dobivenim iz drugih

trasiranja provedenim u različitim hidrološkim uvjetima. One se mogu koristiti i za

procjenu vrijednosti koeficijenta disperzije.

Standardna devijacija vremena putovanja mase boje vremenska je mjera

veličine disperzije mase boje koja se dogaña tijekom trasiranja. Drugim riječima, ona

ukazuje na to koliko se oblak boje raširio u vremenu proteklom izmeñu injektiranja

boje i uzimanja uzorka. Relacija izmeñu vremena putovanja i disperzije može se

izraziti jednadžbom:

50

11

1

2

,

n

iii

n

iiiii

t

QtC

QtC*)tt(

−−−−

====

∑∑∑∑

∑∑∑∑

====

====

∆∆∆∆

∆∆∆∆σσσσ (47)

pri čemu je:

σt = standardna devijacija vremena putovanja mase boje, u satima.

Ostali članovi su isti kao u prethodnim jednadžbama.

Standardna devijacija vremena putovanja koristi se za izradu bezdimenzionalne

krivulje pojave boje, za izračunavanje koeficijenta disperzije i analizu odnosa izmeñu

kvantitativnih značajki i istjecanja.

Kako je ona mjera ukupne veličine disperzije koja se je dogodila, σt se općenito

povećava s dužinom vremena putovanja ili povećanjem disperzije.

Koeficijent razvučenosti je mjera bočne asimetrije krivulje vrijeme-

koncentracija. Ta bezdimenzionalna statistička veličina se izračunava iz izraza:

135

∑∑∑∑

∑∑∑∑

====

====

−−−−

====n

iiiit

n

iiiii

QtCn

QtC*)tt(

1

3

1

3

∆∆∆∆σσσσ

∆∆∆∆γγγγ (48)

gdje je:

γ = koeficijent razvučenosti.

Ostali članovi su poznati iz prethodnih jednadžbi.

Simetrična krivulja ima koeficijent razvučenosti jednak nuli. Krivulje pojave boje

na slikama 4.28 i 4.29. su pozitivno razvučene. Pozitivna razvučenost ukazuje na to da

je krivulja pojave boje razvučena u desno, odnosno da koncentracija opada sporije no

što se povećavala.

Koeficijent razvučenosti je koristan za usporeñivanje krivulja pojave boje, za

interpretaciju načina disperzije oblaka boje, te za standardizaciju krivulja pojave boje.

4.6.3.4. Disperzija

Longitudinalni koeficijent disperzije je mjera veličine pri kojoj se koncentrirana

masa boje širi duž puta po kojem teče i definira se kao vremenska veličina promjene

varijance oblaka boje (Fischer, 1968). Longitudinalni znači uzdužni, ili duž toka,

disperzija znači širenje, a koeficijent disperzije je veličina širenja. Ovdje će se govoriti

samo o disperziji u jednoj dimenziji, tj. longitudinalnoj disperziji, pa će se ona u

nastavku zvati jednostavno disperzijom. Razumijevanje disperzije je važno, jer je ona

općenito izraz koji opisuje širenje mase boje, što rezultira povećanjem vremena

zadržavanja boje u podzemlju i smanjivanjem koncentracije tijekom vremena.

Za procjenu koeficijenta disperzije koriste se dvije metode. Obje se temelje na

jednadžbi koju je dao Fischer (1968), a koja vrijedi uz pretpostavke konstantne brzine

i ujednačenih značajki toka izmeñu točke injektiranja boje i mjesta uzimanja uzoraka.

Prva i općenitija jednadžba ima oblik:

*t*uD t

22

1 23600 σσσσ

==== (49)

gdje je:

D1 = prvi koeficijent disperzije, u (ft2/s).

136

Ostale oznake definirane su kod prethodnih jednadžbi.

Druga jednadžba temelji se na pretpostavci da je krivulja pojave boje normalno

rasporeñena, tj. da je koeficijent razvučenosti duž toka jednak nuli. U tom slučaju

vrijedi izraz:

peak

ApeaktD

,c

24

5588

ΠΠΠΠ==== (50)

gdje je:

Cpeak = vršna koncentracija na normaliziranoj krivulji pojave boje u

(mg/l)/kg;

588.5 = faktor pretvaranja mjernih jedinica;

A = efektivna površina presjeka toka u kvadratnim stopama (ft2), a

dobiva se dijeljenjem količine istjecanja (protoke) sa srednjom brzinom;

D2 = drugi koeficijent disperzije, u ft2/s

Iz gornje jednadžbe dobivena je jednadžba za izračunavanje drugog koeficijenta

disperzije koji se može izračunati kao:

D2 = 2)(4

400.346

ACt peakpeakΠ (51)

gdje je:

346,400 = faktor pretvaranja mjernih jedinica.

Veličina koeficijenta disperzije ovisi o brzini tečenja i o značajkama tekućeg

medija, odnosno turbulenciji i jednostavnoj hidrodinamičkoj disperziji, tako da

izračunata vrijednost koeficijenta disperzije odražava kombinaciju oba procesa. U

slučaju da se dogaña samo jednostavna disperzija, boja će se širiti molekularnom

difuzijom, pa će koncentracija unutar oblaka boje biti normalno rasporeñena u

prostoru. Ako je to tako, krivulja pojave boje ili krivulja vrijeme - koncentracija će za

slučaj jednostavne disperzije biti blago pozitivno razvučena.

Blaga razvučenost krivulje rezultat je transformacije oblaka boje koji je

normalno rasporeñen longitudinalno u svakom trenutku unutar vremena uzimanja

uzoraka na točno odreñenom mjestu. To je meñutim relativno mali utjecaj. U

stvarnosti je razvučenost krivulje pojave boje mnogo veća nego što bi se to moglo

137

očekivati zbog te transformacije. Veći dio razvučenosti, ili podužne recesije krivulje

pojave boje, ne može se pripisati jednostavnoj disperziji, već je pretežno rezultat

nejednakih dužina toka i brzina tečenja duž toka, ili drugim riječima turbulencije.

Ako je krivulja pojave boje normalno rasporeñena, vrijednosti D1 i D2 biti će

jednake. U stvarnosti više različitih faktora rezultira različitim vrijednostima D1 i D2

izračunatim na temelju iste krivulje. Pretpostavka nulte vrijednosti koeficijenta

razvučenosti, koja je nužna za izračunavanje D2, obično nije ispunjena. Veličine u i A

nisu konstantne već prije odgovaraju prividnim prosječnim vrijednostima.

Izračunata vrijednost koeficijenta disperzije izražava kombinirano, zajedničko

djelovanje jednostavne disperzije i turbulencije. Turbulencija ne uzrokuje samo

razvučenost krivulje, već povećava izračunatu vrijednost standardne devijacije

vremena putovanja, što opet povećava vrijednost D1.

Ako intervali izmeñu uzimanja uzoraka nisu omogućili precizno odreñivanje

vršne koncentracije i vremena kada se je ona pojavila, to će imati utjecaja na veličinu

D2.

Loše odabrani intervali uzorkovanja imati će utjecaja i na izračunavanje

vrijednosti drugih kvantitativnih značajki na temelju kojih se odreñuju koeficijenti

disperzije. Dakle, teško je unaprijed reći koja je vrijednost (D1 ili D2) točnija. I jedna i

druga su relativne veličine, pa je potrebna opreznost pri korištenju njihovih numeričkih

vrijednosti za neke daljnje izračune. No, pri usporeñivanju krivulja pojave boje

korištenje jednog ili drugog koeficijenta omogućuje procjenu veličine širenja oblaka

boje duž toka.

4.6.4. Sumarni pregled kvantitativnih značajki tečenja podzemne vode u krškim vodonosnicima

U tablici 4.4 dan je pregled glavnih kvantitativnih značajki tečenja podzemnih

voda u krškim terenima. Grafičkim prikazom (crtanjem) izmjerenih podataka treba

izraditi krivulju pojave boje ili, kako se često naziva, krivulju vrijeme - koncentracija

za svako pojedino trasiranje. Sumiranjem površina ispod krivulje dobiva se ukupna

masa boje koja se pojavila na opažačkom mjestu, a zatim se izračunava njezin

postotak u odnosu na masu injektirane boje. Koncentracije se korigiraju s obzirom na

138

temeljnu koncentraciju i postotak boje koja se pojavila. Koncentracije se zatim

normaliziraju dijeljenjem njihove vrijednosti s masom injektirane boje.

Opterećenja se mogu normalizirati množenjem vrijednosti normalizirane

koncentracije s količinom istjecanja.

Statistički opis podataka o pojavi boje temelji se na podacima o momentima

masene težine. Srednje vrijeme putovanja najbolja je procjena vremena putovanja.

Standardna devijacija vremena putovanja mjera je veličine disperzije koja se

odvija tijekom trasiranja.

Koeficijent razvučenosti mjera je asimetričnosti krivulje i ukazuje na vremensku

odgodu prolaza oblaka boje.

Disperzija označava postepeno širenje boje od koncentriranog “mlaza” kojim je

injektirana u vodonosni sustav do oblaka boje. Prouzročena je jednostavnom

molekularnom difuzijom, koja je još poznata kao hidrodinamička disperzija i

turbulencijom mase vode (“vodenog tijela”).

Koeficijent disperzije je procijenjena veličina koja izražava širenje oblaka boje.

Primjena tog koeficijenta na tečenje podzemne vode u kršu je ograničena samo na

stvaranje predodžbe o širenju boje na temelju usporeñivanja rezultata više trasiranja

provedenih u različitim hidrološkim uvjetima.

139

Tablica 4.4. Sumarni pregled termina korištenih za definiranje kvantitativnih značajki

Značajka Metoda

odreñivanja

Definicija ili najčešće korištenje

Krivulja pojave boje Crta se na

temelju mjerenja

Mjerena koncentracija je funkcija vremena. Temelj

za sve daljnje izračune

Vrijeme do pojave

boje

Mjeri se, kao na

slici 4.27

Usporeñivanje krivulja, sinteze standardiziranih

krivulja

Masa boje koja se

pojavila

Jednadžba 41 Izračunavanja postotka povratka, korekcija za

gubitak boje

Korigirana

koncentracija boje

Jednadžba 42 Korekcija za temeljnu koncentraciju i gubitak boje

Normalizirana

koncentracija

Jednadžba 43 Korekcija za jediničnu masu injektiranja. Analize i

prognoze

Normalizirano

opterećenje bojom

Jednadžba 44 Kompenzacija za razrjeñenje istjecanjem za

usporedbu s ponovnim trasiranjem

Vrijeme putovanja ------- Vrijeme potrebno za prolazak oblaka boje.

Srednja brzina

tečenja

Jednadžba 46 Izračunavanje koeficijenta disperzije. Analize i

prognoze

Standardna

devijacija vremena

putovanja

Jednadžba 47 Iznos širenja oblaka boje. Analize i prognoze

Koeficijent

razvučenosti

Jednadžba 48 Asimetričnost krivulje pojave boje. Sinteze

standardiziranih krivulja

Disperzija -------- Opći termin za postupno širenje oblaka boje.

Strogo govoreći longitudinalna disperzija

Koeficijent

disperzije

Jednadžbe 49,

51

Veličina disperzije. Konceptualne analize

140

4.6.5. Primjer izračunavanja kvantitativnih značajki krškog podzemnog toka

Za primjer izračunavanja kvantitativnih značajki krškog podzemnog toka

korišteni su podaci dobiveni trasiranjem bojanjem koje je provedeno 30. svibnja 1985.

godine u području Dyers Springa blizu Elizabethtown-a, Kentucky (Mull i dr., 1988).

Koncentracije boje su odreñene u 26 uzoraka. Pravocrtna udaljenost izmeñu točke

injektiranja boje i mjesta uzimanja uzoraka iznosila je 3000 stopa (oko 900 m).

Hidrometrijskim krilom izmjerena je količina istjecanja na izvoru od 1,14 ft3/s i bila je

konstantna tijekom perioda trasiranja. U podzemlje je injektirano 15 ml 20%-tnog

rhodamina WT. Korištenjem jednadžbe 38 izračunata je masa injektirane boje:

Masa = volumen x gustoća x čistoća

Min = (15 cm3) (1.19 g/cm3) (0.20) = 3.57 g.

Temeljna koncentracija (C0) iznosila je 0,01 µg/l, a vrijeme injektiranja t bilo je

10 sati i 15 minuta 30. svibnja 1985. Izmjereni podaci vrijeme - koncentracija

prikazani su na slici 4.29a.

141

Slika 4.29. Odreñivanje odabranih kvantitativnih značajki za trasiranje kod Dyers

Springa provedenog 30.05.1985. godine:

A – izmjereni podaci prije bilo kakve obrade (“sirovi” podaci);

B- Normalizirana koncentracija boje ovisno o vremenu proteklom od injektiranja;

C- Normalizirane vrijednosti pojave boje ovisno o proteklom vremenu od injektiranja.

Podaci su procesuirani korištenjem računalnog programa DYE, koji je opisan u

posebnom poglavlju, a rezultati su dani u tablici 4.5.

142

Tablica 4.5. Mjereni i izračunati podaci trasiranja kod Dyers Springa, 30. svibnja 1985.

Ukratko, postupak koji je korišten za izračunavanje kvantitativnih značajki je

slijedeći:

Za izračun kvantitativnih značajki korišteno je 25 intervala koji su dobiveni

izračunavanjem srednjih vrijednosti koncentracija boje susjednih od 26 uzastopno

uzetih uzoraka vode. Primjerice, za peti interval, znači vrijeme izmeñu uzimanja petog

i šestog uzorka, izračunata je srednja vrijednost izmeñu 1,32 µg/l (koncentracija

izmjerena u petom uzorku) i 2,05 µg/l (koncentracija izmjerena u šestom uzorku) što

143

iznosi 1,67 µg/l ili 1,67 x 10-3 mg/l. Za trajanje od 0,5 sata i srednju količinu istjecanja

od 1,14 ft3/s, masa boje koja se pojavila tijekom tog intervala izračunata je

korištenjem jednadžbe 41 i ona iznosi 9,73 x 10-5kg ili 0,0973 g. Isti postupak

proveden je za svaki od 25 intervala izmeñu dva uzimanja uzoraka.

Ukupna masa boje koja se je pojavila na izvoru tijekom trasiranja izračunata je

korištenjem jednadžbe 41 i iznosila je 2.23 x 10-3 kg, ili 2.23 g. To znači da se na

izvoru pojavilo 62,5 % od injektirane mase boje.

Normalizirana koncentracija boje i normalizirano opterećenje izračunati su za

svako opažanje korištenjem jednadžbi 43 i 44. Treba napomenuti da količine izražene

u µg/l/g odgovaraju onima izraženim u mg/l/kg. Tako se, zbog praktičnosti, u

jednadžbi 43 mogu koristiti vrijednosti izražene u µg ili g, a rezultat će biti izražen u

mg/l/kg. Primjerice, za šesti uzorak iz tablice 6 izlazi: C = (2.05 - 0.01) 1/2.23 =

0,914 mg/l/kg i L = 28.32 (0.914) (1.14) = 29.5 mg/s/kg.

Grafički prikaz normalizirane koncentracije i opterećenja ovisno o vremenu

prikazan je na slikama 4.31 B i 4.31 C.

Srednje vrijeme putovanja, standardna devijacija vremena putovanja i

razvučenost krivulje izračunati su iz jednadžbi 45, 47 i 48. Te jednadžbe temelje se na

statističkoj definiciji prosjeka, standardne devijacije i koeficijenta razvučenosti. U

jednadžbi 45 vrijeme označeno s t korišteno je da bi se dobio prvi trenutak oko

ishodišta ili, drugim riječima, srednja vrijednost. U jednadžbama 45 i 46 uznaka (ti-t)n

odnosi se na n-ti središnji moment podataka. Oznaka C∆tQ korištena je da bi se

odredilo vrijeme uz odgovarajuću masu boje za odreñeni interval.

Iz tablice 4.5 se može vidjeti da je u navedenom primjeru srednje vrijeme

putovanja iznosilo 17,15 sati. Treba napomenuti da je to nešto duže od perioda od

pojave vršne koncentracije koja se je dogodila nakon 14,5 sati i iznosila je 1,88

mg/l/kg.

Koeficijent razvučenosti od 2,0 izražava asimetričnost krivulje prikazane na slici

4.27. Izračunata vrijednost ukazuje na odreñenu tromost prolaska boje do vraćanja

koncentracije na temeljnu vrijednost.

144

Srednja brzina tečenja izračunata je s obzirom na prividni put dužine 3000

stopa (približno 900 m) korištenjem jednadžbe 46 i iznosi 0,049 ft/s (1,47 cm/s) ili

176 ft/h (52,8 m/sat)

Izračun s dvije procjene vrijednosti koeficijenta disperzije načinjen je pomoću

jednadžbi 49, 50 i 51 i gore navedenih ulaznih vrijednosti. U konkretnom primjeru to

iznosi:

D1 = *

*2

3600 22

tu tσ

D1 = sft /74,415,17

37,4)049,0(

2

3600 22

2 =

A= 5,23049,0

14,1 = ft2

D2 = 2)(4

400.346

ACt peakpeakΠ

D2 = sftxx

/98,0)5,2388,1(45,14

346400 22

=Π

Različite vrijednosti D1 i D2, uz pretpostavku da je uzimanje uzoraka bilo

ispravno, prvenstveno su rezultat rastegnutosti, odnosno asimetričnosti krivulje pojave

boje, koja je pak posljedica turbulentnog toka. Vrijednost D2 primarno ovisi o vršnoj

koncentraciji traserske boje, a vrijednost D1 o standardnoj devijaciji na čiju veličinu

utječe asimetričnost krivulje. Zbog toga vrijednost D2 bolje predstavlja situaciju ako je

pri formiranju oblaka boje bila značajnija molekularna difuzija, a D1 ako je bio

dominantan utjecaj turbulencije. Još jednom treba naglasiti da niti jedan izračun

koeficijenta disperzije nije točan niti je jedna od dobivenih vrijednosti nužno ispravnija,

pa ih treba koristiti s rezervom i to prvenstveno pri usporedbi rezultata dva ili više

trasiranja.

145

4.7. Speleološka istraživanja

Speleološko istraživanje podrazumijeva pronalaženje i lociranje speleoloških

objekata (špilja i jama), fizičko prolaženje kroz njihove kanale, dvorane i vertikale,

mjerenje njihovih dimenzija, kartiranje i izrada nacrta (slika 4.30), fotografiranje i

snimanje, te obradu svih prikupljenih podataka. Riječ speleologija dolazi od starogrčke

riječi spelaion koja označava prirodnu podzemnu šupljinu. Primarni cilj speleološkog

istraživanja je izrada topografskog nacrta pronañenih i proñenih dijelova špilje ili jame

na temelju mjerenja dimenzija i pružanja špiljskih kanala, te dokumentacija opaženih

geoloških, morfoloških i hidroloških tj.hidrogeoloških i drugih svojstava. Ponekad se

unutar speleoloških objekata rade biološka, arheološka ili paleontološka opažanja i

iskapanja.

a)

b)

Slika 4.30. Tlocrt i presjek špilje Stari Gojak (a) i Poljakov prolaz - spoj ðulinog

ponora i Medvedice (b)

Složenost špilja i jama zahtijeva posebne speleološke tehnike i obučenost

timova speleologa. Stručno i znanstveno istraživanje u speleologiji obuhvaća

146

proučavanje procesa okršavanja (nastanka špilja i jama), podzemne hidrologije tj.

hidrogeologije krša, te bogate špiljske faune.

Neposredna istraživanja podzemnih šupljina – jama, špilja i kaverni - može dati

vrlo vrijedne podatke o značajkama krškog podzemlja, pa i krških vodonosnika.

Doprinos speleoloških istraživanja znanju o krškom podzemlju dobro ilustriraju

speleološka istraživanja ðulinog ponora u Ogulinu.

ðulin ponor i špilja Medvedica su povezani u jedan podzemni špiljski sustav s

ukupnom horizontalnom duljinom kanala 16 396 m i čine najduži otkriveni špiljski

sustav u Hrvatskoj (slika 2.18). Ulazni dijelovi ovog sustava (ðula, Medvedica, Badanj)

poznati su još od davnina. Prva istraživanja izveli su Josip Poljak (1926.) i Mirko Malez

(1956-1957.). Detaljna istraživanja ovog špiljskog sustava organizirao je Marijan

Čepelak i Speleološki odsjek PDS Velebit (Zagreb) od 1984. do 1987. godine.

Istraživanjima je utvrñeno da visinska razlika izmeñu najviše i najniže točke

iznosi 83.5 m. Prosječna temperatura u špiljskom sustavu ðula-Medvedica je 9 oC.

Špiljski sustav je podijeljen u 3 glavna dijela. Prvi dio čini labirint kanala izmeñu

ðulinog ponora i ulaznih dijelova špilje Medvedice. Ulaz u Medvedicu je 310 m daleko

od ulaza u ðulin ponor. Tijekom perioda niskog vodostaja, ovo je suhi dio špilje. Ovaj

dio špiljskog sustava je neka vrsta filtera rijeke Dobre i glavni uzrok poplava. U

drugom dijelu nazvanom Velika pletenica nalazi se glavni kanal u smjeru sjevera. To je

najizduženiji dio špilje s nekoliko vodopada i jezera. Treći dio špiljskog sustava čini

nekoliko velikih kanala koji čine jaki vodeni tok u smjeru JZ-SI.

Budući da se radi o aktivnom objektu s vodenim tokovima, špiljski ukrasi nisu

mnogobrojni. Dosta su česti erozivni oblici poput vrtložnih formi. Nivo vode se često

vrlo brzo diže kao posljedica jakih kiša ili topljenja snijega. Dok je voda visoka (kada

se ispušta voda iz hidroelektrane Gojak), veći dio špilje je potpuno potopljen vodom.

Najistočniji dio špilje završava sifonom, te ukazuje na to da dio vodenih tokova

podzemne rijeke Dobre teče prema izvoru Bistrac. Glavni smjer kanala i vodenih

tokova u špilji Medvedici je u pravcu sjevera, u istom smjeru kao i Gojačka Dobra.

147

Najjači vodeni tok u trećem dijelu špilje dolazi iz smjera ponora površinske Dobre u

Okruglici i Hreljinu.

Na žalost, špiljski sustav ðula-Medvedica je primjer zagañenog podzemnog

sustava. Glavni uzrok zagañenja je sam grad Ogulin ispod kojeg se ovaj sustav nalazi,

s bačenim otpadom, otpadnim vodama, te zagañenjem koje donosi rijeka Dobra. Veća

ili manja razina zagañenja može se primijetiti u većini špiljskih kanala. Ulazni dio

ðulinog ponora, te posebno Medvedice su najzagañeniji dijelovi. Špilja je onečišćena

otpadnim vodama s površine i materijalima iz rijeke Dobre tijekom visokog vodostaja

(kada je brana otvorena). Postoji više vrsta otpada: umjetni kruti otpad (metal, staklo,

guma i plastični materijali), biološki otpad (drveni balvani i granje, mrtvi organizmi,

mikroflora i mikrofauna u onečišćenoj vodi), kemijski otpad (ulje, deterñenti i druge

kemikalije). Posljedice takvog zagañenja su sljedeće: ponor se začepi i uzrokuje

poplave, podzemlje je mehanički i bakteriološki kontaminirano.

148

4.8. Hidrološka mjerenja

Hidrološkim mjerenjima kroz odreñeno vremensko razdoblje i za odreñeni krški

sliv (krški vodonosnik) treba prikupiti podatke o ulaznim i izlaznim količinama vode

(bilanca). To su podaci o oborinama, infiltraciji, isparavanju i istjecanju.

Pod bilancom podzemnih voda općenito se smatra proučavanje ulaza, izlaza i

zadržavanje podzemne vode u odreñenom području i odreñenom vremenu.

Općenita jednadžba vodne bilance glasi:

U – I =± ∆W (52)

gdje je:

U – ulaz vode u neko područje;

I – izlaz vode iz nekog područja;

∆W – promjena mase (volumena) vode.

Dva su temeljna načina bilanciranja podzemnih voda u kršu:

1. na temelju odnosa ulaznih i izlaznih količina vode;

2. na temelju retardacijskog dijela hidrograma istjecanja vode na izlazu.

Bilanciranje podzemnih voda na temelju podataka o ulazu i izlazu zahtijeva

obimne i detaljne istraživačke radove. U praksi je ova metoda primjerenija nekrškim

područjima gdje je i prikupljanje podataka mnogo lakše. To ne znači da za krš ovaj

pristup nije uporabljiv i da ne može dati korisne podatke. No, koji su sve podaci

potrebni može se vidjeti iz detaljnog oblika opće vodne bilance koja glasi:

(((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]] (((( )))) (((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]] WNNSSEERDDKP ∆∆∆∆±±±±====++++++++++++++++++++−−−−++++++++++++++++ ∑∑∑∑∑∑∑∑ 21212121 (53)

ulaz - izlaz

gdje je:

P - količina oborina;

K - količina kondenzirane vlage;

D1 - površinski dotok vode;

D2 – podzemni dotok vode;

149

R – umjetni dovod vode (vodovodi, kanali) iz drugih slivova;

E1 – evaporacja s otvorenih vodenih površina;

E2 - isparavanje snijega i leda, isparavanje s površine tla i transpiracija;

S1 – površinsko otjecanje;

S2 – podzemno otjecanje;

N1 – umjetni odvod vode u druge slivove (vodovodi, kanali)

N2 – potrošnja vode unutar sliva

∆W – promjena mase (volumena) vode u odreñenom vremenu.

Pojedine članove iz gornje jednadžbe moguće je dobiti terenskim istraživanjima

(mjerenjima) i odgovarajućom interpretacijom prikupljenih podataka. Samo se

pažljivom i temeljitom analizom može odlučiti koji se članovi mogu zanemariti, koji

procijeniti, a koji posredno utvrditi.

Bilance mogu biti višegodišnje, jednogodišnje ili za periode kraće od jedne

godine. Ukoliko to podaci omogućuju, korisno je raditi bilance za sva tri vremenska

razdoblja, jer se na taj način mogu neki članovi bilance koji se utvrñuju posredno

točnije odrediti.

Kod bilance za višegodišnji period ∆W teži nuli, pa se ovim bilanciranjem može

doći do podatka o prosječnom podzemnom dotjecanju u sliv, što je gotovo nemoguće

utvrditi neposrednim mjerenjima.

Jednogodišnjom bilancom moguće je odrediti retardaciju u krškim slivovima.

Ukoliko se radi bilanca za kraći period od jedne godine, njome se mora

obuhvatiti barem jedan hidrološki ciklus. To znači da se moraju prikupiti i analizirati

podaci za razdoblje početnih malih voda (sušno razdoblje), velikih voda (kišno

razdoblje) i završnih malih voda (pražnjenje vodonosnika sve do stanja koje odgovara

stanju na početku mjerenja).

Pri donošenju zaljučaka na temelju rezultata bilance ulaza i izlaza treba biti

oprezan, jer oni mogu često zavesti. Primjerice, ukoliko se radi bilanca u vremenu

kojem je prethodio niz kišnih godina, ili ako je prethodila i samo jedna izrazito

hidrološki vlažna godina ∆W će biti veći od nule, što može navesti na zaključak o

nerealno velikom podzemnom dotoku. Ako se pak bilanca radi nakon dužeg sušnog

150

razdoblja ∆W će biti manji od nule, što može dovesti do zaključka da nisu dobro

definirane granice sliva ili da postoje izlazi koji nisu obuhvaćeni mjerenjima.

Zbog toga se u pravilu pri bilanci voda u kršu bolje koristiti analizom istjecajnog

hidrograma.

4.8.1. Oborine

Oborina je tekući ili čvrsti proizvod kondenzacije vodene pare koji pada iz oblaka

ili se iz zraka taloži na tlo. Oborine su svi oblici kondenzirane ili sublimirane vodene

pare koji nastaju iz oblaka ili se neposredno iz zraka talože na tlu.

Količina oborina odreñuje se za odreñeno vrijeme i za odreñeni sliv. Minimalni

ciklus za koji se odreñuje količina oborina trebao bi biti male vode - velike vode - male

vode (hidrološka godina). Mjernim točkama najbolje je pokriti površine s izraženim

neposrednim poniranjem i površine s prevladavajućim površinskim otjecanjem (ako

postoje). Ukoliko je to moguće, dobro je mjeriti količine oborina posebno na

pošumljenim i posebno na nepošumljenim dijelovima sliva, posebno na pokrivenom i

posebno na nepokrivenom kršu i sl. Za to je potrebno načiniti detaljnu geomorfološku i

hidrogeološku raščlambu istraživanog terena i postaviti veći broj kišomjernih postaja ili

koristiti suvremene radarske metode praćenja oborina. Za mjerenje količine oborina

koriste se kišomjer, ombrogaf (slika 4.31a, b, c) i, u novije vrijeme, radar.

Totalizator je ureñaj koji se postavlja na teško pristupačnim terenima. To je

posuda velike zapremine u koju može stati količina oborina koja se nakupi kroz 6

mjeseci. Opskrbljena je sredstvom protiv smrzavanja i uljem za stvaranje uljnog filma

na površini nakupljene vode kojim se spječava isparavanje. Očitavanje se obavlja u

razmaku od 3 do 6 mjeseci.

Kišomjer (ombrometar) je valjkasta posuda obično površine otvora 200 cm2

koja se postavlja na odreñenu visinu iznad tla, a nakupljena količina oborinske vode

očitava se jednom ili više puta dnevno.

Ombrograf je instrument sličan ombrometru, a dopunjen je satnim

mehanizmom i pisačem za kontinuirano bilježenje nakupljene količine oborinske vode

na papirnu traku.

151

(a) (b)

(c) (d)

Slika 4.31. Klasični instrumenti za mjerenje količine oborina : (a) totalizator,

(b) kišomjer, (c) ombrograf, (d) bežični kišomjer

No ovi „klasični“ instrumenti za mjerenje količine oborina sve se češće

zamjenjuju modernijim ureñajima. Takvi su primjerice bežični kišomjeri (slika 4.31d)

koji omogućuju lako očitavanje sljedećih podataka: vrijeme; količinu oborina od

zadnjeg poništavanja; količinu oborina u zadnjih sat vremena; količinu oborina unutar

zadnja 24 sata; grafički prikaz oborina u posljednjih 7 dana, tjedana ili mjeseci.

Sve se češće koriste i radari (slika 4.32a) kojima se može istovremeno

registrirati oborine unutar promatranog sliva ili još šireg područja. Meteorološki radar

odašilje valove na odreñenoj valnoj duljini koji se pri nailasku na kapljice kiše odbijaju

od njih te se vraćaju u radarski prijemnik i tako se registrira količina kiše, ali i kišni

oblaci (slika 4.32b).

152

(a) (b)

Slika 4.32. Meteorološki radar (a) i radarski snimak (b)

Izmjereni podaci obično su opterećeni pogreškama. Najčešće pogreške su

stalne, tj. posljedica su nesavršenosti ureñaja, mjesta postavljanja, utjecaja jakih

vjetrova i dr. Rjeñe su osobne pogreške kao što su netočna očitanja, nemar mjeritelja

ili čak krivotvorenje podataka, pa i na njih treba usmjeriti pozornost.

Izmjerene vrijednosti obično se izražavaju u milimetrima kroz vrijeme (mm/dan

ili mm/god).

Za inženjersku praksu od primarnog je značenja prostorna i vremenska

raspodjela oborina, a posebno jakih kiša, koje su i predmet posebnih pristupa

hidroloških obrada njihove pojave. Predmet inženjerskog izučavanja su uglavnom

vertikalne oborine. Najvažnije su kiše. One se po intenzitetu dijele na :

- slabe kiše - satni intenzitet do 2,5 mm

- umjerene kiše - satni intenzitet od 2,5 –8,0 mm/sat

- jake kiše – intenzitet preko 8,0 mm/sat.

Oborine su promjenljiva veličina i obično se prikazuju kao prosječne vrijednosti

oborina registriranih na pojedinoj kišomjernoj postaji za različite vremenske periode

(višegodišnje, godišnje, mjesečne).

Podaci o količinama oborina za glavne meteorološke postaje na krškom dijelu

Hrvatske dani su u tablici 4.6., i slici 4.33.

153

Tablica 4.6. Prosječne mjesečne i prosječna godišnja količina oborine (mm) za

razdoblja 1961 - 1990. i 1971 - 2000. i standardna devijacija (sd) (mm) iz razdoblja

1971 - 2000.

POSTAJA I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII GOD

61-90 131.9 126.7 135.8 148.2 141.1 160.7 121.3 141.9 169.5 196.3 220.2 155.8 1849.3

71-00 119.5 113.5 129.1 141.1 138.5 158.3 118.9 134.2 180.8 230.9 213.5 162.7 1840.9 PARG

sd 74.8 66.6 65.6 49.1 64.3 59.4 59.0 56.8 106.1 145.0 127.1 91.5 185.9

61-90 105.8 109.8 122.3 137.6 124.7 129.3 118.8 135.5 138.6 139.0 174.5 141.3 1577.2

71-00 95.5 101.0 109.1 126.9 117.3 133.7 111.7 115.4 143.1 159.6 168.7 142.8 1524.8 OGULIN

sd 52.3 55.6 41.7 56.5 70.5 58.2 58.5 66.5 69.0 95.4 79.2 82.7 245.1

61-90 91.1 79.6 86.6 93.0 89.5 99.0 72.4 109.2 110.2 112.5 134.0 90.4 1167.4

71-00 74.7 66.9 78.8 91.7 79.1 92.7 65.0 94.9 102.8 123.5 123.7 92.6 1086.4 PAZIN

sd 57.4 44.9 47.8 40.7 44.4 35.8 37.7 54.4 59.4 87.1 77.7 58.8 181.6

61-90 77.0 67.0 60.5 67.8 59.9 58.3 41.6 78.6 77.9 74.4 105.0 79.4 847.4

71-00 70.2 59.1 58.0 64.5 57.1 62.0 38.6 67.0 78.3 94.6 102.5 74.0 825.8 PULA

sd 52.0 44.0 35.9 28.9 35.0 38.4 29.3 42.8 57.8 90.5 57.7 44.2 171.1

61-90 136.5 118.7 123.6 117.6 106.7 116.2 80.9 113.4 166.2 167.3 174.9 139.6 1561.4

71-00 128.7 104.1 113.0 113.8 103.3 119.9 70.1 101.5 156.5 203.9 181.9 155.6 1552.4 RIJEKA

sd 101.5 63.9 71.4 51.5 62.5 54.5 33.0 66.3 98.7 117.8 104.9 94.5 255.9

61-90 84.9 83.8 88.6 99.0 100.8 89.2 68.1 106.9 118.6 129.4 171.9 112.9 1254.1

71-00 68.5 76.0 82.3 94.9 94.9 97.8 56.7 84.4 143.2 145.5 166.6 120.0 1230.8 SENJ

sd 48.3 45.7 46.3 37.8 67.9 47.9 32.0 52.0 89.2 114.3 89.8 83.3 226.3

61-90 76.9 71.6 74.2 59.6 60.8 51.9 34.9 63.1 97.8 111.9 118.5 94.2 915.5

71-00 72.6 62.5 63.5 70.0 64.7 54.4 30.4 49.6 104.0 106.7 105.6 95.2 879.2 ZADAR

sd 41.3 42.1 40.1 29.8 43.1 32.3 27.3 35.7 80.2 75.8 51.4 65.4 152.3

61-90 87.3 81.2 84.6 87.1 89.3 88.3 45.7 73.6 98.5 108.2 122.2 107.8 1073.8

71-00 75.9 69.8 74.7 92.0 90.5 81.1 43.7 61.0 108.1 114.3 112.3 101.7 1025.1 KNIN

sd 48.6 46.8 40.6 33.9 45.9 41.3 33.7 30.9 69.6 73.6 61.4 70.0 160.0

61-90 76.8 67.5 68.4 62.1 50.1 53.6 29.6 52.3 70.2 89.7 106.5 81.3 808.1

71-00 65.7 58.3 63.2 67.6 53.1 53.1 28.0 44.3 78.3 86.0 95.5 77.6 770.5 ŠIBENIK

sd 45.4 47.2 36.1 27.6 32.7 30.7 21.3 38.4 57.2 57.5 50.8 49.7 166.2

61-90 82.8 68.5 75.3 65.5 56.6 50.9 28.3 50.2 60.6 78.7 108.4 99.6 825.3

71-00 73.7 61.2 63.4 61.9 61.6 47.3 25.5 44.8 68.9 82.1 101.7 90.8 782.8 SPLIT MARJAN

sd 48.2 41.1 43.4 27.0 43.3 32.0 26.7 45.4 49.8 50.6 55.1 59.3 159.0

61-90 79.5 64.4 71.3 52.9 41.3 38.7 24.8 42.3 59.4 81.1 83.9 90.8 730.4

71-00 68.4 55.7 62.7 54.1 46.7 34.4 26.4 45.2 63.7 79.3 94.0 83.2 713.7 HVAR

sd 54.2 44.4 51.6 29.0 37.9 24.6 34.4 43.2 44.7 49.4 57.5 56.4 163.5

61-90 129.9 117.3 108.1 91.8 65.9 61.1 35.7 78.7 92.7 131.8 151.3 135.5 1199.8

71-00 98.3 97.9 93.1 91.4 70.1 44.0 28.3 72.5 86.1 120.1 142.3 119.8 1064.0 DUBROVNIK

sd 67.0 72.7 57.3 45.7 53.3 41.5 31.1 59.2 60.3 72.8 74.1 58.2 226.4

154

PARG (G2)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

OGULIN (G1)

0

40

80

120

160

200

240

280

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

PAZIN (J1)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

GOSPIĆ (G2)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesecob

orin

a (m

m)

PULA (J1)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

RIJEKA (J1)

0

40

80

120

160

200

240

280

320

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

ZADAR (J2)

0

40

80

120

160

200

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

KNIN (J2)

0

40

80

120

160

200

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

SPLIT MARJAN (J3)

0

40

80

120

160

200

240

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

DUBROVNIK (J3)

0

40

80

120

160

200

240

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

mjesec

obor

ina

(mm

)

sr (1971-2000)2003

Slika 4.33.Godišnji hod prosječnihh mjesečnih količina oborine i odstupanja od

srednjaka na odabranim postajama u poljoprivrednim regijama Hrvatske za razdoblje

1971 - 2000. i za 2003. godinu.

155

Za izračun višegodišnjih prosječnih visina oborina palih na sliv koristi se više

postupaka. To su:

(a) postupak aritmetičkih sredina;

(b) Thiessenov postupak;

(c) postupak izohijeta;

(d) hipsometrijska metoda;

(e) metoda oborinskih površina.

(a) Postupak aritmetičke sredine se može koristiti kao postupak za pouzdanu

ocjenu prosječne visine, odnosno ukupnog volumena oborine u slivu samo pod

sljedećim uvjetima: (1) slivna površina je prekrivena gustom mrežom kišomjernih

postaja koje su uniformno rasporeñene u prostoru i (2) slivna površina je ravna, bez

prevelikih promjena u konfiguraciji terena uslijed čega se može pretpostaviti da su

varijacije oborina po prostoru minimalne.

Srednja količina oborina izračunava se iz izraza

n

P

P

n

ii

sr

∑∑∑∑======== 1 (54)

pri čemu je:

Pi – srednja količina oborina za pojedinu kišomjernu stanicu

n – broj kišomjernih stanica.

(b) Thiessenov postupak uveo je američki inženjer A.H.Thiessen još 1911.

godine. On je predložio da se izmjerene oborine na svakoj kišomjernoj postaji prvo

„otežaju“ težinskim koeficijentima ai/A, a zatim zbroje. Pri tome je ai površina koja

pripada pojedinoj kišomjernoj stanici, a A ukupna površina sliva.

Površine ai odreñuju se na sljedeći način:

- na karti pogodnog mjerila ucrtaju se granice analiziranog sliva i nanesu

točke u kojima se mjere oborine;

- susjedne točke, koje označavaju kišomjerne stanice se spoje;

156

- konstruiraju se simetrale spojnica izmeñu pojedinih točaka tako da se

dobije mreža zatvorenih poligona - po jedan poligon oko kišomjerne

postaje (slika 4.34).

Slika 4.34. Sliv s kišomjernim postajama i njima pripadajućim površinama

definiranima Thiessen-ovim poligonima

Površine-ai ovako definiranih poligona koriste se zatim za odreñivanje težinskih

koeficijenata za svaku postaju prema izrazu:

A

aii =ω (55)

gdje je:

i - redni broj kišomjerne postaje;

A - ukupna površina sliva;

ai - površina Thiessen-ovog poligona za i-tu postaju;

ωi - Thiessen-ov težinski koeficijent za i--tu postaju.

Prosječna se visina oborina za sliv zatim odreñuje:

157

∑∑∑∑∑∑∑∑========

========n

i

iii

n

iisr A

PaPP

11

ωωωω (56)

gdje je:

Psr - prosječna visina oborina u slivu;

Pi- prosječna visina oborina izmjerena na i-toj postaji;

n - ukupan broj kišomjernih postaja.

(c) Metoda izohijeta smatra se jednom od najtočnijih, unatoč činjenici što je

subjektivna i ovisi o vještini obrañivača podataka, njegovom iskustvu i poznavanju

značajki režima oborina područja u kojem se nalazi analizirani sliv. Kada se

konstruiraju izohijete za analizirani sliv (slika 4.35), prosječna se visina oborina

odreñuje prema izrazu:

∑∑∑∑====

====n

i

iisr A

PaP

1

(57)

gdje je:

Psr - prosječna visina oborina u slivu;

ai - dio površine sliva ograničen dvjema susjednim izohijetama;

Pi - prosječna visina oborina koja odgovara elementarnoj na povšini ai, a

odreñuje se kao srednja vrijednost visine dvije susjedne izohijete ;

A - ukupna površina sliva;

n - ukupni broj površina αi.

158

Slika 4.35. Primjena metode izohijeta

(d) Hipsometrijska metoda posebno je namijenjena za analizu oborina u

planinskim područjima. Koristi se sljedeći postupak:

- na karti pogodnog mjerila iscrta se granica sliva i nanesu se (pored

izohipsi terena), lokacije kišomjernih postaja s rednim brojem postaje i

visinom oborina za pojedinu postaju za odreñeno trajanje (slika 4.36 a);

- za sliv se konstruira hipsometrijska krivulja A = f(z), tj. krivulja (slika

4.36 b);

- za svaku postaju se nanesu visine oborina kao funkcija nadmorske

visine i kroz nanijete točke povuče se krivulja P = f(z) (slika 4.36 c);

- na osnovu hipsometrijske krivulje i krivulje oborina dane u funkciji

nadmorske visine konstruiraju se krivulje visine oborina u funkciji

površine sliva P = f(A) (slika 4.36 d);

- odredi se površina ispod krivulje P = f(A), (šrafirana površina na 4.36

d), koja u stvari predstavlja ukupni volumen vode, PW pale na sliv u

odreñenom vremenskom razdoblju;

- prosječna (ili ekvivalentna) visina oborina P na slivu dobije se

dijeljenjem ukupnog volumena oborina Pw s površinom sliva A,

P = A

Pw (58)

159

Slika 4.36. Odreñivanje volumena i prosječne visine oborina u slivu primjenom

hipsometrijske metode

(e) Metoda oborinskih površina temelji se na istim principima kao i

hipsometrijska metoda, samo što se kod nje rabi trodimenzionalni prikaz (slika 4.37) i

odgovarajući matematički opis.

Slika 4.37. Prostorni prikaz visina oborina palih na dio sliva OABC

160

Označeni dio OABC u xy ravnini predstavlja dio površine sliva, a z os

predstavlja visinu kiše pale u odreñenom vremenskom razdoblju. Na temelju podataka

o visinama oborine na slivu, površina z=f(x,y) može se opisati matematičkom

funkcijom. Kada se definira funkcija, ukupni volumen oborina dobije se njezinim

integriranjem po cijeloj površini sliva, a prosječna (ekvivalentna) visina dijeljenjem

dobivenog volumena s površinom sliva.

Metoda se može uspješno koristiti za prostornu analizu režima oborina u slivu

bilo kojeg trajanja, a njena je primjena uvjetovana korištenjem računalnih programa.

Kada oborine dospiju na površinu krškog terena manji dio se zadrži u krškim

poljima, umjetnim akumulacijama i pošumljenim dijelovima terena odakle se isparava.

Ipak, najveći dio oborinskih voda se infiltrira izravno u krško podzemlje.

Krški vodonosnici mogu se predočiti kao otvoreni sustavi koje definiraju granice

sliva, ulazni, prolazni i izlazni tokovi i mehanizmi toka vode. U najjednostavnijem

slučaju, kada je sliv i prihranjivanje krškog vodonosnog sustava definirano isključivo

putem oborina palih izravno na njega, takvo prihranjivanje naziva se autogeno. (slika

4.38.a), za razliku kada postoje složeniji geološki odnosi i površinsko dotjecanje s

nekrških susjednih područja i dreniranje u krški vodonosnik, što se naziva alogeno

prihranjivanje (slika 4.38.b). Dok je autogeno prihranjivanje difuzno i odvija se kroz

niz pukotina duž cijele površine, alogeno prihranjivanje je označeno koncentriranim

(točkastim) poniranjem. Ova dva načina prihranjivanja rezultiraju različitim kemizmom

voda i različitim volumenom prihranjivanja po jedinici površine, sa značajnim

posljedicama za veličinu i raspodjelu razvoja kavernske propusnosti. Koncentrirano

prihranjivanje u autogenim sustavima javlja se samo gdje su dobro razvijene vrtače,

jer su vrtače odraz nejednolike prostorne vertikalne hidrauličke vodljivosti što rezultira

razvojem privilegiranih puteva ili zona procjeñivanja. No, ta količina vode je malena u

usporedbi s alogenim bazenima zbog male površine pojedine vrtače.

161

Slika 4.38. Tri vrste prihranjivanja krškog vodonosnog sustava, autogeno (a),

alogeno (b) i miješano koje je ujedno i najčešće (c). (Ford i Williams, 2007)

U alogenim sustavima voda koncentrirano ulazi u podzemlje na ponorima i to na

nekoliko osnovnih načina: a) s pokrovnih nepropusnih slojeva; b) s izdignutih i

nepropusnih nižih stratigrafskih jedinica; c) s nepropusnih stijena na rasjednom

kontaktu. (slika 4.39). Ponor ima svoj kapacitet gutanja vode i kada se on prekorači

dolazi do poplava i stvaranja površinskih tokova, te je upravo taj kapacitet ulaza

regulator volumena prihranjivanja.

Slika 4.39. Tri načina alogenog prihranjivanja (Ford i Williams, 2007)

4.8.2. Isparavanje

Isparavanje (evaporacija) se relativno teško odreñuje, a važan je čimbenik u

bilanci voda.

Na veličinu isparavanja djeluje temperatura, pomanjkanje vlažnosti, vjetar, insolacija,

atmosferski tlak i kemijski sastav vode.

Od najvećeg su značaja tri tipa isparavanja:

1. isparavanja s jezera i akumulacija;

162

2. stvarno (ukupno) isparavanje sa sliva;

3. potencijalno isparavanje sa sliva.

Iako su isparavanje s vodene površine i ukupno isparavanje sa sliva u odreñenoj

vezi s potencijalnim isparavanjem, ova se tri tipa moraju jasno razlikovati i ne smije ih

se miješati.

Isparavanje s jezera i akumulacija stvarno je isparavanje koje nastaje kao

rezultat razmjene mase i energije na kontaktu voda – zrak. Istraživanja su pokazala

da u području hrvatskog krša isparavanje sa slobodnih vodenih površina iznosi oko

15% od prosječne količine oborina.

Stvarno (ukupno) isparavanje je količina vode koja fizički ispari ili se biološki

transpirira s terena.

Potencijalno isparavanje je klimatološki pojam (koji je uveo Thornthwaite, a

proširio Penman). Definira se kao isparavanje vode koje će se dogoditi ako ni u

jednom trenutku ne postoji deficit vlage potrebne vegetaciji i ako je cijela površina tla

pokrivena vegetacijom.

Pri ocjeni stvarnog – ukupnog isparavanja smatra se da je evapotranspiracija

jednaka stvarnom isparavanju s vodene površine, zemljišta, tla, snijega, leda,

vegetacije i drugih površina, uvećanom za transpiraciju. Nije moguće mjeriti

evapotranspiraciju izravno s neke veće površine, ali se za njenu procjenu koriste

rezultati opažanja lizimetrima (slika 4.40). Ocjenjuje se uz pomoć različitih empirijskih

relacija kao npr. grafičke ovisnosti, koje je za SAD-e pripremio Langbein, i empirijske

formule koje su dali Penman, Thorntwaite i Blaney-Criddle (koje se široko koriste u

praksi).

Slika 4.40. Shematski prikaz lizimetra

163

Food and Agriculture Organization, International Commission for Irrigation and

Drainage i World Meteorological Organization 1990. godine, organizirali su

savjetovanje stručnjaka i istraživača koji su usvojili i preporučili Penman – Montheith

metodu za odreñivanje dnevne evapotranspiracije. No, i ova metoda kao i ostale koje

za vremensku osnovicu uzimaju dan ili mjesec vrlo su složene i zahtijevaju niz

podataka (temperaturu zraka, vlažnost, Sunčevo zračenje, brzinu vjetra). U praksi je i

Penman – Montheith metoda praktički neprimjenjiva zbog nedostupnosti potrebnih

parametara. Razvijene su i iskustvene formule koje koriste samo standardne

meteorološke parametre, primjerice Turcova formula za izračun stvarne godišnje

evapotranspiracije (Turc, 1953).

2

2

90L

)aP(,

aPEt

++++++++

++++==== (59)

odnosno

L= m + 25 θ + 0,05 θ3 (60)

gdje je:

Et - evapotranspiracija u odreñenom vremenskom razdoblju u mm;

P - oborine u odreñenom vremenskom razdoblju u mm;

θ - srednja temperatura zraka u 0C;

a - vlažnost zemljišta na početku razdoblja u mm;

m - koeficijent ocijenjen empirijskim putem.

Turcova formula je uspješno korištena za procjenu godišnjih vrijednosti ukupnog

isparavanja u različitim dijelovima svijeta. Žugaj (2000) napominje da Turcova

formula daje, uz korištenje godišnjih podataka, približne, ali realne rezultate.

4.8.3. Infiltracija

Infiltracija je proces pri kojemu se voda s površine terena uvodi u tlo kroz

njegovu površinu ili kroz plitke rupe (udubine) ili jame u tlu. Infiltracija može biti

uzrokovana kišom, irigacijom, tekućim odpadom odloženim na tlu, umjetnim

napajanjem podzemnih voda ili procjeñivanjem gubitaka iz vodosprema ili graba.

164

Kada promatramo infiltraciju u sklopu hidrološkoga ciklusa, tada ju povezujemo

s oborinama. Raspodjela kiše na tlu ovisi o brojnim čimbenicima (vegetacija, nagib tla,

valžnost tla, temperatura i dr.).

Infiltracija vode u krško podzemlje uglavnom se odvija poniranjem vode duž

riječnih tokova, poniranjem iz poplavljenih krških polja ili dispergiranim

procjeñivanjem oborina neposredno kroz okršenu površinu terena ili posredno kroz

slabije propusnu krovinu izgrañenu od naslaga meñuzrnske poroznosti.

Količina vode koja se infiltrira kroz ponore duž riječnog toka može se odrediti

registriranjem gubitaka vode izmeñu dva ili više mjernih profila duž riječnog korita.

U slivovima s povremeno plavljenim krškim poljima javlja se problem

registriranja količina dotjecanja i količina koje poniru u krško podzemlje. Naime, do

plavljenja krških polja dolazi zbog toga što više vode dotječe nego što ponire u

podzemlje. Prema tome vrijedi izraz:

Qd = Qp ± ∆Q (61)

pri čemu je:

Qd – ukupna količina vode koja dotječe u krško polje (m3/s);

Qp – ukupno «gutanje» ponora u poplavljenom krškom polju (m3/s)

∆Q – razlika količine vode (+ punjenje polja; - pražnjenje polja)

∆Q u suštini predstavlja promjenu volumena akumulacije (tj. poplavljenog

krškog polja) u jedinici vremena i može se izraziti kao:

∆Q =± t

V

∆∆

(62)

Shematski je takva situacija prikazana na slici 4.41.

Slika 4.41. Shema plavljenja krškog polja

165

Elementi sustava prikazanog na slici 4.41. su sljedeći:

Qul – količina vode koja utječe u polje;

Qgub – gubici na dužini toka Lx u polju zbog poniranja;

Qd – čisto dotjecanje u plavljeni dio polja;

Qg – količina vode koju „gutaju“ ponori;

P1 – površina plavljenog dijela polja

P2 – površina dijela polja koja nije plavljena.

Promjena volumena vode u akumulaciji za odreñenu fazu pražnjenja u vezi je s

promjenama vodostaja, poplavljenom površinom i vremenskim intervalom ∆t.

Do potrebnih podataka dolazi se na sljedeći način:

Qul se dobije mjerenjem protoke na mjernom profilu postavljenom na

ulazu vodotoka u polje;

Qd se može dobiti tako da se od izmjerene vrijednosti Qul oduzme

vrijednost gubitaka vode izazvana poniranjem iz toka Qgub

Qgub je pak promjenljiva veličina koja prije svega ovisi o Qul, ali i o

saturiranosti podzemlja, koja je pak vezana za prethodne oborine

odnosno za indeks prethodnih oborina It, te o konstanti M koja ovisi o

odgovarajućem mjesecu, odnosno godišnjem dobu.

S obzirom na to može se pomoću dijagrama na slici 4.44. izračunati jedinični

gubitak ∆q:

∆q = tg α =x

gub

L

xQ )( (m3/s/km) (63)

odnosno

∆q = f(Qul, It, M) (64)

Ako se u navedene izraze uvrsti dužina korita Lx, jednostavno se može

izračunati vrijednost Qgub.

∆Q se može odrediti iz odnosa površine plavljenog dijela polja i promjene

razine vode. Za to je potrebna kvalitetna topografska podloga i podaci u

vodostajima (mjerenja vodokaznom letvom ili limnigrafom).

166

Konstantntom M izražava se utjecaj godišnjeg doba na saturiranost

krškog podzemlja. Za krš dinarida ona iznosi 1 za mjesec kolovoz, 2 za

rujan, 3 za listopad i tako redom do 12 za srpanj.

Indeks prethodnih oborina It računa se na temelju količine oborina koje

su pale 30 dana prije trenutka za koji se indeks odreñuje i to iz izraza:

It = tt

t KP∑=

30

0

(65)

pri čemu je

Pt – srednja visina dnevnih oborina palih na područje sliva t dana prije dana

za koji se računa It;

Kt – redukcija oborina koja se odreñuje iz izraza

Kt = e-αt (66)

s time da je

e – baza prirodnog logaritma

α – koeficijent se dobije eksperimentalno

t – broj dana prije dana za koji se računa stanje saturiranosti.

Ako je poplavljeno cijelo polje, veličina Qg stalno se mijenja. U tim uvjetima taj

podatak se približno odreñuje u završnoj fazi pražnjenja akumulacije, pri čemu se

polazi od pretpostavke da se tada dotjecanje ne mijenja.

Odnosi izmeñu Qd (dotjecanja u plavljeni dio polja), Qg (količine vode koju

„gutaju“ ponori) i ∆Q prikazani su na slici 4.42.

167

Slika 4.42. Dijagram pomoću kojeg se može odrediti „gutanje“ ponora Qg

Jedan od takvih slučajeva je Drežničko polje. Drežničko polje pripada

hidrogeološkom sustavu sliva Mrežnice. Nizom izvora i ponora hidraulički je povezano

s hipsometrijski više položenim Jasenačkim i Krakarskim poljem, te izvorom Zagorske

Mrežnice na nižoj razini. Zbog toga se dinamika podzemne vode u Drežničkom polju

mijenja ovisno o promjeni regionalnih hidroloških uvjeta.

Osim o regionalnim hidrogeološkim uvjetima hidrogeološke značajke Drežničkog

polja uvjetovane su litološkom grañom, tektonskom oštečenošću stijenske mase i

strukturno - tektonskim odnosima u samom polju.

Stijene različitog litološkog sastava imaju i različitu hidrogeološku funkciju.

Prema tom kriteriju razlikuju se dvije skupine stijena. To su dobro propusne stijene, a

čine ih okršeni vapnenci srednjeg lijasa, dogera, donjeg malma, algalni i grebenski

vapnenci gornjeg malma, te vapnenačke naslage donje krede i slabije propusne

stijene, koje tvore pločasti vapnenci gornjeg lijasa, lemeške naslage i dolomiti na

prijelazu lemeških naslaga u grebenske vapnence.

Akumulacija podzemnih voda u Drežničkom polju rezultat je prirodne gravitacije

vode prema jezgri sinklinale, a otjecanje voda Drežničkog polja na više ponora uz

jugoistočni rub predisponirano je uzdignutom morfologijom i zonama rasjeda.

Uz zapadni rub polja nalaze se tipični krški izvori. To su na krajnjem sjevernom

dijelu Kotao i u južnoj četvrtini polja Studenac (dva izvora). Izvori, kada su aktivni;

168

tvore povremene vodotoke koji meandrirajući teku prema jugu, istoku, odnosno

jugoistoku i završavaju u jednom od ponora. Ponori Potočak i Kolovoz smješteni su u

središnjem dijelu južne polovice polja, a ponori Pražića jaruga, Zrnića ponor, Bosnića

ponor i Zečev ponor rasporeñeni su od sjevera prema jugu uz istočni rub polja.

Vodni režim Drežničkog polja ovisi o meteorološkim prilikama, a najviše o

topljenju snijega u širem području. Stoga se, prema podacima za razdoblje 7.10.2003.

- 7.10.2004. godine, najveći dotoci u područje polja dogañaju od početka druge

polovice ožujka do početka treće dekade travnja. Takoñer je registriran kratkotrajni

veći dotok i sredinom prosinca 2003. godine. U razdoblju visokih dotoka, izdašnosti

izvora premašuju kapacitete ponora, tako da najprije dolazi do punjenja krškog

podzemlja, a nakon toga i do plavljenja polja, čime se polje pretvara u jezero. Nakon

postizanja maksimalnog vodostaja početkom treće dekade travnja dolazi do postupnog

pražnjenja jezera. Na najvećem dijelu polja jezero se isprazni do početka svibnja, a

samo najniži dijelovi ostaju poplavljeni do polovice svibnja (tablica 4.7).

Tablica 4.7. Plavljenje i pražnjenje povremenog jezera u Drežničkom polju

Piezometar

Kota

terena

(m n.m.)

Broj

perioda

plavljenja

Trajanje

plavljenja

u I.

periodu

(dani)

Trajanje

plavljenja

u II.

periodu

(dani)

Trajanje

plavljenja

u III.

periodu

(dani)

Maksimalna

dubina

jezera (m)

Trajanje

pražnjenja

jezera

(dani)

PJ-2 443,79 dva 4,0 15,2 - 3,96 7,2

PJ-3 444,21 dva 4,0 14,7 - 3,54 7,2

PJ-4 443,55 dva 3,6 15,2 - 4,20 7,2

PJ-5 443,18 dva 4,8 16,0 - 4,57 7,2

PK-1 440,39 tri 2,4 8,0 24,4 7,36 14,4

PK-2 443,18 dva 4,8 16,0 - 4,57 8,0

PK-3 443,40 dva 4,0 15,2 - 4,36 7,2

PK-4 441,73 tri 6,4 18,4 4,8 6,02 8,8

PK-5 442,64 tri 5,6 17,2 1,0 5,11 8,5

Z-1 445,16 jedan 10,8 - - 2,59 5,6

Z-2 444,45 jedan 13,2 - - 3,30 6,8

Z-3 446,01 jedan 9,6 - - 1,74 4,8

Z-4 440,58 tri 6,4 8,0 23,6 7,17 14,8

Z-5 442,78 dva 6,0 19,4 - 4,97 8,5

Z-6 439,78 tri 2,4 9,6 29,0 7,97 16

169

U razdoblju mjerenja maksimalni vodostaj jezera iznosio je 447,75 m n.m., pri

čemu jezero sadrži blizu 19 milijuna m3 vode. Iz polja ne izlazi nikakav površinski

vodotok, tako da se ukupno otjecanje odvija podzemno.

U najvećem dijelu godine, kada polje nije poplavljeno, podzemlje Drežničkog

polja u većoj ili manjoj mjeri saturirano je podzemnom vodom. Razina podzemne vode

jako varira ovisno o dobu godine i dijelu polja. Najveća razlika izmeñu maksimalne i

minimalne razine podzemne vode na krajnjem jugoistočnom dijelu polja, u

predponorskoj zoni, iznosi 37,72 m, a najmanja razlika izmeñu maksimalne i

minimalne razine podzemne vode registrirana je uz istočni rub sredine polja i iznosi

9,2 m. Relativno male amplitude promjene razine podzemne vode registrirane su i u

sjevernom dijelu polja. Slične razlike u promjenama razine podzemne vode dogañaju

se u istočnom boku polja gdje na sjevernom dijelu iznose samo 3,2 m, a na južnom

čak 43,2 m. Bez obzira na razlike u amplitudama, nivogrami svih pijezometara imaju

vrlo sličnu frekvenciju i trendove što znači da stijenska masa hidraulički čini cjelinu, a

promjene razine podzemne vode imaju širi regionalni karakter.

Tečenje podzemne vode u velikoj mjeri ovisi o razinama, odnosno prostornom

rasporedu potencijala. Pri niskim razinama podzemne vode generalno prevladava

tečenje podzemne vode od sjevera prema jugu, a vrijednost hidrauličkog gradijenta

iznosi 0,015 do 0,07. Najmanji hidraulički gradijenti su u sjevernom dijelu polja, a

najveći u predponornoj zoni. Pri najvišoj razini podzemne vode, tj. trenutku koji

neposredno prethodi plavljenju polja ili slijedi nakon pražnjenja jezera tečenje

podzemne vode je vrlo malo i odvija se u različitim smjerovima, odnosno podzemna

voda najvećim dijelom miruje, a hidraulički gradijenti se kreću od 0,001 do 0,006.

Kako je podzemlje saturirano ponorna (otjecajna) zona je slabo aktivna. Za vrijeme

dok je polje poplavljeno podzemni dotoci se odvijaju iz brda u polje (smjer tečenja

istok-zapad), a hidraulički gradijenti su mali i iznose oko 0,003. Ponorna (otjecajna)

zona nije aktivna, a velika je vjerojatnost da se potopljeni ponori pretvaraju u izvore

(estavele).

Podzemno otjecanje se odvija i kroz sitno poroznu stijensku masu i kroz kanale

decimetarskih i metarskih dimenzija, a nesumnjivo prevladavaju ovi drugi putovi.

Kanali su indicirani u jugoistočnom dijelu polja «kavernama» probušenim strukturno -

pijezometarskim bušotinama smještenim uz jugoistočni rub polja. Broj «kaverni», koje

170

najvjerojatnije predstavljaju vertikalni presjek krškog kanala, varira od 1 do 11, a

visina pojedinog kanala od dvadesetak centimetara do gotovo tri metra. Dio kanala je

sigurno povezan i nastavlja se prema jugu - jugoistoku, a pružanje i raspored im

odgovara registriranim rasjedima. Najveći dio kaverni kao i razdrobljenih zona

stijenske mase nalazi se u dubinskom intervalu izmeñu 435 m n.m. i 399 m n.m. Na

temelju razlika u razinama podzemne vode gledano u vremenu i u prostoru može se

utvrditi da je podzemno otjecanje nejednoliko i nestacionarno. Uz pretpostavku

nestacionarnog tečenja u otvorenim vodonosnicima s nepropusnom podinom

izračunato je da srednja vrijednost koeficijenta hidrauličke vodljivosti za podzemlje

Drežničkog polja iznosi K=1,88 x 10-2 m/s.

Ako je krški teren prekriven naslagama s meñuzrnskom poroznosti, što je

uglavnom slučaj s krškim poljima i uvalama, krško podzemlje se dijelom napaja i

infiltracijom oborinskih voda kroz površinski pokrivač, odnosno kroz primarno porozne

naslage.

Ako su oborine maloga intenziteta tada će se ukupna količina vezati kao voda u

tlu tako dugo dok kapacitet infiltracije ne opadne ispod intenziteta oborina (slika 4.43).

Tek tada se pojavljuje površinsko otjecanje, a veličina infiltracije postupno teži

nekome iznosu koji je jednak dubokoj infiltraciji (Urumović, 2003).

Slika 4.43. Ilustracija odnosa infiltracijskoga kapaciteta i otjecanja (Urumović, 2003)

171

Podzemne vode meteorskog porijekla moraju proći kroz tlo da bi u konačnici

dosegnule freatsku zonu, pa procjeñivanje kroz njega ima znatan utjecaj kako na

kemizam podzemnih voda tako i na usporavanje njihovog gibanja.

U prirodi, geneza naslaga i obradba tla, generiraju slojevitost naslaga. Kada

infiltrirajuća voda naiñe na granicu izmeñu slojeva količina infiltracije općenito opada.

Interesantno je da količina infiltracije opada bilo za slojeve pijeska bilo za sloj gline.

Opadanje pri nailasku na glineni sloj očekuje se, jer se voda kroz glinu infitrira teže

nego kroz krupnozrnatiji materijal, tako da voda usporava pri ulasku u glinu. Zbog

toga zaglinjeni slojevi uzrokuju nastanak lebdećih vodonosnika (i lebdećih vodnih

ploha), dok pojava krupnozrnatih materijala i rezultirajući poremećaj u infiltraciji ne

može generirati nastanak lebdećih podzemnih voda. Kako je površinski pokrivač u

krškim poljima obično slojevit, on značajno usporava infiltraciju u odnosu na dijelove

krškog terena koji nisu pokriveni klastičnim naslagama.

4.8.4. Istjecanje

Većina najvećih izvora na svijetu upravo su krški izvori. Oni predstavljaju kraj

podzemnog sustava i označavaju točku od koje dominantno započinju površinski

riječni procesi. Vertikalna pozicija izvora odreñuje razinu vodne plohe na izlazu iz

vodonosnika, dok hidraulička vodljivost i količina istjecanja odreñuju nagib vodne

plohe uzvodno, te njene varijacije unutar različitih uvjeta istjecanja.

Razlika u razini izvora i uzvodne vodne plohe odreñuje vrh sustava odnosno

količinu energije koja pokreće duboku cirkulaciju. Iz tog razloga izvori imaju značajnu

ulogu u funkcioniranju krških vodonosnika. Nadalje, taj utjecaj može značajno varirati,

jer su izvori vrlo osjetljivi na geomorfološke promjene kao što su primjerice promjene

razine mora, izdizanje ili produbljavanje dolina. Utjecaj koji izvori vrše na vodonosnik

kojeg dreniraju pripada, prije svega, topografskim i strukturnim značajkama izvora.

Količine istjecanja su izuzetno važne u procesu identifikacije vodonosnika, pa je

stoga vrlo važno što točnije mjeriti istjecanje vode na svim značajnijim izvorima

unutar krškog sliva.

Količina istjecanja je hidrološka veličina koja označava količinu protekle vode u

jedinici vremena. Dimenzijska oznaka joj je m3s-1, a za manje protoke često se koristi i

172

l/s. Odreñuje se neposrednim (izravnim) mjerenjem ili se izvodi iz drugih mjerenja –

npr. dubine (geometrije protjecajnog profila) i brzina vode mjerenih u karakterističnim

točkama.

U praksi se koriste sljedeće metode odreñivanja količine istjecanja:

- Volumenska metoda predstavlja izravno mjerenje vremena punjenja

posude odreñenog volumena;

- Mjerenje protoka na temelju mjerenja brzina vode hidrometrijskim

krilom;

- Mjerenje protoka različitim ureñajima i preljevnim grañevinama;

- Mjerenje protoka uvoñenjem pojedinih trasera u vodotok, te analize

meñuodnosa koncentracija i protoka ubačene tekućine i mjerene protoke.

Volumenska metoda: Može se mjeriti i s posudama odreñenog oblika i

konstrukcije – npr. Milneova posuda i ureñaj poznat pod nazivom danaida (slika 4.44).

Nužno je u više navrata ponavljati mjerenje radi prisutnih varijabilnosti rezultata

mjerenja. Inače, to je najjednostavniji i najtočniji postupak mjerenja protoka.

Slika 4.44. Ureñaji za mjerenje istjecanja volumenskom metodom

Količina istjecanja se izračunava iz jednostavnog izraza

Q = t

V(l/s) (67)

pri čemu je

173

V - poznati volumen mjerne posude (l)

t – vrijeme potrebno da se posuda napuni (s)

Kod odreñivanja istjecanja na temelju mjerenja brzina vode treba odabrati i

urediti mjerni profil tako da se mjerenjima obuhvati sva voda. To je posebno bitno kod

tzv. razbijenih izvorišta. Nakon toga treba snimiti geometriju presjeka mjernog profila

i odrediti vertikale i točke na tim vertikalama kojima će se mjeriti brzina pomoću

hidrometrijskog krila (slika 4.45). Tijekom mjerenja treba pratiti vodostaje na

referentnom vodokazu i to najmanje na početku, za vrijeme i na kraju svake faze

vodomjerenja, a najbolje je vodostaje mjeriti kontinuirano pomoću limnigrafa. Brzina

vode mjeri se u više točaka (slika 4.46), a dobiveni podaci se interpretiraju

konstrukcijom tzv. izotaha, grafoanalitičkom metodom ili obradom na PC-u koristeći

programske alate.

Slika 4.45. Shematski prikaz hidrometrijskog krila i njegova primjena na terenu

174

Slika 4.46. Raspored mjernih točaka po mjernom profilu (a) vertikale po kojima se

mjeri, (b) točke na kojima se mjeri po jednoj vertikali

Mjerenje protoka preljevima sastoji se u tome da se u odvodni kanal što bliže

istjecajnom mjestu ugradi preljev (slika 4.47).

Slika 4.47. Smještaj preljeva i pravokutni i Thomsonov preljev

Na temelju mjerenja pomoću pravokutnog preljeva količina protoke izračunava

se iz izraza:

2/323

2pgHKBQ = (m3/s) (68)

175

pri čemu je:

B – širina preljeva (m);

g – ubrzanje sile teže = 9,81 (m/s2);

Hp – visina preljevnog mlaza (m);

K – koeficijent - K= 0,602 + 0,0075p

H p

p – visina preljeva mjereno od dna korita (m)

Ako se za mjerenje koristi Thomsonov preljev, protoka se izračunava prema

izrazu:

Q = 1,343 hp5/2 (m3/s) (69)

gdje je:

hp - visina preljevnog mlaza (m).

Za mjerenje većih protoka – od nekoliko, pa do preko 1000 m3s-1, koriste se

tzv. preljevi praktičnog profila na kojima zbog njihove konstrukcije ne dolazi do

stvaranja vakuma (slika 4.48).

Slika. 4.48. Preljev praktičnog profila

Protoka kroz / preko preljeva praktičnog profila izračunava se iz izraza: 23

2/

pgHmbQ ==== (70)

gdje je:

b – širina preljeva (m);

m – koeficijent preljevanja koji se odreñuje iz dijagrama (slika 4.49)

176

Hp – visina preljevnog mlaza (m)

p – visina preljeva (m).

Slika 4.49. Dijagram za odreñivanje koeficijenta preljevanja m

Kod mjerenja protoka primjenom trasera (obično sol ili fluorescentne boje)

protok se odreñuje na osnovi meñuodnosa koncentracija i količina upuštene vode i

vode u vodotoku (koristi se kod turbulentnih tokova).

Procjena količine protjecanja obavlja se na temelju izraza:

Q= Q0

0C

C (71)

gdje je:

Q = protok (m3/s, l/s);

Q0 = količina obilježivača (kg, l);

C = koncentracija obilježivača na mjestu istjecanja (kg/m3)

C0 = koncentracija obilježivača na mjestu njegovog unosa u vodu (kg/m3)

177

Bez obzira kakvom se metodom mjeri istjecanje na krškim izvorima, bitno je

mjerenjima obuhvatiti barem jedan ciklus male – velike - male vode. Pri interpretaciji

podataka mjerenja izdašnosti izvora bitno ih je dovesti u vezu s oborinama kako bi se

dobile informacije o «odazivu» krškog podzemlja. Zbog toga se rezultati obično

prikazuju na usporednim dijagramima tj. zajedno se crtaju pluviogram (oborine) i

hidrogram (slika 4.50)

Slika 4.50. Odnos pluviograma, hidrograma i njihovih zbirnih krivulja

(Jevñević, 1955)

S pluviograma se očitava srednja visina oborina i množi s površinom sliva kako

bi se dobilo dotjecanje oborina za cijeli sliv. Najviša vrijednost na ordinati hidrograma

pojavljuje se nakon najviše vrijednosti na ordinati pluviograma, što ukazuje na

«zakašnjelu» reakciju izvora do čega dolazi zbog infiltracije, podzemnog tečenja i

zadržavanja vode u podzemlju.

Odnos ukupnih količina očitanih s hidrograma i ukupnih količina očitanih s

pluviograma daje koeficijent otjecanja η, a razlika izmeñu krivulje oborina

(pluviograma) i krivulje istjecanja (hidrograma) predstavlja gubitak vode u slivu ∆V.

Vremenski interval izmeñu težišta pluviograma (C1) i težišta hidrograma (C2)

naziva se vremenska retardacija vode.

178

S hidrograma se mogu očitati i sljedeće karakteristične veličine:

- početak istjecanja nakon početka oborina (tp);

- vrijeme rasta hidrograma («koncentracija») (t1);

- vrijeme padanja hidrograma (t2);

- vrijeme prestanka istjecanja (t0 =t1 + t2);

- najveći doticaj / istjecanje (Qmax);

- vrijeme njegove pojave u odnosu na težište pluviograma i težište

hidrograma ∆t;

- protjecaj cijelog hidrograma (Vs = Σ(Qs∆t)).

Retardacijska krivulja za krške izvore ne ovisi samo o površini sliva i količini

oborina palih na sliv, već u značajnoj mjeri odražava hidrogeološko stanje u krškom

podzemlju.

Iz krivulje recesije (slika 4.51) vidljivo je da se količina istjecanja postepeno tijekom

vremena smanjuje i teži nuli.

Slika 4.51. Hidrogram i krivulja recesije izvora Grab-Ruda (Antunović, 1995)

To vrijeme je u pravilu dosta duže od onoga što bi se očekivalo na temelju

analize ulaz - izlaz. Dakle, svojstvo krškog sliva da usporava istjecanje je retardacijska

sposobnost sliva i ovisi o njegovim hidrogeološkim značajkama.

Hidrogrami istjecanja mogu biti vrlo složeni. Naime, svakoj oborini odgovara

odgovarajući hidrogram koji se superponira na opadajući dio prethodnog «sumarnog»

hidrograma. Primjer jednog takvog «složenog» hidrograma dan je na slici (4.52).

179

Slika 4.52. Složeni hidrogram raščlanjen na hidrograme koji su posljedica većeg broja

kiša (Jevñević, 1955)

U slučaju složenih krških slivova takav hidrogram se još više komplicira, tj.

javlja se više različitih faznih pomaka odzivnih valova podzemne vode zbog brojnih

podslivova, zamršenih mehanizama tečenja podzemne vode i dr. Zbog toga je

ponekad vrlo teško odrediti neposredni utjecaj oborina na izgled takvog hidrograma.

4.8.4.1. Hidrološka obilježja krivulje recesije

Reakcija krškog hidrogeološkog sustava na punjenje ostvaruje se u vidu

hidrograma otjecanja na mjestima koncentriranog pražnjenja – izvorima. Hidrogram

istjecanja na izvoru je rezultanta djelovanja više faktora – prošlih oborina, sadašnjih

oborina i pražnjenja vodonosnika, odnosno prethodno akumulirane vode u ocjeditim

šupljinama stijenske mase. Pod pretpostavkom da je pražnjenje izvora uvjetovano

samo ocjeditom šupljikavošću, odnosno da nema poremećaja izazvanih infiltracijom

novih kiša (pri čemu se prvenstveno misli na prenošenje tlaka), analiza padajuće

grane hidrograma pruža uvid u režim pražnjenja vodonosnika. Takoñer, na osnovi

uspostavljanja matematičke povezanosti izmeñu protoka i vremena, moguće je

prognozirati izdašnost izvora nakon pretpostavljenog dužeg razdoblja bez oborina, te

odrediti volumen prethodno uskladištene, odnosno istekle vode (slika 4.53).

180

(a)

(b)

Slika 4.53. Shematizacija značenja recesije u smislu odvodnjavanja podzemnih voda

površinskom tekučicom (a) odvodnjavanje zaliha (osjenčenih) koje napajaju rijeku s

oznakama razine i dubine vodonosnika u Boussinesqovoj shemi; (b) zalihe podzemne

vode ispod krivulja recesije na hidrogramu otjecanja

U vrijeme izostanka oborina (u neovisnom režimu) izvor ili rijeka se napajaju

podzemnim vodama koje odgovaraju onim zalihama u vodonosniku koje su

uskladištene u hidrološkom bazenu ili hidrogeološkoj strukturi tijekom prethodnog

kišnog razdoblja. Prema tome, protok izvora ili rijeke u beskišnom razdoblju

predstavlja produkt odvodnjavanja jedinstvenoga vodonosnika ili složenog vodonosnog

sustava kojim se oni napajaju.

Krški izvori odgovaraju vrlo brzo na infiltraciju oborina, no ovisno od

prevladavajućeg tipa ocjedite šupljikavosti stijenske mase, odnosno stupnja

zastupljenosti sitnijih pukotina i klastične ispune, te geometrijskih značajki

hidrogeološkog sustava, moguće su velike varijacije u hidrogramima otjecanja izmeñu

pojedinih krških izvora.

Kada se glavno akumuliranje infiltrirane vode obavlja u ravnomjerno

rasporeñenoj pukotinskoj poroznosti, utjecaj izravne infiltracije oborine bit će značajno

prigušen i s mogućim dužim vremenom koncentracije i recesije hidrograma. Ako su,

pak, krupni krški kanali i šupljine s velikom hidrauličkom vodljivosti i malim

akumulativnim svojstvima dominantni, reakcija sliva na oborine može biti vrlo brza

(nekoliko sati) uz višestruko povećanje otjecanja. Oblik složenog hidrograma

181

izdašnosti krškog izvora, zajedno s paralelno nanešenim količinama oborina,

omogućava donošenje zaključaka o značajkama krškog hidrogeološkog sustava.

Novopridošla voda različito utječe na stanje u krškom izvoru u ovisnosti od

dominantnog tipa poroznosti i razina podzemnih voda. Pritom uvijek treba imati na

umu činjenicu da je prva reakcija vodonosnika, odnosno početno povećanje izdašnosti

izvora, u najvećem broju slučajeva posljedica prenošenja tlaka kroz sustav krških

kanala, a ne izlazak infiltriranih kiša.

Za pojedini krški izvor (ili krški hidrogeološki sustav) ista količina oborina ne

izaziva uvijek isti odziv u vidu hidrograma pražnjenja, naime oblik i značajke krivulje

pražnjenja ovise o čitavom nizu čimbenika. Dominantno svojstvo je šupljikavost,

pukotinski sustav i nagib struktura, te sama raspoloživost vode za popunjavanjem tih

šupljina, odnosno početni položaj razine podzemne vode, zasićenost zone iznad izvora,

dotok iz drugih izvora itd. Idealni recesijski uvjeti, tj. višetjedno razdoblje bez oborine,

su rijetka pojava u umjerenoj klimi, pa ljetne i ranojesenske kiše izazivaju manje ili

veće poremećaje na krivuljama recesije koji se u nekim slučajevima ne mogu

jednoznačno otkloniti tijekom analize. Iz navedenih razloga poželjno je da se analiza

hidrograma obavi na što većem broju recesijskih krivulja iz više godina. Veći uzorak

omogućava dobivanje prosječne recesijske krivulje razmatranog krškog izvora kao i

analizu anvelope minimalnih vrijednosti. Na taj način se s mnogo većom sigurnošću

mogu izvoditi zaključci o strukturi i šupljikavosti krškog hidrogeološkog sustava,

njegovoj retencijskoj sposobnosti, očekivanim minimalnim protocima i sl.

Kao što je već spomenuto recesijska analiza proučava otjecanje u funkciji

vremena:

Q=Q(t) (72)

Još uvijek ne postoji standardna tehnika koja bi definirala ovaj odnos. Neki

istraživači proučavali su recesiju na temelju jednadžbi baznog toka, dok su drugi

izvodili iskustvene formule.

Danas se najčešće koriste dva izraza za matematički opis pražnjenja podzemnih

voda u bazni tok rijeke kada on nije pod utjecajem oborine, i to Boussinesq-ov (1904)

i Maillet-ov (1905), a baziraju se na Boussinesq-ovom radu iz 1877. godine u kojem je

proučavao istjecanje na izvoru kao posljedicu stanja u vodonosniku koristeći pritom

analogiju s Fourieovim analizama rashlañivanja.

182

Oba izraza daju ovisnost protoka u nekom trenutku t o protoku na početku

recesije.

Boussinesq-ova formula je hiperbola oblika:

20

)1( t

QQt α+

= (73)

a jednadžba Maillet-a daje eksponencijalnu zavisnost:

tt eQQ α−⋅= 0 (74)

gdje su Q0 – količina istjecanja na početku vremena t tijekom recesije (L3/T); Qt

– količina istjecanja nakon vremena t (L3/T); t – vrijeme proteklo izmeñu Q0 i Qt (T); e

– baza prirodnog logaritma; α – koeficijent recesije (pražnjenja) (T-1).

Iz jednadžbe (74) slijedi da je koeficijent recesije α:

⋅

−=0

ln1

Q

Q

ttα (75)

Prelaskom na dekadske logaritme gornju se jednadžbu može pisati u obliku:

αtQQt 4343,0loglog 0 −= (76)

iz čega slijedi da je koeficijent recesije α jednak:

)(4343,0

loglog

12

0

tt

QQ t

−−

=α (77)

Ukoliko se protok u vremenu nacrta u polulogaritamskom mjerilu (vrijeme t u

linearnom, a protok Q u logaritamskom) dobit će se linearni odnos, tj. pravac, gdje

nagib pravca predstavlja koeficijent recesije α (slika 4.54).

183

α1 = 0,4687

α2 = 0,091

α3 = 0,031

0,1

1

10

100

0 5 10 15 20 25 30

Vrijeme (dani)

Pro

tok,

Q (

m3 /s

)

V1

V2

V3

Točke infleksije

Slika 4.54. Shematski prikaz padajućega dijela hidrograma izvora Bulaž

Blaži nagib recesijske krivulje imaju hidrogeološki krški sustavi s većom

mogućnošću zadržavanja i postupnog otpuštanja podzemnih voda, dok sustavi s

velikom sprovodnom, a malom retencijskom moći imaju strmiji nagib recesijske

krivulje.

Silazni dio hidrograma nacrtan u polulogaritamskom mjerilu može imati nekoliko

segmenata različitog nagiba, tj. različitih vrijednosti koeficijenata recesije (slika 4.54)

što upućuje na različite mikrorežime istjecanja, odnosno na složenost hidrogeoloških

značajki vodonosnika (Castany, 1968).

U početku krivulja je strmija odnosno vrijednosti koeficijenta recesije su veće,

što je posljedica brze drenaže iz velikih kaverni i pukotina, dok je u kasnijem vremenu

nagib krivulje blaži, a vrijednosti α manje što je rezultat polaganog istjecanja iz malih

pukotina i pora. Dakle, krivulja recesije se može nadomjestiti s više eksponencijalnih

Maillet-ovih krivulja različitih koeficijenata pražnjenja, koji označavaju tzv.

mikrorežime pražnjenja izvorišta u recesijskim uvjetima. Pražnjenje stalnih krških

izvora vrlo često se odvija u dva mikrorežima, a nisu rijetki ni slučajevi s tri

mikrorežima.

U slučaju s više mikrorežima pražnjenja Mailletov izraz (74) za izdašnost izvora

može se izraziti kao: t

ntt

tneQeQeQQ ααα −−− +++= 00201 ...21 (78)

184

gdje su Q01, Q02, Q0n – količina istjecanja za prvi, drugi, odnosno n-ti mikrorežim

pražnjenja za vrijeme t=0 (L3/T); α1, α2, αn – koeficijent recesije prve, druge, odnosno

n-te eksponencijalne krivulje (T-1).

Volumen vode koji se akumulira u saturiranoj zoni iznad razine istjecanja,

odnosno iznad kote izvora naziva se dinamički volumen ili dinamičke (sezonske) zalihe

(Castany, 1968, Ford & Williams, 1989, Korkmaz, 1990), a može se izračunati prema

jednadžbi:

cQ

eQV t

αα 0

0 0 == ∫∞ − (79)

gdje su Q0 – količina istjecanja za vrijeme t=0 (L3/T); α – koeficijent recesije (T-

1); c=86 400 (ukoliko se Q0 izražava u m3/s, a α u dan-1).

U slučaju kada je recesijsku krivulju potrebno razdvojiti u dvije ili više serija

podataka pri čemu se svaka serija opisuje drugom eksponencijalnom jednadžbom

(slika 4.54), volumen dinamičkih zaliha računa se prema jednadžbi:

864000

2

02

1

01

+⋅⋅⋅++=

n

nQQQV

ααα (80)

Posebnost recesijskih metoda je višestruka, a prednost je što ne zahtijevaju

apriorno poznavanje rasporeda potencijala i pojedinih parametara vodonosnika iako o

njima ovisi veličina koeficijenta recesije, a sama metoda proizlazi iz hidrauličke analize

otjecanja iz nagnutoga vodonosnika. To su istovremeno razlozi dugotrajne aktualnosti

ovakvih analiza, za koje Bakalowicz (2005) ističe nezamjenjivost za procjenu

uskladištenih podzemnih voda.

Ako se promatra globalna reakcija vodonosnog sustava na pojedini dogañaj

oborine (recesijska analiza istjecanja na izvoru) rezultat može biti (i vrlo često jest)

različiti koeficijent recesije za svaku promatranu recesijsku krivulju hidrograma izvora,

ovisno o nizu čimbenika (brzini prihranjivanja, evapotranspiraciji...). Iz tog razloga

razvijene su metode koje se bave vremenskim nizovima istjecanja na izvoru i temelje

se na stvaranju zajedničke ili glavne recesijske krivulje za pojedini izvor (slika 4.55).

Za konstrukciju glavne recesijske krivulje najčešće se koriste dvije metode preklapanja

pojedinih recesijskih krivulja: matching strip (Snyder, 1939) i korelacijska metoda

(Langbein, 1938). Glavna recesijska krivulja stoga predstavlja tek najvjerojatniji

185

razvoj dogañaja odnosno opadanja izdašnosti izvora. U novije vrijeme pojavile su se

poluautomatizirane (Nathan i McMahon, 1990) i automatizirane metode (Arnold i dr.,

1995; Posavec i dr., 2006) konstruiranja glavne recesijske krivulje.

y = 8,6794e-0,0587x

R2 = 0,96

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 10 20 30 40 50 60

Relativno vrijeme (dani)

Izda

šnos

t (m

3 /s)

Recesijski segmenti Glavna krivulja recesije

Slika 4.55. Primjer automatski izvedene glavne recesijske krivulje za izvor

Gradole

U praksi se pokazalo da glavna recesijska krivulja ne može uvijek opisati

istjecanje na izvoru, odnosno da se istjecanje na izvoru ne može opisati samo s

jednom eksponencijalnom jednadžbom, tj. takva recesijska analiza nije prikladna za

svaki krški izvor (slika 4.56). Ovakvo odstupanje je u skladu sa prethodnim

pretpostavkama i teorijama o izgledu recesijskih segmenata hidrograma krških izvora.

186

y = 1,8065e-0,049x

R2 = 0,612

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 20 40 60 80 100 120

Relativno vrijeme (dani)

Izda

šnos

t (m

3 /s)

Recesijski segmenti Glavna krivulja recesije

Slika 4.56. Primjer automatski izvedene glavne recesijske krivulje za izvor Bulaž

Prema tome kada se istjecanje na izvoru ne može opisati jednom jednadžbom

glavne recesijske krivulje, potrebno ga je opisati s više jednadžbi koje vrijede za

pojedina trajanja recesije. U tom slučaju glavna krivulja recesije je, ovisno o broju

jednadžbi za pojedina trajanja recesije i koje se nadovezuju jedna na drugu, dvo-, tro-

ili višedijelna krivulja (slika 4.57).

y = 18,3800e-0,2422x

R2 = 0,9591

y = 9,9294e-0,1667x

R2 = 0,7157y = 1,5104e-0,0398x

R2 = 0,76140,000

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Relativno vrijeme [dani]

Q (m

3 /s)

Glavna recesijska krivulja (GRK) velikih voda GRK srednjih voda GRK malih voda

Slika 4.57. Primjer automatski izvedene višedjelne glavne recesijske krivulje za izvor

Bulaž

187

4.8.4.2. Odreñivanje prosječnih hidrogeoloških parametara na temelju koeficijenta recesije glavne recesijske krivulje

Definiranje hidrodinamike krških sustava zahtijeva odreñivanje realnih

hidrauličkih i geometrijskih parametara (Kiraly & Morel, 1976; Kiraly, 1998, 2002).

Krški sustav može se pojednostavljeno opisati pomoću hidrauličkih parametara slabo

propusnoga matriksa i kanalskoga/pukotinskog sustava, učestalošću kanala/pukotina i

površinom vodonosnika (slika 4.58).

Slika 4.58. Pojednostavljeni model krškoga vodonosnika prema Kovacsu (2003) (A –

površina sliva; Tm, Sm – transmisivnost i uskladištenje matriksa; Kc, Sc – protočnost i

uskladištenje kanalske / pukotinske mreže; L – udaljenost izmeñu pukotina / kanala;

α – koeficijent recesije)

Klasična geološka i hidrogeološka istraživanja, bušenja, trasiranja, speleološka i

geofizička istraživanja pružaju tek ograničene informacije o prostornoj raspodjeli i

hidrauličkim značajkama kanalske mreže. Spomenuta istraživanja su skupa, za razliku

od mjerenja istjecanja na izvoru i hidrauličkih značajki nisko provodnoga matriksa, koji

su u većini slučajeva dostupni, a ako nisu, moguće ih je razmjerno lako odrediti, te

pomoću recesijske analize hidrograma izvora procijeniti hidrauličke parametre i

geometrijske značajke krškoga sustava.

188

Pod pretpostavkom da koeficijent recesije predstavlja drenažu saturiranoga

slabo vodljivoga ispucanog matriksa, može se zaključiti da je ujedno i ovisan o

njegovim hidrauličkim značajkama. Primjerice, Rorabaugh (1964) i Berkaloff (1967)

daju vezu izmeñu koeficijenta recesije α i hidrauličkih značajki vodonosnika. Prema 1D

analitičkom rješenju ovih autora istjecanje se može izraziti kao:

∑∞

=

⋅⋅−−

⋅⋅

=1

LS

tTπ)

2

1(n

0 222

e2

nLS

RTQ (81)

gdje je T transmisivnost (m2s-1), S uskladištenje (-), R0 početno konstantno

napajanje (m), a L duljina 1D domene (m). Zanemarujući više članove reda istjecanje

se može izraziti kao:

2

2

L4S

tTπ

0 e2 ⋅

⋅−

⋅⋅=LS

RTQ )t( (82)

te je 1D koeficijent recesije:

2

2

4 LS

T

⋅= πα (83)

Izraz (83) vrijedi u slučaju kada je debljina saturirane zone dovoljno velika tj.

kada se promjena debljine, uzrokovane padom razine podzemne vode, može

zanemariti, a koeficijent recesije je funkcija transmisivnosti i uskladištenja, odnosno

specifičnoga otpuštanja vodonosnika i geometrije sliva.

Bagarić (1978) takoñer daje 1D analitičko rješenje, ali bez infiltracije, te se

količina istjecanja može izraziti kao:

2LS

t2T

0 e ⋅⋅−

⋅= QQ )t( (84)

gdje je koeficijent recesije:

2

2

LS

T

⋅=α (85)

Izraz (85) vrlo je sličan rješenju Berkaloffa (1967), odnosno izrazu (83).

Kovacs (2003) i Kovacs i dr. (2005) daju 2D analitičko rješenje problema

koristeći rješenje jednadžbe topline Carslawa i Jaegera (1959):

∑∑∞

=

⋅⋅+−∞

=

⋅⋅+−

+⋅⋅=

02

LS

tTπ1)(2n

0

LS

tTπ1)(2n

2 12

ee

1282

22

222

nn)t(

)n(TQ

π (86)

Pretpostavivši da je koeficijent recesije:

189

2

2

LS

T

⋅= πα (87)

iz jednadžbe (86) slijedi:

)(TQ )t( K++++++= ⋅−⋅−⋅⋅−⋅−⋅− t50αt34αt26αt18αt10αt22

e25

1e

225

34e

25

26e

9

1e

9

10e

128 α

π (88)

Prema jednadžbi (88) istjecanje iz jednoga homogenog bloka može se izraziti

beskonačnim nizom eksponencijanih komponenti (prikazano je samo prvih šest

članova niza). Komponente višega reda očituju se samo u ranom vremenu recesije i

postaju beznačajne tijekom dužega vremenskog razdoblja. Kovacs i Perrochet (2008)

dokazuju da su samo prvi, drugi i četvrti član niza važni, dok treći, peti i šesti član

imaju vrlo mali utjecaj na ukupnu količinu istjecanja. Prema tome samo tri člana

značajno utječu na ukupno istjecanje iz kvadratnoga homogenog bloka, što objašnjava

zašto se hidrogram izvora obično raščlanjuje na tri dijela. Suma tri spomenuta člana

omogućuje dobru aproksimaciju ukupnoga istjecanja na izvoru. Jednadžba koja

proizlazi iz te spoznaje podudara se za izrazom koji su dali Forkasiewicz i Paloc

(1967):

2

2

2

2

2

2

LS

tTπ26

02LS

tTπ10

02LS

tTπ2

02e

25

3328e

9

1280e

128 ⋅⋅−

⋅⋅−

⋅⋅−

⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅≈ THTHTHQ )t( πππ (89)

gdje je H0 početna razina podzemne vode (m).

S obzirom na ovo pojednostavljenje mogu se izvesti tri koeficijenta recesije:

2

2

1 2LS

T

⋅= πα

2

2

2 10LS

T

⋅= πα

2

2

3 26LS

T

⋅= πα (90)

gdje je α1 koeficijent recesije matriksa, α2 srednji koeficijent recesije i α3 koeficijent

recesije kanalske mreže.

Zanemarujući više članove niza u jednadžbi (88) istjecanje se može izraziti kao:

2

2

LS

tT2π

2e

128 ⋅⋅−

⋅= TQ )t( π (91)

Usporedivši izraz (91) sa Mailletovom formulom (74) koeficijent recesije 2D

homogenoga bloka može se izraziti kao:

2

2

2LS

T

⋅= πα (92)

190

U prethodno navedenim analitičkim izrazima pretpostavlja se da proces recesije

ovisi isključivo o hidrauličkim parametrima nisko provodnoga matriksa i zanemaruje se

utjecaj kanalske mreže. Kovacs (2003) i Kovacs i dr. (2005) daju izraze za koeficijent

recesije koji uključuju parametre i svojstva kanalske mreže, a temelje se na

jednostavnom konceptualnom modelu koji uključuje pravilnu mrežu visoko vodljivih

kanala i nisko vodljivoga matriksa (slika 4.58). U tom slučaju koeficijent recesije je

odraz geometrije i hidrauličkih parametara kanalske mreže i nisko vodljivoga matriksa.

Numeričke analize spomenutih autora pokazale su da se ovisnost koeficijenta recesije

o značajkama krškoga vodonosnika ne može opisati jednim izrazom, jer slijede dva

značajno različita fizikalna načela ovisno o općenitoj raspodjeli hidrauličkih i

geometrijskih parametara (slika 4.59).

Slika 4.59. Grafički prikaz ovisnosti koeficijenta recesije o: a) protočnosti kanala;

b) učestalosti kanala (Kovacs i dr., 2005)

U slučaju krškoga vodonosnika kojega se može pojednostaviti i opisati slabo

propusnim matriksom i kanalima, a koeficijent recesije uglavnom ovisi o hidrauličkim

parametrima matriksa, koeficijent recesije može se izraziti kao:

m

mb S

fT 222 ⋅= πα (93)

gdje su Tm – transmisivnost matriksa, Sm – uskladištenje matriksa, a f –

recipročna vrijednost udaljenosti izmeñu kanala/pukotina.

191

Kada koeficijent recesije uglavnom ovisi o hidrauličkim parametrima pukotina

i/ili kanala može se opisati kao:

m

ch SA

fK

⋅⋅≈

3

2α (94)

Gdje su Kc – protočnost kanala/pukotina, a A – površina sliva.

Spomenute dvije različite sredine toka povezane su prijelaznom zonom u kojoj

se koeficijent recesije ne može opisati niti izrazom (93) niti izrazom (94), već nekom

matematički nedefiniranom prijelaznom funkcijom. Postojanje ovih dviju različitih

sredina toka uzrokuje dvojnost toka podzemne vode. Nejednakost krškoga sustava ne

uzrokuju samo promjene hidrauličke vodljivosti već i učestalost visoko provodnih

elemenata, te stoga i prijelaz izmeñu dvije različite sredina toka postoji zbog izmjene

tih elemenata.

Spomenuta prijelazna zona izmeñu različitih sredina toka može se matematički

izraziti izjednačavanjem izraza (93) i (94):

αb = αh (95)

odnosno

m

c

m

m

SA

fK

S

fT

⋅⋅=⋅

3

22 22π (96)

pa se granična vrijednost protočnosti kanala ( *cK ) može izraziti kao:

fATK m*c ⋅⋅= 23π (97)

Ovisnost koeficijenta recesije o protočnosti kanalske mreže grafički je prikazana

na slici 4.59a.

Na sličan način može se odrediti granična vrijednost učestalosti pukotina koja

razdvaja tok u dvije različite sredine:

AT

Kf

m

c*

⋅=

23π (98)

gdje je f* granična vrijednost učestalosti pukotina. Za manje vrijednosti f,

recesija je ograničena difuznošću nisko vodljivoga matriksa, dok za više vrijednosti f,

recesija je uglavnom ograničena protočnošću visoko provodne kanalske mreže, što je i

grafički prikazano na slici 4.59b.

192

Analitičkim izrazima (81) do (98) dana je poveznica izmeñu koeficijenta recesije

i hidrogeoloških parametara vodonosnika. Spomenuti izrazi temelje se na parametrima

nisko vodljivoga matriksa i kanalske mreže i pretpostavljaju da su neke veličine, kao

primjerice hidraulička vodljivost matriksa, unaprijed poznate (odreñene terenskim ili

laboratorijskim mjerenjima).

Važnost ovih analitičkih izraza leži u njihovoj mogućnosti procjene ključnih

ulaznih parametara potrebnih za izradu numeričkih modela toka podzemne vode.

Prvi kod za numeričko modeliranje koji je mogao povezati tok u kanalima i

difuzni tok kreirali su Kiraly i Morel (1976) i Kiraly (1985, 1988). Ovi autori izveli su i

analize osjetljivosti i zaključili da povećanje gustoće kanalske mreže rezultira višom

vrijednosti koeficijenta recesije. Eisenlohr (1996) i Einselohr i dr. (1997) to su potvrdili

dodatnim analizama konstruiravši serije 2D sintetskih modela sa različitim gustoćama

kanalske mreže, što je kasnije i Cornaton (1999) potvrdio svojim 3D sintetskim

modelom. U svim spomenutim analizama potvrñeno je i da povećanje koeficijenta

uskladištenja nisko provodnoga matriksa i kanalske/pukotinske mreže, ima za

posljedicu smanjenje koeficijenta recesije. Eisenlohr (1996) testira utjecaj orijentacije

kanalske mreže (istih gustoća) i zaključuje da koeficijent recesije raste s povećanjem

paralelnosti kanalske mreže s najdužom osi domene modela. Spomenute studije

dokazuju da, za razliku od osnovnih pretpostavki analitičkih modela Berkaloffa (1967) i

Bagarića (1978) koji zanemaruju utjecaj kanalske mreže, koeficijent recesije ovisi o

hidrauličkim i geometrijskim parametrima kanalskoga sustava.

Zakoni po kojima se odvija istjecanje iz heterogenih sustava daleko su složeniji

od zakona po kojima se odvija istjecanje iz homogenih sustava. I dok recesija

homogenih sustava uvijek slijedi iste zakonitosti, procjena globalne reakcije

heterogenih sustava zahtijeva raspravu o parametrima toka i odabir prikladnih

jednadžbi. Nadalje, dominantan režim toka heterogenih sustava može se mijenjati

tijekom procesa recesije.

Pri istraživanju, a i pri identifikaciji hidrogeoloških uvjeta preko koeficijenta

recesije valja voditi računa da se on može koristiti za:

1. Prognozu minimalnih protoka

2. Izračun obujma prethodno uskladištene vode

193

3. Identifikaciju geometrijskih značajki vodonosnika

Tip izvorišnog mehanizma

Hidrauličke značajke vodonosnika i heterogenost vodonoosnika

Dimenzije vodonosnika

4.8.4.3. Primjer procjene parametara za sliv izvora Sv. Ivan

Utjecajna površina sliva izvora Sv. Ivan, iznosi A = 273 km2 (slika 4.60).

Poroznost neraspucane stijenske mase (kredni vapnenac) ovisi o litologiji ispitivanoga

uzorka, a odreñivana je u više navrata laboratorijski (RGN fakultet, 2008) i kreće se od

nuk = 1,7 - 15%. Efektivna poroznost nije odreñivana. Stoga su za proračun korišteni

literaturni podaci o vrijednostima parametra uskladištenja u rasponu od nef = 0,1 do 10

% (tablica 4.8).

Slika 4.60. Sliv izvora Sv.Ivan

194

Na temelju izraza (93) i (94) procijenjene su vrijednosti u kojima se kreće

transmisivnost slabo propusnoga matriksa i protočnosti kanalske mreže za različitu

gustoću pukotina i različite vrijednosti uskladištenja matriksa, Sm (tablica 4.8).

Tablica 4.8. Procjena hidrauličkih parametara za sliv izvora Sv. Ivan

(za A = 273 km2 i α = 0,04871/dan)

1/f (m)

f (1/m)

Sm Tm

(m2/dan) Tm

(m2/s) Kc

(m3/dan) Kc (m

3/s)

100 0,01 0,1 2,4696742 2,858E-05 199426500 2308,1771 200 0,005 0,1 9,8786969 0,0001143 398853000 4616,3542 500 0,002 0,1 61,741856 0,0007146 997132500 11540,885 1000 0,001 0,1 246,96742 0,0028584 1,994E+09 23081,771 100 0,01 0,01 0,2469674 2,858E-06 19942650 230,81771 200 0,005 0,01 0,9878697 1,143E-05 39885300 461,63542 500 0,002 0,01 6,1741856 7,146E-05 99713250 1154,0885 1000 0,001 0,01 24,696742 0,0002858 199426500 2308,1771 100 0,01 0,001 0,0246967 2,858E-07 1994265 23,081771 200 0,005 0,001 0,098787 1,143E-06 3988530 46,163542 500 0,002 0,001 0,6174186 7,146E-06 9971325 115,40885 1000 0,001 0,001 2,4696742 2,858E-05 19942650 230,81771

1D hidraulička vodljivost krških kanala (protočnost) Kc može se procijeniti i na

temelju istjecanja i prosječnoga hidrauličkog gradijenta (i) u kanalskoj mreži na osnovi

izraza:

i

QKc = (99)

Pretpostavljena maksimalna razlika u potencijalu izmeñu izvora i najudaljenije

točke kanalske mreže je 150 m na udaljenosti od 15 km, temelji se na podacima o

razini podzemne vode u speleološkim objektima na Ćićariji. Na ovaj način odreñena /

procijenjena protočnost kanalske mreže iznosi Kc = 83,9 m3/s za srednje vode (Qsr =

0,839 m3/s). Ova procjena je približna, zbog grube procjene hidrauličkoga gradijenta,

ali istodobno pruža uvid u red veličine ostalih parametara i olakšava odabir njihove

najbolje kombinacije. U tablici 4.8. (žuto označeni redovi) vidljivo je da veličina Kc

odgovara učestalosti pukotina izmeñu 200 m i 500 m i uskladištenju slabo propusnoga

matriksa od Sm = 0,001, što odgovara i literaturnim vrijednostima uskladištenja u

pukotinskim stijenama (Singhal & Gupta, 1999). Detaljnijom podjelom (tablica 4.9)

195

učestalosti pukotina izmeñu 200 m i 500 m ujedno je preciznije odreñena i

transmisivnost slabo propusnoga matriksa.

Tablica 4.9. Detaljna procjena hidrauličkih parametara za sliv izvora Sv. Ivan

(za Sm = 0,001)

1/f (m) f (1/m)

Tm (m2/dan)

Tm (m2/s)

Kc (m3/dan) Kc (m

3/s) 200 0,005 0,098787 1,143E-06 3988530 46,163542 250 0,004 0,1543546 1,787E-06 4985662,5 57,704427 300 0,0033333 0,2222707 2,573E-06 5982795 69,245313 350 0,0028571 0,3025351 3,502E-06 6979927,5 80,786198 400 0,0025 0,3951479 4,573E-06 7977060 92,327083 450 0,0022222 0,500109 5,788E-06 8974192,5 103,86797 500 0,002 0,6174186 7,146E-06 9971325 115,40885

4.9. Odreñivanje kakvoće krških podzemnih voda

Istraživanje kakvoće podzemnih voda u kršu važan je faktor za identifikaciju

krških vodonosnika, odnosno definiranje dinamike podzemnih voda unutar krškog

sliva. Tečenjem kroz podzemlje voda reagira sa stijenama s kojima dolazi u dodir i

poprima odgovarajuće fizikalno-kemijske značajke. Ako se prikupi dovoljan broj

podataka o fizikalno-kemijskim značajkama vode i ako se u dovoljnoj mjeri poznaje

litološka graña krškog podzemlja, može se doći do važnih zaključaka o kretanju vode

kroz odreñene litološke članove, odnosno o dominantnim vodonosnicima unutar krškog

sliva. Pri tome može pomoći primjerice klasifikacija po Fourmarieru koji je klasificirao

krške vode po sadržaju magnezija i vodonosnoj sredini (Antunovi, 1995) (tablica

4.10).

196

Tablica 4.10. Podrijetlo vode prema sadržaju magnezija

Skupina Sadržaj Mg u % ukupno

otopljenih tvari u vodi

Podzemna voda dolazi iz:

I. 0,0% do 7,5% čistog vapnenca

II. 7,5% do 12,5% magnezijskog vapnenca

III. 12,5% do 25,0% dolomitičnog vapnenca

IV. 25,0% do 37,5% vapnenjačkog dolomita

V. 37,5% do 42,5% kalcijskog dolomita

VI. 42,5% do 50,0% čistog dolomita

Uobičajeno je da se kvalitativne značajke podzemnih voda odreñuju na izlazu iz

krškog sliva / vodonosnika, tj. na izvorima. No, ako za to postoje mogućnosti dobro je

uzimati uzorke i iz pojedinih dijelova krškog vodonosnika unutar sliva, odnosno iz

opažačkih bušotina. Analizom uzoraka vode odreñuju se fizikalni, kemijski i biološki

parametri.

Kakvoća krških podzemnih voda prvenstveno je uvjetovana litološkim

(mineraloškim) sastavom krških vodonosnika, dužinom boravka vode u krškom

podzemlju i intenzitetom veze s površinom krškog terena. S obzirom da se radi o

karbonatnim vodonosnicima, odnosno vodonosnicima koji se najvećim dijelom sastoje

od minerala kalcita i dolomita, jedna od najizrazitijih kvalitativnih značajki krških

podzemnih voda je tvrdoća. Naime, tvrdoća vode je uzrokovana prisustvom otopljenih

kalcijskih i magnezijskih soli u vodi. Stalnu tvrdoću čine sulfati i kloridi kalcija i

magnezija, a tzv. promjenljivu tvrdoću čine kalcijski i magnezijski karbonati i

bikarbonati. Izražava se u mg CaCO3/dm3 ili u stupnjevima. Odnos različtih jedinica za

izražavanje tvrdoće je sljedeći:

1 mg CaCO3 /dm3 = 0,056 0Nj (njemački stupanj) = 0,10Fr (francuski stupanj) =

0,070En (engleski stupanj).

Postoji više klasifikacja voda pema tvrdoći, a jedna od njih prikazana je u tablici

4.11.

197

Tablica 4.11. Kvaliteta vode prema ukupnoj tvrdoći

Tvrdoća vode u 0Nj Tvrdoća vode u mg CaCO3

/dm3

Kategorija vode

0 – 5 0 – 90 vrlo meka

5 – 10 90 – 180 meka

10 – 15 180 – 270 umjereno tvrda

15 – 25 270 – 450 tvrda

> 25 > 450 vrlo tvrda

M. Petrik je odreñivao tvrdoću vode na 178 uzoraka vode uzetih iz izvora na

području Like, Dalmacije i Hercegovine i dobio je sljedeću učestalost ukupne tvrdoće

(Antunović, 1995):

Tvrdoća ispod 100 mg CaCO3/dm3 : 1 uzorak ili 0,56%

Tvrdoća izmeñu 100 i 150 mg CaCO3/dm3: 36 uzoraka ili 20,22%

Tvrdoća izmeñu 150 i 200 mg CaCO3/dm3: 57 uzoraka ili 32,02%

Tvrdoća izmeñu 200 i 250 mg CaCO3/dm3: 41 uzorak ili 23,03%

Tvrdoća izmeñu 250 i 300 mg CaCO3/dm3: 20 uzoraka ili 11,23%

Tvrdoća iznad 300 mg CaCO3/dm3: 23 uzoraka ili 12,22%

Na temelju tog i niza drugih istraživanja može se reći da najveći dio voda iz

izvora u dinarskom kršu imaj temperaturu izmeñu 9 i 120C, sadržaj CO2 izmeñu 4 i 6

mg/l, pH vrijednost izmeñu 7,5 i 8,5 i tvrdoću izmeñu 150 i 250 mg/l CaCO3.

Općenito se može reći da je prirodna kakvoća krških voda izuzetno dobra. Stoga

vode iz krških izvora, osim što služe za javnu vodoopskrbu (npr. Rječina za

vodoopskrbu Rijeke, Jadro za vodoopskrbu Splita, Dubrovačka rijeka za vodoopskrbu

Dubrovnika itd.), sve češće se javljaju na tržištu kao «pakirani» prizvod.

No u vodi krških izvora dosta često se javlja mutnoća. Ona je periodična pojava

i obično se javlja nakon jakih kiša i plavljenja neokršenih površina terena i poniranja

voda s tih površina. Uz mutnoću, odnosno suspendirane čestice tla, u krške

vodonosnike mogu doći i različita antropogena i prirodna onečišćenja, što, s obzirom

na uglavnom velike brzine tečenja podzemne vode i vrlo mali purifkacijski kapacitet

krških vodonosnika, može predstavljati veliki problem.

198

Stoga su «Pravilnikom o utvrñivanju zona sanitarne zaštite izvorišta» (NN55/02)

propisani uvjeti i način utvrñivanja područja sanitarne zaštite izvorišta i drugih ležišta

voda (podzemne vode, rijeke, jezera, akumulacije) koja se koriste ili su rezervirana za

javnu vodoopskrbu posebno za krške vodonosnike, a «Pravilnik o vodama iz krša i

stolnim vodama» (NN 56/08) propisuje zahtjeve kakvoće kojima moraju udovoljavati

vode iz krša koje se daju na tržište.

199

5. STRUJANJE PODZEMNE VODE U KRŠU

5.1. Osnovni model strujanja podzemne vode u kršu

Bez obzira na genezu krških pojavnih oblika, krško podzemlje u kojem se odvija

tečenje podzemne vode može se podijeliti na prostor s kanalskim i prostor s difuznim

tečenjem.

U prostoru s kanalskim tečenjem podzemna voda teče kroz jedan ili više

podzemnih kanala, a u njemu prevladavaju turbulentno hrapavi hidrodinamički otpori

(V. Jović, 2006). Priroda toka u podzemnim krškim kanalima slična je toku kroz

nepravilnu cijev ili površinski kanal. U hidrodinamičkom smislu kanali su uglavnom pod

tlakom, no takoñer su mogući i tokovi sa slobodnim vodnim licem.

Prostor s difuznim tečenjem čine sitnije pukotine i pore koje se nalaze oko

krških podzemnih kanala. U njemu prevladavaju difuzni zakoni tečenja, slični kao u

sredinama s meñuzrnskom poroznosti, tj. prevladavaju linearni zakoni

hidrodinamičkog otpora.

U kršu treba kao kontrolni volumen u strujanju promatrati dio sliva ili cijeli sliv

(V. Jović, 2006). Na kontrolnom volumenu mogu se postaviti opći zakoni održanja,

npr. zakon održanja mase. Ako je volumen vode u vodonosniku jednak V, tada se

može pisati zakon održanja mase konstantne gustoće:

0QQQdt

dVdk −+= (100)

gdje je:

dt

dV - brzina promjene volumena;

dk QQ + - dotok vode u sliv ( kQ - pale oborine; dQ - dotok iz drugih

slivova)

0Q - otjecanje vode iz krškog podzemnog sliva.

Ulazni protok se transformira u izlazni po zakonima hidrodinamike i može se

promatrati kao proces, što je shematski prikazano na slici 5.1.

200

Slika 5.1. Transformacija ulaznog u izlazni protok (preuzeto iz V. Jović, 2006)

Kvaliteta transformacije ovisi o izboru funkcije procesa transformacije. Postupa

se na način da se za izabranu klasu funkcija optimiraju nepoznati parametri kako bi se

minimizirala razlika računskog odziva prema nekom stvarno izmjerenom.

Najbolje je izabrati proces iz klase funkcija koje su rješenje diferencijalnih

jednadžbi koje opisuju proces. Analitički oblik rješenja moguć je za vrlo mali broj vrlo

jednostavnih procesa u jednostavnom slivu. Stoga je puno bolje tražiti numeričko

rješenje diferencijalnih jednadžbi koje opisuju prirodu procesa.

Prema V. Joviću (2006). zakon održanja mase vode je osnovna procesna

jednadžba koja vrijedi za ma kako veliki kontrolni volumen. Ovisno o stupnju

istraženosti krškog vodonosnika, on se može diskreditirati na način prikazan na slici

5.2., tako da se kanalski sustav poveže u mrežu koja čini ukupno M čvorova . Svakom

čvoru i pridružuje se podsliv površina Ai koji sadrži odgovarajući volumen vode Vi.

Zbroj površina, odnosno, volumena svih podslivova jednak je ukupnoj površini,

odnosno, volumenu sliva.

201

Slika 5.2. Diskretizacija krškog vodonosnika (preuzeto iz V. Jović, 2006)

Tada se za svaki podsliv može pisati jednadžba kontinuiteta:

∑∑ −+=p

iizlaz

ik

p

iulaz

i QQQdt

dV (101)

gdje se protoci zbrajaju preko ukupno p grana kanalskog sustava.

Zbroj svih čvornih jednadžbi kontinuiteta daje jednadžbu kontinuiteta za cijeli

sliv, jer se protoci na zajedničkim rubovima podslivova poništavaju.

Kako se volumen vode u podslivu može izraziti u obliku:

( ) iiiii dhAhSdV = (102)

gdje je Si aktivna poroznost podsliva ovisna o pijezometarskoj visini hi u

reprezentativnom čvoru i, jednadžba kontinuiteta poprima oblik:

( ) =dt

dhAhS i

iii ∑∑ −+p

iizlaz

ik

p

iulaz QQQ (103)

Na ovoj razini modeliranja mogu se zanemariti promjene gustoće i zbog

razmjerno sporih vremenskih promjena uzduž svake granice mreže, tj. uzduž

izdvojenog kanalskog kraka u promatranom će trenutku protok biti jednak na oba

kraja grane i,j. Tada se dinamička jednadžba svodi na oblik:

( ) ijijjiij IhKQ = (104)

202

gdje je ijK provodljivost grane za srednju pijezometarsku visinu ijh , ijI je nagib

pijezometarske linije u grani. Provodljivost grane može se pisati i u težinskom obliku

pa će biti:

)()()1( jijiijij hKhKK ϑϑ +−= (105)

gdje se izborom parametra 10 ≤≤ ϑ daje težina utjecaja pojedinog čvora. Vrijednost

ϑ =0,5 daje podjednaki utjecaj obaju čvorova. Kako voda teče od veće prema manjoj

pijezometarskoj visini, predznak protoka odreñuje se prema predznaku pijezometarske

razlike, tako da dinamička jednadžba ima konačni oblik:

ij

ij

ijijij L

hhhhKQ

−−= )sgn( (106)

pri čemu je ijL dužina grane.

Ako se za svaki podsliv dinamička jednadžba uvede u jednadžbu kontinuiteta

dobije se sustav od M običnih diferencijalnih nelinearnih jednadžbi koje definiraju

proces strujanja u krškom vodonosniku:

ij

ij

ijp

ijik

iiii L

hhhhKQ

dt

dhAhS

−−+= ∑ )sgn()( (107)

Sustav se rješava za zadane početne uvjete, a to je pijezometarsko stanje u

početnom vremenu 0tt = . Kako su dobivene jednadžbe nastale diskretizacijom

područja strujanja, potrebno je poznavati i pijezometarske visine na rubnim mjestima

istjecanja.

Vidi se da provodljivost )(hK i poroznost )(hS krškog vodonosnika odreñuju

hidrodinamičko ponašanje sliva. Odreñivanje njihovih vrijednosti moguće je na temelju

pomno pripremljenih istraživačkih radova koji trebaju pružiti kvalitetnu sliku o

rasprostiranju podzemnog kanalskog sustava, te odgovarajućih mjerenja.

203

5.2. Razvodnice, podzemni tokovi i brzine tečenja

Utvrditi položaj razvodnica, podzemnih tokova i smjerove i brzinu tečenja

podzemnih voda u kršu je teška zadaća. Ti se podaci uglavnom procjenjuju s više ili

manje točnosti ovisno o količini, vrsti i kvaliteti prethodno provedenih istraživačkih

radova.

Iz svega do sada iznesenog jasno je da se voda koja doñe na okršeni teren brzo

procjeñuje u podzemlje i da se složenim mehanizmima tečenja usmjerava prema

jednom ili više izlaza. Kamo će voda s nekog područja konačno dospjeti ovisi o

hidrogeološkim razvodnicama, tj. zonama na površini i u podzemlju koje dijele okršeno

područje na krške slivove.

Krške značajke nekog terena uvjetuju u krškom slivu bitno drugačije

mehanizme tečenja podzemnih voda i nastanak razvodnica nego što je to slučaj s

nekrškim terenima bez obzira radi li se o vodonosnicima pukotinske, meñuzrnske ili

kapilarne poroznosti. Za razliku od nekrških područja, gdje se vode od područja

napajanja prema području pražnjenja usmjeravaju orografskim razvodnicama, u kršu

su one i na površini i u podzemlju i rijetko se poklapaju s orografskim razvoñima.

Položaj razvodnica u kršu je vezan za uvjete i pravce napredovanja okršavanja,

odnosno hidrogeološke uvjete. Zbog toga se nazivaju hidrogeološkim razvodnicama, a

predodreñene su litološkim i strukturno - tektonskim odnosima.

Iskustva stečena istraživanjima krša na području Dalmacije i Hercegovine

pokazuju da hidrogeološke razvodnice na površini terena treba tražiti u zoni granica

okršenih vapnenaca s laporima ili glinovitim sedimentima (fliš, neogenske naslage,

klastiti i sl.), dolomitima, i tankouslojenim ili pločastim vapnencima. One su zonama

takvih kontakata okršenih i neokršenih litoloških članova bez obzira na reljef i odnose

u podzemlju. Na slici 5.3 prikazan je primjer hidrogeološke razvodnice na površini koja

se nastavlja u podzemlju.

204

Slika 5.3. Hidrogeološka razvodnica izmeñu slivova krških izvora u dolini Neretve

(prema Antunović, 1995)

Podzemne hidrogeološke razvodnice mogu se formirati i unutar jedne litološke

jedinice podložne okršavanju. U takvim slučajevima je položaj razvodnice predodreñen

strukturno - tektonskim odnosima, pa se razvodnice najčešće formiraju duž tjemena

antiklinalnih formi (slika 5.4).

Slika 5.4. Hidrogeološka podzemna razvodnica uvjetovana antiklinalom (prema

Antunović, 1995)

Bitni elementi koje treba odrediti za pouzdaniju procjenu tečenja podzemnih

voda u krškom podzemlju su:

intenzitet i pravci (smjerovi) razvoja okršavanja;

205

granice slivnog područja (podzemne i nadzemne razvodnice);

uvjeti obnavljanja podzemnih voda, odnosno napajanja krškog

podzemlja.

Do procjene navedenih elemenata dolazi se izradom hidrogeološkog modela na

temelju podataka prikupljenih na površini terena (geomorfološki podaci, geološki

podaci, hidrološki podaci, podaci geofizičkih mjerenja, trasiranje i dr.) i u podzemlju

(bušenje, snimanje TV kamerom, praćenje promjena razine podzemne vode,

speleološka istraživanja i dr.). Površina terena pruža mogućnost da se prikupljaju

podaci na cijelom slivnom području, dok se podaci koji se mogu prikupiti u podzemlju

uglavnom odnose na relativno male segmente sliva.

Hidrogeološki model se prikazuje pomoću geološke i hidrogeološke karte i

odgovarajućeg broja profila u pravilu okomitih na pružanje struktura. Mora sadržavati

hidrografiju, morfologiju, intenzitet okršavanja na površini terena, zone s ponorima,

stratigrafske jedinice, litološke jedinice, geološke strukture, rasjede i druge lomove,

hidrogeološke jedinice, podatke o razinama podzemne vode (po mogućnosti

hidroizohipse/ekvipotencijale za sušno i kišno razdoblje, rezultate trasiranja (veze

ponor-izvor), rezultate istraživačkog bušenja i druge podatke koji mogu doprinijeti

razumijevanju hidrogeoloških odnosa.

Prva zadaća modela je da se u sklopu terena odredi hidrogeološka funkcija

pojedinih litoloških članova. U to smislu treba izdvojiti:

podinske hidrogeološke izolatore (nepropusnu podinu);

bočne hidrogeološke izolatore;

potpune ili djelomiče („viseće“) hidrogeološke barijere;

krške vodonosnike;

krovinske, a posebno površinske slojeve i njihove značajke.

S obzirom na definirane hidrogeološke funkcije pojedinih litoloških članova

utvrñuju se granice slivnog područja i temeljni pravci razvitka okršavanja. Intenzitet i

prostorne značajke razvitka okršavanja procjenjuju se na temelju litologije, strukturnih

oblika (bore), rasjedne tektonike, poroznosti i dr.

Dosadašnja iskustva općenito su pokazala:

206

Zone s jačim okršavanjem vezane su za vapnenjačke stijenske mase, dok

je u laporovitim vapnencima i dolomitima, koji su podložni tzv. grosiranju,

okršavanje slabo ili krških oblika uopće nema;

Na razvitak okršavanja utječe i slojevitost, pa najintenzivnije okršavanje

treba očekivati u debelouslojenim, bankovitim ili masivnim vapencima,

dok tankouslojeni i pločasti vapnencima u pravilu nisu podložni jačem

okršavanju.

Nagib slojeva takoñer utječe na intenzitet okršavanja. Na više istraživanih

poligona uočeno je da se u slojevitim vapnencima intenzitet okršavanja

povećava s kutem nagiba slojeva, odnosno meñuslojnih pukotina.

Procjena hidrogeološke funkcije rasjeda, pukotina i rasjednih odnosno

pukotinskih sustava moguća je na temelju njihove geneze, dimenzija, stanja

(otvorenost, ispunjenost ), smjera pružanja i nagiba, položaja u odnosu na geološke

strukture i hidrogeološke jedinice, povezanost s površinskim i podzemnim krškim

formama i dr.

Hidrogeološke razvodnice se odreñuju na temelju prognoziranih ili utvrñenih

pravaca okršavanja i položaja litoloških jedinica na površini terena (geološka karta).

Pretpostavljene (prognozirane) razvodnice treba potvrditi rezultatima bilance voda i/ili

trasiranjem. Hidrogeološke razvodnice na površini terena su stabilne i podudaraju se s

litološkim jedinicama koje nisu podložne okršavanju. Podzemne razvodnice su pak u

najvećem broju slučajeva promjenljive i pomiću se ovisno o hidrološkim uvjetima,

odnosno sušnom i kišnom razdoblju.

O napajanju krških vodonsnika zaklljučuje se na temelju morfoloških i

hidrogeoloških podloga, a mora se kvantificirati infiltracija oborinskih voda, poniranje

iz površinskih vodenih tokova, povremeno „prelijevanje“ podzemnih voda iz susjednih

slivova ili podzemnih i površinskih akumulacija.

Stvarnu sliku dinamike podzemnih voda u kršu teško je dobiti. No pomoću

rezultata suvremenih istraživanja moguće joj se u dobroj mjeri približiti ako se radi o

jednostavnim ili srednje složenim krškim slivovima. Za složene krške slivove moguće

je prognozirati pojedine elemente s pouzdanosti sukladnoj opsegu i kvaliteti

provedenih istraživačkih radova.

207

6. LITERATURA

Abrahart, E.N., 1968, Dyes and their intermediates: Pergamon Press, Oxford, 335 p.

Aley, T., 1972, Groundwater contamination from sinkhole dumps: Caves and Karst, v.

14, p. 17-23. 1984, Groundwater tracing in water pollution studies: National

Speleological Society Bulletin, v, 46, no. 2, p, 17-20.

Aley, T., and Fletcher, M.W., 1976, The water tracers cookbook: Missouri Speleology,

v. 16, no. 3, p. 1-32.

Antunović, I (1995): Utvrñivanje dinamike podzemnih voda u kršu, Seminarski rad,

Zajednički post.dipl. stud geol. PMF, Zagreb.

Arfib, B. & Bonacci, O. (2005): Particular aspects of discharge in coastal karstic

aquifers. In. Groundwater management of coastal karstic aquifers. COST Action 621,

85-94, Brussels.

Atkinson, T.C., 1977, Diffuse flow and conduit flow in limestone terrane in the Mendip

Hills, Somerset, Great Britain: Journal of Hydology, v. 35, p. 93-110.

Atkinson, T.C., and Smart, P.L., 1981, Artificial tracers in hydrogeology, in A Survey of

British Hydrogeology, 1980: London, Royal Society, p. 173-190.

Atkinson, T.C., and Smith, D.I., 1974, Rapid groundwater flow in fissures in the chalk:

An example from South Hampshire: Quarterly Journal of Engineering Geology, v. 7, p.

197-205

Bagarić, I. (1978): Odreñivanje akumulacionih i transportnih karakteristika krškog

akvifera, Sarajevo

208

Bakalowicz, M. (2005): Karst groundwater: a challenge for new recources.

Hydrogeology Journal, 13, 1, 148-160

Barešić, J. (2009): Primjena izotopnih i geokemijskih metoda u praćenju globalnih i

lokalnih promjena u ekološkom sustavu Plitvičkih jezera, Disertacija, Fakultet

kemijskog inženjerstva i tehnologije, Sveučilište u Zagrebu, 164 str.

Beck, Barry F., 1984, Sinkhole terminology, in Beck, Barry F., cd., Sinkholes: Their

geology, engineering and environmental impact, in the Proceedings of the First

Multidisciplinary Conference on Sinkholes: Boston, A.A. Balkema, 469 p.

Beven, Keith, and Germann, Peter, 1982, Macropores and water flow in soils: Water

Resources Research, v. 18, no. 5, p. 1311-1325.

Bonacci, O. (1995): Groundwater behaviour in karst regions. Example of the Ombla

spring (Croatia). J. Hydrol. 165 (1-4:113-134

Bonacci, O., Roje-Bonacci, t. (2004): Posebnosti krških vodonosnika. Grañevinski

godišnjak 2003/04, Hrvatski savez grañevinskih inženjera, Zagreb

Boussinesq J. (1673): Essai sur la théories des eaux courantes. Mémoires des savants

étrangers de l’Académie des Sciences de Paris . t. XXIII., No 202.

Boussinesq J. (1877): Essai sur la théories des eaux courantes. Mémoires présentes

par divers savants d’Académie des Sciences de l’Institut National de France. V. XXIII.,

No1.

209

Boussinesq J. (1904): Recherche theoruques sur l’ écoulement des nappes d’eau

infiltrées dans le sol et sur le débit des sources, J. Math. Pures appl. Fr. (5) 10, 5-78,

363-394 (izvorno objavljeno u C. R. Acad. Sci. Paris, Juin 22, 1903.).

Brown, M.C., and Ford, D.C., 1971, Quantitative tracer methods for investigation of

karst hydrologic systems with special reference to the Maligne basin area:

Transactions of Cave Research Group of Great Britain, v. 13, no. 1, p. 37-51.

Burg, A.W., Rohovsky, M.W., and Kensler, C.J., 1977, Current status of human safety

and environmental aspects of fluorescent whitening agents used in detergents in the

United States: Critical Reviews in Environmental Control, v. 7, p. 91-120.

Castany, G. (1967): Traité pratique des eax souterraines, Dunod, Paris.

Castany, G. (1968): Prospection et exploitation des eax souterraines, Dunod, Paris.

Castany, G. et Margat J. (1977): Dictionnaire français d’hydrogéologie. Bureau de

Rech. Géologique et Miniers, Service geol. National, Orleans

Cotruvo, J.A., 1980, Memorandum of April 10, 1980, from the Director of the Criteria

and Standards Division, Environmental Protection Agency, to P.J. Traina, Director of

the Water Management Division, Region IV of EPA, concerning rhodamine WT and B

(text available, with 2-page discussion, as Fluorometric Facts, Bulletin 102, from:

Turner Designs, Inc., 2247 Old Middlefield Way, Mountain View, California 94043).

Crawford, N.C., 1979, The karst hydrogeology of the Cumberland Plateau escarpment

of Tennessee, Part 1, Cave and Karst Studies Series 1: Western Kentucky University,

75 p.

210

----- 1981, Karst hydrogeology and environmental problems in the Bowling Green

area: Center for Caves and Karst Studies, Department of Geography and Geology,

Western Kentucky University Report of Investigations No. 3, 21 p.

Crawford, N.C., 1982, Hydrogeologic Problems resulting from development upon karst

terrain, Bowling Green, Kentucky: Center for Cave and Karst Studies, Department of

Geography and Geology, Western Kentucky University, prepared for the U.S.

Environmental Protection Agency, 69 p.

----- 1986, Environmental problems in karst terranes and their solutions, guidebook

for the Natural Water Well Association Conference: Western Kentucky University,

Bowling Green, Kentucky.

Dalgleish, J., and Alexander, E.C., Jr., 1984, Sinkhole distribution in Winona County,

Minnesota, in Beck, F.F., ed., Sinkholes: Their geology, engineering, and

environmental impact, in Proceedings of the Multidisciplinary Conference on Sinkholes

(1st, Orlando): Boston, A.A. Balkema, p. 69-85.

Dausse (1842): Mémoire: De la pluie et de l’influence des forêts sur les cours d’eau,

No de mars et avril, Annales des Ponts et Chaussées, 198-201.

Davies, W.E., and LeGrand, H.E., 1972, Karst of the United States, in Herak, M., and

Stringfield, V.T., eds., Karst, important karst regions of the northern hemisphere:

Elsevier, Holland, p. 467-505.

Delleur, J. (1999): The Handbook of Groundwater Enginering. CRC Presws LLC.

de Marcily, G., Delay, F., Gonçalvès, J., Renarc, P., Teles, V., Violette, S. (20059:

Dealing with spatial heterogeneity, Hydrogeol. Journ, 13, 1, 161-183

211

Domenicco, P.A.(1972): Concepts nad models in groundwater hydrology, pp 405.

McGraw Hill, New York.

Domenico,P.A. & Schwartz (1990): Phisical and chemical hydrogeology, pp.824. John

Wiley & Sons, NewYork.

Douglas, G.R., Grant, C.E., Bell, R.D.L., Salamone, M.F., Heddle, J.A., and Nestmann,

E.R., 1983, Comparative mammalian in vitro and in vivo studies on the mutagenic

activity of rhodamine WT: Mutation Research, v. 118, p. 117-125.

Drogue, G. (1964). Etude géologique et hydrométrique des principales résugnences de

la région Nord-Montpellieraine. Thèse 3e cycle, Montpellier

Duley, James W., 1983, Geologic aspects of individual home liquid-waste disposal in

Missouri: Missouri Department of Natural Resources, Division of Geology and Land

Survey, Engineering Geology Report, no. 7, 78 p.

Fernandopullé, D. (1961): La Fecht. Etude hydrologique, Thèse 3e cycle, Paris

Fetter, C.W., Jr., 1980, Applied Hydrogeology: Columbus, Ohio, Charles E. Merrill

Publishing Company, Inc., 714 p.

Fidelibus, C. (2005): Predictive models for the fluid flow in fractured aquifers. In.

Groundwater management of coastal karstic aquifers. COST Action 621, 79-84,

Brussels.

Fischer, H.B., 1968, Dispersion predictions in natural streams: American Society of

Civil Engineers, Journal of the Sanitary Engineering Division, v. 94, no. SA5, p. 927-

943.

212

Ford, D.C., 1967, Sinking Creeks of Mt. Tupper: A remarkable groundwater system in

Glacier National Park, B.C.: Canadian Geographer, v. 11, p. 49-52.

Ford, D., C. & Williams, P. W. (1992): Karst geomorphology and hydrology, Champan

and Hall, Unuversity Press Cambridge

Forkasiewiez, J. et Paloc, H. (1965): Le régime de tarissement de la Foux de la Vis.

Colloque sur l’hydrolologie zones des roches fissurées. Unesco, Dubrovnik.

FourierJ.B.J. (1822): Théorie Analitique de la Chaleur . F. Didot, Paris

Freeze,R.A. & Cherry,J,A.(1979): Groundwater, pp 604.Prentice Hall, New Jersey.

Friedrich, H., 1981, The hydrochemistry of recharge in the unsaturated zone, with

special reference to the Carboniferous Limestone aquifer of the Mendip Hills, (Ph.D.

dissertation, Geography): Bristol, England, University of Bristol, 368 p.

Friedrich, H., and Smart, P.L., 1981, Dye tracer studies of the unsaturated zone

recharge of the Carboniferous Limestone aquifer in the Mendip Hills, England, in

Proceedings of the Eighth International Speleological Congress, Bowling Green,

Kentucky, v. 1, p, 283-286.

Gale, S.J., 1984, The hydraulics of conduit flow in carbonate aquifers:Journal of

Hydrology, v. 70, p. 309-327.

Ganz, C.H., Schultz, J., Stensby, P.S., Lyman, F.L., Macek, K., 1975, Accumulation

and elimination studies of four detergent fluorescent whitening agents in Bluegill

(Lepomis Macbrocbirus): Environmental Science and Technology, v. 9, p. 738-744.

213

Giles, C.H., 1974, A laboratory course in dyeing, 3rd ed.: Society of Dyers and

Colorists, Bradford, 156 p.

Gjurašin, K. (1942): Prilog hidrografiji primorskog krša, Tehnički vjestnik, godište 59,

br. 4-6

Gjurašin, K. (1943): Prilog hidrografiji krša, Tehnički vjestnik, godište 60 br. 1-2

Gunn, John, 1985, A conceptual model for conduit flow dominated karst aquifers, in

Proceedings of the International Symposium on Karst Water Resources, Ankara, in

press. Hem, John D, 1985, Study and interpretation of the chemical characteristics of

natural water: U.S. Geological Survey Water Supply Paper 2254, 264 p.

Herak, M, Bahun, S. & Magdalenić, A. (1969): Pozitivni i nergativni utjecaji na razvoj

krša u Hrvatskoj, Krš Jugoslavije, Zagreb,

Hlavek, R., Lévêque, P. 1960): Contribution à l’étude hydogéologique du Haut Atlas de

Demnate (Maroko). La Houille Blanche. Grenoble

Hubbard, E.F., Kilpatrick, F.A., Martens, L.A., and Wilson, J.F., Jr., 1982, Measurement

of time of travel and dispersion in streams by dye tracing: U.S. Geological Survey

Techniques of Water-Resources Investigations, Book 3, Chapter A9, 44 p.

Jennings, J.N., 1985, Karst geomorphology: New York, Basil Blackwell, Inc., 293 p.

Jevñević, V.(1955): Metode za odreñivanje probližnog bilansa zatvorenih i plavljenih

krških polja. Zbornik radova Inst. Jaroslav Černi, br. 3., Beograd

Jones, U.K., 1984, Analysis and interpretation of data from tracer tests in karst areas:

National Speleological Society Bulletin, v. 46, no, 2, p. 42-47.

214

Jović, V. (2006): Osnove hidromehanike, Element, Zagreb.

Kilpatrick, F.A., 1972, Automatic sampler for dye tracer studies: Water Resources

Research, v. 8, no. 3, p. 737-742. Kilpatrick, F.A., and Cobb, D.D., 1985,

Measurement of discharge using tracers: U.S. Geological Survey Techniques of Water-

Resources Investigations, Book 3, Chapter A16, 52 p.

Kilpatrick, F.A., and Taylor, K.R., 1986, Generalization and applications of tracer

dispersion data: Water Resources Bulletin, v. 22, no. 4, p. 537-548.

Komatina, M., 1975, Development conditions and regionalization of karst, in Burger,

A., and Dubertret, L., eds., Hydrogeology of karstic terrains, International Association

of Hydrogeologists, International Union of Geological Sciences: Paris, France, ser. B,

no. 3, 190 p.

Kresic, N. (1997): Hydogeology and groundwater modeling. CRC Press, Lewis

Publishers, New York

LeGrand, H.E., Springfield, V.T., and LaMoreaux, P.E., 1976, Hydrologic features of

United States karst regions in Karst Hydrology: Water Resources Publications, v. 1, p.

31-46.

Lyman, F.L., Schultze, J., Ganz, C.R., Stensby, P.S., Keplinger, M.L., and Calendra,

J.C., 1975, Long-term toxicity of four fluorescent brightening agents: Food and

Cosmetic Toxicology, v. 13, p. 521-527

Magrin, J. (1954): Remarques sur quelques relations entre la pluie et les écoulements

dans le basin versant de l’usine de Marèges, sur la Dordogne. IIIe Journ. De

l’Hydraulique. Soc. Hydotechnique de France La Houille Blanche, 100-105. Grenoble

215

Mangin, A. (1975): Contribution à l’étude hydodynamique des aquifères karstique.

Doctorale thése, Univ. Dijon

Maillet, E. (1905): Essais d’hydraulique souterraine et fluviale, Herman et Cie, p. 218,

Paris.

Marsaud, 1996): Structure et fonctionnement de la zone noyée des karsts à partir des

résultats expérimentaux. Doctorale thése, p. 305, Orsay, Paris XI

Matić, N. (2007): Primjena tehnike trasiranja podzemne vode u krškim terenima. Javni

seminar. RGN fakultet, Zagreb.

Mazor, E., 1976, The Ram Crater Lake, a note on the revival of a 2,000 year old

ground-water tracing experiment, in Interpretation of Environmental Isotope and

Hydrochemical Data in Groundwater Hydrology: Vienna, International Atomic Energy

Agency, p. 179-181.

Mégnien, Cl. (1964): Observation hydrogéologoques sur le S.E. du Bassin de Paris. Les

circulations aquifères dan le Jurassique te le Crétacé de l’Yone. Mém. B.R.G.M. Paris

Milanović, Petar T., 1981, Karst hydrogeology: Littleton, Colorado, Water Resources

Publications, 434 p. Monroe, W.H., 1970, A glossary of karst terminology: U.S.

Geological Survey Water Supply Paper 1899-K 26 p.

Motyka, J. (1998): A conceptual model of hydraulic networks in carbonate rocks,

illustrated by examples from Poland. –Hydogeology Journal, 6/4, 469-482.

Mull, D.S., and Lyverse, M.A., 1984, Ground-water hydrology of the Elizabethtown

area, Kentucky: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 84-

4075, 59 p.

216

Mull, D.S., and Smoot, J.L., 1986, Ground water flow characteristics described by

quantitative dye tracing in karst terrane in the Elizabethtown area, Kentucky, in

Proceedings of the Environmental Problems in Karst Terranes and Their Solutions

Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-30, 1986, p. 407-422.

Mull, D.S., Smoot, J.L., and Liebermann, T.D., 1988, Dye tracing techniques used to

determine ground-water flow in a carbonate aquifer system near Elizabethtown,

Kentucky: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 87-4174, 95

p.

Mull, D.S. , Liebermann, T.D., Smoot, J.L. and Woosley, L.H. Jr., (1989):

APPLICATION OF DYE-TRACING TECHNIQUES FOR DETERMINING SOLUTE-TRANSPOR

CHARACTERISTICS OF GROUND WATER IN KARST TERRANES, Digital Version:

www.karstwaters.org

Narasimhan,T.N. (2005): Hydrogeology in Nort America: past and future.

Hydrogeology Journal, 13, 1, 7-24

Newton, J.G., 1987, Development of sinkholes resulting from man’s activities in the

Eastern United States: U.S. Geological Survey Circular 968, 54 p. Palmer, A.N., 1981,

A geological guide to Mammoth Cave National Park, Teaneck, N.J.: Zephyrus Press,

Inc.

Quinlan, James F., 1981, Hydrologic research techniques and instrumentation used in

the Mammoth Cave Region, Kentucky, in Roberts, T.G., ed., Geological Society of

America, Cincinnati, 1981 Field Trip Guidebook, V. 3, p. 502-504.

----- 1986a, Recommended procedures for evaluating the effects of spills of hazardous

materials on ground water quality in karst terranes, in Environmental Problems in

Karst Terranes and Their Solutions Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-

30, 1986, Proceedings, p. 183-196.

217

----- 1986b, Discussion of “Ground Water Tracers” by Davis and others: Ground

Water, v. 24, no. 2, p. 253-259; no. 3, p. 396-397.

----- 1987a, Qualitative water-tracing with dyes in karst terranes: in, Quinlan, J.F.,

ed., Practical Karst Hydrogeology, with Emphasis on Groundwater Monitoring (course

manual): National Water Well Association, Dublin, Ohio, v. 6, p. E1-E24.

----- 1987b, Response to reply by Stanley N. Davis (1986) to discussion of Ground

Water Traces: Quinlan, J.F., ed., Practical Karst Hydrogeology, with Emphasis on

Ground Water Monitoring (course manual): National Water Well Association, Dublin,

Ohio, v. 7, p. EP 91-97.

Quinlan, James F., and Aley, Thomas, 1987, Discussion of a new approach to the

disposal of solid wastes in land by R.C. Heath and J.H. Lehr: Ground Water, v. 25, no.

3, p. 258-266 and v. 25, no. 5, p. 615-616.

Quinlan, James F., and Ewers, Ralph O., 1981, Hydrogeology of the Mammoth Cave

region, Kentucky, in Roberts, T.G., ed., Geological Society of America Cincinnati ’81

Field Trip Guidebooks: Washington, D.C., American Geological Institute, v. 3, p. 457-

506.

----- 1985, Ground water flow in limestone terranes: Strategy rationale and procedure

for reliable, efficient monitoring of ground water quality in karst area, in Proceedings

of the Fifth National Symposium and Exposition on Aquifer Restoration and Ground

Water Monitoring: Worthington, Ohio, National Water Well Association, p, 197-234.

Quinlan, J.F., Ewers, R.O., Ray, J.A., Powell, R.L., and Krothe, N.C., 1983,

Groundwater hydrology and geomorphology of the Mammoth Cave Region, Kentucky,

and of the Mitchell Plain, Indiana, in Shaver, R.H., and Sunderman, J.A., eds., Field

Trips in Midwestern Geology: Bloomington, Indiana, Geological Society of America and

Indiana Geological Survey, V. 2, p. 1-85.

218

Quinlan, J.F., and Ray, J.A., 1981, Ground water basins in the Mammoth Cave region,

Kentucky: Friends of the karst, Occasional Publication no. 1, 1 map.

Quinlan, J.F., and Rowe, D.R., 1977, Hydrology and water quality in the Central

Kentucky Karst, phase 1: University of Kentucky Water Resources Research Institute,

Research Report 109, 93 p.

Quinlan, J.F., Saunders, J.W., and Ewers, R.O., 1978, Distributary flow within karst

aquifers: Description, occurrence, and function of groundwater dispersal conduits and

later stages of their development (abs.): Geological Society of America, Abstracts with

Programs, v. 10, p. 475.

Quinlan, J.F., and Smart, P.L., 1977, Identification of dyes used in water tracing: A

suggestion to improve communication: in Third International Symposium on

Underground Water Tracing, Ljubljana-Bled, 1976, Proceedings, v. 2, p. 263-267.

Rafat, G., Lehmann, B, Toumani , A. & Rueter, H. (2001): Characterisation of rock

ahead and around tunnels and boreholes by use of geophysical and geological

methods , International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Volume 38,

Issue 6, September 2001, Pages 903-908

Rubinić, J.(1999): Idejno rješenje razvitka izvorišta regionalnog vodoopskrbnog

sustava Istre, Hidrologija, nepublicirano.

Rubinić, J., Kokuljan, I., Batelić, A.: (2000):Hidrološka analiza zaslanjenja labinskog

izvoriišta vodoopskrbe Fonte Gaia u rujnu 1998. Hrvatske vode, 8/30, 17-24

219

SARNAVKA, R. (1952): Otvaranje vodnih horizonata na Brijunskim otocima dubokim

bušenjem i ispitivanje njihovoga kapaciteta kašikovanjem. Geol. vijesnik, 2-4, 151-

167. Zagreb.

Schuster, E.T., and White, W.B., 1971, Seasonal fluctuations in the chemistry of

limestone springs: A possible means for characterizing carbonate aquifers: Journal of

Hydrology, v. 14, p. 93-128.

----- 1972, Source areas and climatic effects in carbonate groundwaters determined by

saturation indices and carbon dioxide pressures: Water Resources Research, v. 8, p.

1067-1073.

Skelton, John, and Miller, Don E., 1979, Tracing subterranean flow of sewageplant

effluent in lower Ordovician dolomite in the Lebanon area, Missouri: Ground Water, v.

17, no. 5, p 476-486.

Smart, P.L., 1972, A laboratory evaluation of the use of activated carbon for the

detection of tracer Rhodamine WT: Master’s thesis, University of Alberta, 118 p.

----- 1977, Catchment delineation in karst areas by the use of quantitative tracer

methods, in papers from Third International Symposium on Underground Water

Tracing, University Press of Ljubljana, Yu., v. 2, p. 198-297.

----- 1981, Variation of conduit flow velocities with discharge in the Longwood to

Cheddar Rising systems, Mendip Hills, in the Proceedings of the 8th International

Congress of Speleology, v. 1, p. 333-337.

----- 1984, A review of the toxicity of twelve fluorescent dyes used for water tracing:

National Speleological Society Bulletin, v. 46, no. 2, p. 21-33.

Smart, P.L., Atkinson, T.C., Laidlaw, I.M.S., Newson, M.D., and Trudgill, S.T., 1986,

Comparison of the results of quantitative and nonquantitative tracer tests for

220

determination of karst conduit networks: An example from the Traligill basin, Scotland,

in Earth Surface Processes

and Landforms, v. 11, p. 249-261.

Smart, P.L., and Hobbs, S.L. 1986, Characterization of carbonate aquifers: A

conceptual base, in the Proceedings of the Environmental Problems in Karst Terranes

and Their Solutions Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-30, 1986:

Dublin, Ohio, National Water Well Association, p. 1-14.

Smart, P.L., and Laidlaw, I.M.S., 1977, An evaluation of some fluorescent dyes for

water tracing: Water Resources Research, v. 13, no. 1, p. 15-33.

Smoot, J.L., Mull, D.S., and Liebermann, T.D., 1987, Quantitative dye tracing

techniques for describing the solute transport characteristics of groundwater flow in

karst terrane, in Proceedings of the 2nd Multidisciplinary Conference on Sinkholes and

the Environmental Impacts of Karst, Orlando, Florida, February 9-11, 1987, p. 269-

275.

Society of Dyers and Colorists and American Association of Textile chemists, 1971-

1982, Colour Index, 3rd ed.: Bradford, 7 v., 6460 p.

Spangler, L.E., Byrd, P.E., and Thrailkill, J., 1984, Use of optical brighteners and direct

yellow dyes for water tracing in the Inner Blue Grass karst region, Kentucky: National

Speleological Society Bulletin, v. 46, no. 2, p. 10-16.

STACHE, G. (1889): Die Wasserversorung von Pola. Jahr. geol Reichsant. 39, 83-180,

Wien.

Stanton, W.I., and Smart, P.L., 1981, Repeated dye traces of underground streams in

the Mendip Hills, Somerset, in Proceedings of the University of Bristol Speleological

Society, v. 16, no. 1, p. 47-58.

221

Steinheimer, Thomas R., and Johnson, Sharon M., 1986, Investigation of the possible

formation of diethylnitrosamine resulting from the use of rhodamine WT dye as a

tracer in river waters: U.S. Geological Survey Water Supply Paper 2290, p. 37-49.

Stringfield, V.T., 1966, Artesian water in Tertiary limestone in the southeastern

States: U.S. Geological Survey Professional Paper 517, 226 p.

Sweeting, M.M., 1973, Karst landforms: New York, Columbia University Press 362 p.

Thrailkill, John, 1985, The Inner Blue Grass region, in Caves and Karst of Kentucky:

Kentucky Geological Survey, series XI, special publication 12, p. 28-62.

Šumanovac, F. (2007): Geofizička istraživanja podzemnih voda, Rudarsko-geološko-

naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb

Terzić, J (2007): Hidrogeologija jadranskih krških otoka. Doktoraska disertacija. RGN

fakultet, Zagreb.

Thrailkill, John, Spangler, L.E., Hopper, W.M., Jr., McCann, M.R., Troester, J.W., and

Gruzie, D.R., 1982, Groundwater in the Inner Blue Grass karst region, Kentucky:

University of Kentucky Water Research Institute, Research Report 136, 136 p.

Udenfriend, Sidney, 1962, Fluorescence assay in biology and medicine: New York,

Academic Press, Inc., 517 p.

Urumović, K. (2000): Uvjeti prodora morske vode u krški vodonosnik pulskih zdenaca,

2. hrvatski geološki kongres, Cavtat – Dubrovnik, Zbornik radova, 815-820, Zagreb.

Urumović, K., Rubinić, J. (2000): Razvitak izvorišta u funkciji rješavanja vodoopskrbe

u Vodoopskrbni sustav Istre, Idejno rješenje sustava izvorišta vode u regionalnom

prostoru, Knjiga 1 (ur. D. Mihelčić, Hidroprojekt-ing). 177-198. Zagreb

222

Urumović, K. (2003): Infiltracija kao element vodne bilance, Zbornik radova seminara

“Praktična hidrologija, Društvo grañevnih inženjera I Hrvatsko hidrološko društvo, 61-

78, Zagreb.

U.S. Environmental Protection Agency, 1984, Ground-water protection strategy: Office

of Ground-Water Protection, 56 p.

Vandike, J.E., 1982, The effects of the November 1981 liquid fertilizer pipeline break

on groundwater in Phelps County, Missouri: Unpublished report on file with Missouri

Department of Natural Resources, Division of Geology and Land Survey, 27 p.

VLAHOVIĆ, T. (1999): Utjecaj okoliša na podzemne vode u Istri. Doktorska disertacija.

Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet.

White, Elizabeth L., and White, William B., 1974, Analysis of spring hydrography as a

characterization tool for karst aquifers, in Rauch, H.W., and Werner, E., eds., in the

Proceedings of the Conference on Karst Geology and Hydrology (4th, Morgantown,

West Virginia), p. 103-106.

White, W.B., 1969, Conceptual models for carbonate aquifers: Ground water, v. 7, no.

3, p. 15-21.

White, W.B., and Schmidt, V.A., 1966, Hydrology of the karst area in eastcentral West

Virginia: Water Resources Research, v. 2, p. 549-560.

Wilson, J.F., Jr., Cobb, E.D., and Kilpatrick, F.A., 1986, Fluorometric procedures for

dye tracing: U.S. Geological Survey Techniques of Water- Resources Investigations,

Book 3, Chapter A12, 34 p.

Zeizel, A.J., Walton, W.C., Sasman, R.T., and Prickett, T.A., 1962, Groundwater

resources of Dupage County, Illinois: Illinois State Water Survey, Ground-Water

report, no. 2, 103 p.

223

----- 1986, Secondary maximum contaminant levels (section 143.3 of part 143,

National secondary drinking-water regulations): U.S. Code of Federal Regulations, Title

40, parts 100 to 149, revised as of July 1, 1986, p. 587-590.

----- 1986, Models and methods for shallow conduit-flow carbonate aquifers, in

proceedings of the Environmental Problems in Karst Terranes and Their Solutions

Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-30, 1986: Dublin, Ohio, National

Water Well Association, p. 17-31.

----- 1986, Water tracing using a scanning spectrofluorometer for detection

offluorescent dyes, in Proceedings of the Environmental Problems in Karst Terranes

and Their Solutions Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-30, 1986, p.

389-406.

----- 1987a, Guidance for applicants for state wellhead protection program assistance

funds under the Safe Drinking Water Act: Office of Ground- Water Protection, 53 p.

----- 1987b, Guidelines for delineation of wellhead protection areas,: Office of Ground-

Water Protection, 194 p.

----- 1986, Models and methods for shallow conduit-flow carbonate aquifers, in

proceedings of the Environmental Problems in Karst Terranes and Their Solutions

Conference, Bowling Green, Kentucky, October 28-30, 1986: Dublin, Ohio, National

Water Well Association, p. 17-31.

----- 1977, Conceptual models for carbonate aquifers: Revisited in Dilamarter, R.R.,

and Csallancy, C.S., eds., Hydrologic problems in karst regions: Western Kentucky

University Press, Bowling Green, Kentucky, p. 176-187.

----- 1988, Geomorphology and hydrology of karst terranes: New York, Oxford

University Press, 432 p.

224