POGLAVLJE - rgf.bg.ac.rsrgf.bg.ac.rs/predmet/RO/III semestar/Osnovi hidrogeologije/Predavanja... · U zoni aeracije mogu se izdvojiti tri pojasa: ... Zona zasićenja slobodnim (gravitacionim)

IZDANI

Osnovi hidrogeologije

VIPOGLAVLJE

Osnovi hidrogeologije (Prof. Dr Veselin Dragišić)

VERTIKALNI RASPORED PODZEMNIH VODAVERTIKALNI RASPORED PODZEMNIH VODA

VVode koje se u vidu atmosferskih padavina izluode koje se u vidu atmosferskih padavina izluččuju na zemljinu povruju na zemljinu površšinu, rashoduju se inu, rashoduju se na povrna površšinski oticaj, isparavanje i infiltraciju. Deo voda koji se infilinski oticaj, isparavanje i infiltraciju. Deo voda koji se infiltrira ispod povrtrira ispod površšine ine zemlje zadrzemlje zadržžava se u rastresitom zemljiava se u rastresitom zemljišštu, a deo se infiltrira dublje, do nivoa slobodnih tu, a deo se infiltrira dublje, do nivoa slobodnih podzemnih voda.podzemnih voda.

Zavisno od promene temperature i pritiska u litosferi, menjaju sZavisno od promene temperature i pritiska u litosferi, menjaju se i stanja vode, njena e i stanja vode, njena struktura i svojstva. Prelaz vode iz jednog agregatnog stanja u struktura i svojstva. Prelaz vode iz jednog agregatnog stanja u drugo, kao i drugo, kao i karakteristikarakterističčne strukture vode, predstavljaju osnovu za izdvajanje hidrofizine strukture vode, predstavljaju osnovu za izdvajanje hidrofiziččkih zona. U kih zona. U podzemnom delu hidrosfere javljaju se sledepodzemnom delu hidrosfere javljaju se sledećće hidrofizie hidrofiziččke zone:ke zone:

zona aeracije,zona aeracije,zona zamrzavanja podzemnih voda zona zamrzavanja podzemnih voda iizona zasizona zasiććenja podzemnih vodaenja podzemnih voda..


Zona aeracije ili nadizdanska zona obuhvata gornje slojeve litosfere, od površine zemlje, do površine slobodnih podzemnih voda (slika VI-1). U ovoj zoni su pore, pukotine, kavernei drugi oblici poroznosti, obično zapunjeni vazduhom, vodenom parom, kao i fizičkivezanim i kapilarnim vodama.

ZONA AERACIJEZONA AERACIJE

Slika VI-1. Vertikalni raspored podzemnih vodaI - rudinski pojas; II - prelazni pojas; III - kapilarni pojas;

IV - zona zasićenja slobodnim podzemnim vodama;1 - vodopropusne stene; 2 - vodonepropusne stene; 3 - izvor;

4 - infiltracija atmosferskih voda; 5 - pravac kretanja podzemnih voda


Kroz zonu aeracije ostvarena je tesna veza podzemnih voda i vodaKroz zonu aeracije ostvarena je tesna veza podzemnih voda i voda atmosferskog porekla, atmosferskog porekla, koje se infiltriraju u dublje delove koje se infiltriraju u dublje delove litosferelitosfere, gde popunjavaju rezerve podzemnih voda. S , gde popunjavaju rezerve podzemnih voda. S druge strane, kroz zonu aeracije vrdruge strane, kroz zonu aeracije vršši se gubljenje, odnosno i se gubljenje, odnosno isparavanje podzemnih vodaisparavanje podzemnih voda..

U zoni aeracije mogu se izdvojiti tri pojasa:U zoni aeracije mogu se izdvojiti tri pojasa:

kapilarni,prelazni irudinski


Zona zasićenja slobodnim (gravitacionim) vodama obuhvata delove litosfere ispodnivoa slobodnih podzemnih voda. U ovojzoni su oblici poroznosti, tj. pore, pukotine i kaverne, zapunjeni slobodnim i fizičkivezanim vodama. Izuzetak čine delovilitosfere u kojima su u poroznimtvorevinama, formirana ležišta nafte i gasa.

Gornju granicu zasićenja podzemnimvodama čine zona aeracije ili zonazamrzavanja. U određenim hidrogeološkimuslovima gornja granica zone zasićenjamože biti predstavljena vodonepropusnimstenskim masama (slika VI-2).

Donja granica zone zasićenjapredstavljenaje vodonepropustnim stenama.

ZONA ZASIZONA ZASIĆĆENJA SLOBODNIM PODZEMNIM VODAMAENJA SLOBODNIM PODZEMNIM VODAMA

Slika VI-2. Šema zaleganja nekih tipova podzemnih vodaI - zona aeracije; II - zona zasićenja slobodnim podzemnim vodama;

1,2 - vodopropusne stene; 3 - vodonepropusne stene; 4 - nivo podzemnih vodalebdeće izdani; 5 - slobodni nivo podzemnih voda; (1) - lebdeća izdan; (2) -podzemne vode sa slobodnim nivoom; (3) - podzemne vode sa nivoom pod

pritiskom


Slika VI-4. Lebdeća izdan na proslojku vodonepropusnog tufa, u okviruvodopropusnih lava (Stepanović, 1962)

Lebdeća izdan. Manje akumulacije slobodnih podzemnih voda, odnosno zone zasićenja, koje se formiraju u zoni aeracije na sočivima ili proslojcima nepropusnih stena, narelativno malim dubinama ispod površine terena nazivaju se lebdećim izdanima.

Slika VI-3. Lebdeća izdan na proslojcima vodonepropusnih boksita u okviru vodopropusnih krečnjačkih naslaga (Stepanović, 1962)


POJAM I FORMIRANJE IZDANIPOJAM I FORMIRANJE IZDANIGeološke sredine potpuno ili delimično zasićene slobodnim podzemnim vodama, sposobne da akumuliraju i odaju podzemne vode, predstavljaju izdani.

Izdan se u stručnoj praksi često naziva aquifer (engleski, nemački) ili aquifére (francuski).

Debljina zone zasićenja kod ledbećih izdani je mala, obično ne prelazi 1 - 3 m.

Bez obzira na male rezerve izdanskih voda, one se široko koriste za vodosnabdevanjeindividualnihdomaćinstava.

U naseljenim mestima često dolazi do zagađenja lebdećih izdani usled male dubinezaleganja.

Osnovni faktori koji određuju hidrodinamičke karakteristike nivoa izdani su: geološki, geomorfološki i fizičko-geografski.

KLASIFIKACIJA IZDANI NA OSNOVU HIDRODINAMIKLASIFIKACIJA IZDANI NA OSNOVU HIDRODINAMIČČKIH KIH KARAKTERISTIKA NIVOAKARAKTERISTIKA NIVOANa osnovu hidrodinamičkih karakteristika nivoa sve izdani se dele na:

izdani sa slobodnim nivoom iizdani sa nivoom pod pritiskom.


Izdani sa slobodnim nivoom formiraju se u vodonosnim sredinama koje leže navodopropusnim ili relativno vodonepropusnim sredinama, a koje su preko zone aeracijepovezane s atmosferom.

Ove izdani su široko rasprostranjene u prirodi. Najčešće su formirane u rastresitimkvartarnim i neogenim naslagama, ali i u ispucalim i karstifikovanim sredinama.

IZDAN SA SLOBODNIM NIVOOMIZDAN SA SLOBODNIM NIVOOM

Površina izdanske zone, odnosno nivo izdani, u neposrednoj je vezi s atmosferom, takoda je pritisak na površini slobodnih podzemnih voda ravan atmosferskom.

Veza s atmosferom uslovljava da dubina zaleganja nivoa, temperatura i ukupnamineralizacija, hemijski, gasni, radiološki i bakteriološki sastav podzemnih voda podležekolebanjima, zavisno od savremenih klimatskih faktora i dr.

Hranjenje izdani vrši se na račun infiltracije voda nastalih od atmosferskih taloga, površinskih voda reka, jezera i drugih prirodnih i veštačkih akumulacija, kondenzacijevodene pare, kao i na račun isticanja iz dubljih vodonosnih sredina.

OpOpšštete karakteristikekarakteristike izdaniizdani sasa slobodnimslobodnim nivoomnivoom


Slobodni nivo izdani

Površina slobodnih podzemnih voda, koja može da se izdiže ili spušta u zavisnosti od doticaja ilioticaja vode iz izdani, naziva se nivo izdani. Posmatrajući nivo vode u nekom bunaru može se zapaziti da je to ravna površina (slika VI-5). Međutim, posmatrajući šire područje, to je po pravilu, zatalasana površina, najčešće saglasna reljefu terena. Ispod uzvišenja u reljefu izdan je obično naapsolutno višim nivoima, nego što je to slučaj ispod depresija u reljefu. Ta saglasnost se u određenim delovima terena narušava, usled isticanja izdanskih voda na površinu terena (slika VI-6).

Slika VI-5. Slobodni nivo izdani u bunaruS - dubina do nivoa izdani;

NI - nivo izdani

Slika VI-6. Odnos reljefa terena i nivoa izdani


Hidroizohipse. Hidroizohipse su linije koje spajaju sve tačke na slobodnoj površinipodzemnih voda neke izdani sa istim apsolutnim visinama.

Slika VI-7. Karta hidroizohipsi (a) i hidrogeološki profil terena (b)

1 - hidroizohipse u apsolutnim kotama; 2 - pijezometar (sa leve strane broj pijezometra, sadesne strane u brojiocu dubina do nivoa izdani a u

imeniocu apsolutna kota nivoa izdani); 3 - izvor; 4 - pravac kretanja podzemnih voda;

5 - trasa profila; 6 - nivo izdani;

Karte hidroizohipsi rade se metodomekstrapolacije. Neophodni podaci za njihovuizradu, dobijaju se na osnovu izučavanjapoložaja nivoa podzemnih voda u bušotinama, bunarima i delovima terena s prirodnimisticanjem izdanskih voda (izvori, pištevine).


Na osnovu karte hidroizohipsi, možemo odrediti sledeće karakteristike izdanskih voda:

pravac i smer kretanja izdanskih voda,hidraulički gradijent nivoa izdanskih voda,dubinu zaleganja izdanskih voda na nekom odabranom punktu i njihov odnos s reljefom terena,karakter uzajamne veze izdanskih i površinskih voda i dr.

Pravac kretanja izdanskih voda upravan je na hidroizohipse, a smer je od hidroizohipsi s višim apsolutnim visinama ka nižim.

Hidraulički gradijent (I) dobija se iz odnosa:

A-B

AB

LH- H= I

u kojem su:

HA i HB - apsolutne kote hidroizohipsi u tačkama A i B (m) iLB-A - horizontalno rastojanje između tačaka A i B (m).

Ukoliko su hidroizohipse nekog terena gušće, utoliko je nagib izdanske zone (hidraulički gradijent) veći i obrnuto.


Hidroizobate. Linije koje spajaju tačke sa jednakim dubinama zaleganja do površine(nivoa) izdanskih voda, nazivaju se hidroizobatama (slika VI-8).

Kao i kod izrade karata hidroizohipsi, i karte hidroizobata se crtaju za više stanja nivoaizdani (Hmax, Hsr, Hmin).

Slika VI-8. Karta hidroizobata

Merenje nivoa nivoa podzemnih voda- Bućkala- električni nivomeri- limnigrafi


Elementi izdani sa slobodnim nivoomJedna izdan sa slobodnim nivoom ima sledeće elemente:

oblast rasprostranjenja izdani,izdansku i nadizdansku zonu,oblast hranjenja izdani izonu isticanja odnosno dreniranja izdani.

Slika VI-9. Oblast rasprostranjenja izdani u vodonosnim aluvijalnim nanosima

(a - u planu; b - u profilu)1 - bezvodne stene; 2 - vodonosni aluvijalni nanos;

3 - nivo izdani; 4 - granica slivnog područja; 5 - trasa hidrogeološkog profila


Slika VI-10. Oblast rasprostranjenja izdanikoja se poklapa s površinom sliva nekog

vodotoka (a - u planu; b - u profilu)1 - ispucali (vodonosni) graniti; 2 - kompaktni

(bezvodni) graniti; 3 - granica između vodonosnihi bezvodnih granita; 4 - nivo izdani;

5 - vododelnica; 6 - trasa hidrogeološkog profila; 7 - izvor


Slika VI-11. Izdan u aluvijalnim nanosima1 - vodonosni šljunkovi i peskovi; 2 - bezvodne stene;3 - nivo izdani; H1, H2, H3, H4 - debljina izdanske zone


Slika VI-12. Unutrašnja i spoljašnjaoblast hranjenja izdani u

karstifikovanim krečnjacima1 - bezvodne stene; 2 - vodonosni

karstifikovani krečnjaci; 3 - nivo izdani; 4 - izvor; 5 - površinski oticaj;

6 - padavine


Slika VI-13. Poklapanje zone hranjenja izdani s površinom sliva1 - vodonosne stene; 2 - bezvodne stene; 3 - nivo izdani;

4 - padavine; 5 - površinski oticaj; 6 - morfološka vododelnica


Slika VI-14. Nesaglasnost morfološke i podzemne vododelnice1 - vodonosni karstifikovani krečnjaci; 2 - bezvodne stene; 3 – nivo

izdani; 4 - morfološka vododelnica; 5 - podzemna vododelnica;6 - padavine; 7 - izvor


Slika VI-15. Različiti vidovi oblasti dreniranjaa) - direktno u rečne tokove;

b) - preko izvora;c) - difuzno isticanje u vidu pištevina;

d) - druge izdani


IZDAN SA NIVOOM POD PRITISKOM (ARTESKA IZDAN)

Izdani formirane u vodonosnim geološkim sredinama koje su pokrivene vodonepropusnimili relativno vodonepropusnim sredinama, i koje se karakterišu pritiskom koji uslovljavaizdizanje nivoa podzemnih voda iznad vodonepropusne povlate, pri otkrivanju vodonosnesredine bušenjem, nazivaju se izdani pod pritiskom.

Ove izdani se nazivaju i arteskim. Ime su dobile po provinciji Artoa (Artois) u južnojFrancuskoj (stari naziv Artesia), gde je 1126. godine urađen prvi bunar u Evropi, koji jedavao vodu pod pritiskom. Takvi bunari nazvani su arteski. Kasnije su ovim pojmomobuhvaćene sve vodonosne sredine u kojima se voda nalazi pod pritiskom. Pri njihovomotkrivanju, podzemne vode izbijaju na površinu ili blizu površine terena, ali uvek iznadvodonosne sredine.


Opšte karakteristike arteske izdani

Obuhvataju izdansku zonu, odnosno vodonosnu sredinu, potpuno zasićenu slobodnim podzemnim vodama koje se nalaze između vodonepropusne podine i povlate. Nadizdanska zona, odnosno zona aeracije izostaje kod izdani pod pritiskom. Donja granica izdani je vodonepropusna podina, a gornja granica je vodonepropusna povlata.

Oblast hranjenja i formiranja pritiska i oblast rasprostranjenja se ne poklapaju i često su znatno udaljene jedna od druge.

Otkrivanjem arteskih vodonosnih sredina bušotinama, podzemne vode se, pod pritiskom izdižu iznad krovine vodonosne sredine (horizont, kompleks). Nivo izdani može biti iznad ili ispod površine terena. U odnosu na položaj nivoa izdani u odnosu na površinu terena, razlikujemo prave arteske i subarteske izdani. Prave arteske izdani odlikuju se nivoom podzemnih voda koji se nalazi iznad površine terena u posmatranoj tački nekog regiona. Kod subarteskih izdani, nivo podzemnih voda nalazi se ispod površine terena, ali uvek iznad vodonosne sredine.

Arteski sistemi mogu biti ostvareni u vodonosnim sredinama kako međuzrnske tako i pukotinske i kavernozne poroznosti (slike VIII-18, VIII-19, VIII-20 i VIII-21). Najčešće se formiraju u vodonosnim sredinama u okviru odgovarajućih geološko-tektonskih oblika kao što su: sinklinale, monoklinale, fleksure, nagnute sedimentne serije slojeva i rasedne zone.


o 2+ 2+1 dH = 10mg / l CaO = 7.2mg / l MgO = 0.357mg.ekv.Ca + Mg


Režim arteskih voda je znatno stabilniji u odnosu na izdani sa slobodnim nivoom. Pijezometarski nivo je mnogo manje podložan dnevnim, mesečnim i sezonskim kolebanjima. Temperatura podzemnih voda, po pravilu, raste s dubinom zaleganja vodonosnih horizonata. Pored temperaturne, u okviru arteskih basena izražena je i hidrohemijska zonalnost.

U odnosu na izdani sa slobodnim nivoom, vode arteskih izdani su manje podložne zagađenju sa površine, s obzirom na postojanje vodonepropusne krovine.

Faktori koji izazivaju pritisak podzemnih voda

Na formiranje pritiska podzemnih voda u okviru arteskih izdani utiče niz faktora:

hidrostatički pritisci,geostatičko opterećenje stenskih masa krovine koje naležu na vodonosnu sredinu,geodinamički faktori,izmene poroznosti stenskih masa kao rezultat obrazovanja novih minerala,prisustvo gasova i sl.


Nivo arteske izdani

Nivo, odnosno visina do koje se podzemne vode izdignu u nekoj bušotini prilikomotkrivanja izdani pod pritiskom, naziva se pijezometarski nivo.

Zamišljena površina, koja odgovarapritiscima u zoni rasprostranjenja izdani pod pritiskom, naziva se pijezometarska površina. Ona se nakartama predstavlja izopijestama. Izopijeste su linije koje spajaju svetačke u nekoj arteskoj izdani sa istimveličinama pritisaka (slika VI-22).

Slika VI-22. Karta izopijesta1 - izopijeste i njene apsolutne kote;

2 – površina terena na kojoj se javljajusamoizlivi voda; 3 -pravac kretanja

arteskih voda; 4 - bušotina (u brojiocubroj bušotine a u imeniocu kota

pijezometarskog nivoa); 5 - izohipsa terena


Elementi arteske izdani

Jedna arteska izdan ima sledeće elemente (slika VI-23):

izdansku zonu,oblast savremenog hranjenja i formiranja pritisaka,oblast rasprostranjenja pritisaka ioblast dreniranja izdani.

Slika VI-23. Elementi izdani pod pritiskom (arteske izdani)1 - vodonosne stene; 2 - bezvodne stene; 3 - slobodni nivo izdani; 4 - nivo pod pritiskom

(pijezometarski nivo); 5 - pravac kretanja podzemnih voda; a - spoljašnja oblast hranjenja; a’- unutrašnja oblast hranjenja; b - oblast rasprostranjenja pritisaka; c - oblast dreniranja; H1,

H2 - pijezometarski pritisci u presecima I i II; m - debljina izdani


Slika VI-24. Šema prirodnogotkrivenog i skrivenog dreniranja

izdani pod pritiskom(Klimentov, 1980)

a, b, c - otkriveno dreniranje; d, e, f -skriveno dreniranje; a - u koritu reke; b -

po kontaktu sa vodonepropusnimstenama; c - po rasedu; d - u aluvijalne

nanose; e - submarinsko dreniranje; f - u druge vodonosne sredine pod pritiskom; 1 - vodonosne stene; 2 - bezvodne stene;

3 - pijezometarski nivo; 4 - bušotina sanivoom pod pritiskom; 5 - pravac kretanjapodzemnih voda; 6 - vodonosni horizont;

7 - izvor uzlaznog tipa.


Arteski baseni

Arteski basen predstavlja geološku (hidrogeološku) strukturu sinklinalnog tipa, koja u sebi sadrži jedan, dva ili više vodonosnih slojeva, horizonata ili kompleksa (slika VI-25).

Za arteske basene karakteristična je hidrodinamička, hidrohemijska, a često i temperaturna zonalnost.

[ ] [ ]Ca PO F,Cl5 4 3

Slika VI.25. Šematski prikaz različitih tipova arteskih basenaa - arteski basen s jednim vodonosnim horizontom; b - arteski basen s vodonosnim horizontom u vidu monoklinale; c - arteski basen s dva vodonosna horizonta, pri normalnom obliku reljefa; d -

arteski basen s dva vodonosna horizonta pri inversnom obliku reljefa


KLASIFIKACIJA IZDANI NA OSNOVU STRUKTURNOG TIPA POROZNOSTI

Zavisno od strukture poroznosti, u vodonosnim sredinama se obrazuju izdani čijeizdanske zone, odnosno zone zasićenja slobodnim podzemnim vodama, mogu biti zbijeneili kontinualne i razbijene ili diskontinualne. Pored toga, u zavisnosti od geološko-hidrogeoloških karakteristika nekog regiona, mogu se obrazovati izdani složenog tipa kojeu jednom delu mogu imati kontinualnu, a u drugom diskontinualnu izdansku zonu.

Izdani zbijenog tipa karakterišekontinualnost izdanske zone u granicamanjenog rasprostranjenja, što je uslovljenovrstom poroznosti vodonosne sredine(međuzrnska poroznost). Kontinualnostizdanske zone uslovljava pojavu nivoapodzemnih voda u svakoj tački njenograsprostranjenja (slika VI-26).

Nivo pomenutih izdani je kontinualnapovršina, koja nastaje kada se spoje svetačke na površini jedne izdanske zone.

Slika VI-26. Izdan zbijenog tipa u vodonosnoj sredini međuzrnske poroznosti


Slika VI.27. Izdan razbijenog tipa u vodonosnoj sredini pukotinske poroznosti

Slika VI.28. Izdan razbijenog tipa u vodonosnoj sredini karstno-pukotinske poroznosti

Izdani razbijenog tipa karakterišediskontinualnost izdanske zone odnosnozone zasićenja slobodnim podzemnimvodama. Struktura poroznosti (pukotinska i kavernozna) uslovljava da se u vodonosnojsredini slobodne podzemne vodeakumuliraju samo u onim delovima u kojimase nalaze otvorene pukotine ili kavernemeđusobno povezane (slike VI-27 i VI.28).

Nivo izdani je zamišljena površina koja spajasve tačke na površini izdanske zone sakonstatovanim nivoima podzemnih voda.


Bez obzira na hidrodinamičke karakteristike nivoa, sve izdani se na osnovu litološkog sastava stenskih masa i preovlađujućeg tipa poroznosti, dele na:

izdani u stenama međuzrnske poroznosti,izdani u stenama pukotinske poroznosti iizdani u stenama kavernozne poroznosti.

Pored nabrojanih često se sreću i složeni tipovi koji predstavljaju kombinaciju prethodno navedenih osnovnih tipova izdani. U prirodi se najčešće javlja karstno-pukotinski tipizdani, dok su ostale kombinacije retke.

IZDANI U SREDINAMA MEĐUZRNSKE POROZNOSTI

Izdani ovog tipa formiraju se u rastresitim stenskim masama s preovlađujućim međuzrnskim tipom poroznosti.

Rastresite stenske mase su najvećim delom kvartarne, a delom neogene starosti. Veoma su različite po genezi i litološkom sastavu.

Zavisno od geneze i sredine sedimentacije stena, izdani formirane u njima imaju određene specifičnosti koje se ogledaju u karakteru nivoa, rezervi i kvalitetu podzemnih voda, načinu prihranjivanja i dreniranja i drugo.


Izdani u eluvijalnim naslagama

Izdan u deluvijalnim naslagama

Izdan u aluvijalnim naslagama.


PUKOTINSKA IZDAN

Pojam i opšte karakteristike pukotinskih izdani

Izdani razbijenog tipa formirane u čvrstim stenskim masama, bez obzira na njihovu genezu, nazivaju se pukotinskim izdanima.

Pukotinske izdani su rasprostranjene u različitim intruzivnim i efuzivnim stenama, kristalastim škriljcima i čvrstim sedimentnim stenama (peščari, laporci, konglomerati, breče i karbonatne stene koje nisu u većoj meri karstifikovane).


Kretanje podzemnih voda u ispucalim stenama potčinjava se linearnom zakonu filtracije. To se objašnjava najčešće nevelikom širinom pukotina, a, takođe, i delimičnomzapunjenošću širokih pukotina peskovito-glinovitim i drugim materijalom.

Podzemne vode pukotinskih izdani mogu biti sa slobodnim i nivoom pod pritiskom.

Slobodni nivo kod pukotinskih izdani nije kontinualna, već zamišljena površina, kojapovezuje sve visine do kojih su pukotine ispunjene vodom u pukotinskom sistemu u komeje formirana izdan (slika VI-29).

Slika VI-29. Pukotinski tip izdani u granitskom masivu1 - graniti; 2 - raspadnut (grusiran) granit; 3 - nivo izdani; 4 - silazni izvor;

5 - uzlazni izvor; 6 - ispucali graniti; 7 - rasedi; 8 - pravac kretanja podzemnih voda


Slika VI.30. Vertikalni raspored podzemnihvoda u ispucalom masivu

I - deo pukotinske izdani iznad lokalnogerozionog bazisa; II - deo pukotinske izdani

ispod lokalnog erozionog bazisa; 1 - intenzivnaispucalost u kojoj preovlađuju pukotine

fizičko-hemijskog raspadanja; 2 - ispucalostmasiva u kome preovlađuju tektonske pukotine

i rasedi; 3 - tektonska zona; 4 - aluvijalninanosi; 5 - nivo izdani; 6 - izvor; 7 -vododelnica; 8 - bušotina s vodom

Na osnovu ispucalosti i intenziteta vodonosnosti vodozamene, uslova kretanja podzemnihvoda i njihovih fizičkih i hemijskih karakteristika, u pukotinskoj izdani nekog masivamoguće je izdvojiti dva dela izdani: deo izdani iznad i deo izdani ispod lokalnog erozionogbazisa (slika VI.30).


KARSTNA IZDAN

Pojam i opšte karakteristike karstnih izdani

Izdani razbijenog tipa, formirane u stenama s kavernoznom poroznošću, odnosno u stenama rastvorljivim u vodi, nazivaju se karstne izdani.

U vodi su najčešće rastvorljive karbonatne (krečnjaci, dolomiti i mermeri), sulfatne (gips, anhidrit) i hloridne stene (halit). Ove stene su dosta rasprostranjene na površini zemlje, gde su predstavljene karbonatnim, gipsnim i sonim karstom. Tako ukupna površina karbonatnog karsta na Zemlji iznosi oko 40 · 106 km2, gipsnog oko 7 · 106 km2, a sonog oko 4 · 106 km2.

Za soni karst karakteristične su forme podzemnog reljefa (kaverne, pećine i sl), koje su slabo postojane u prostoru. Pri većim brzinama izdanskih voda koje nisu zasićene rastvorenim solima, u sonim naslagama dolazi do intenzivnog rastvaranja, koje dovodi do deformacija tla na površini terena. Ove deformacije su predstavljene okruglim vrtačama.

Sulfatne stene su, takođe, dobro rastvorljive u vodi što potvrđuje veliki broj pojava gipsnih karstnih pojava u svetu. Tako poznata Kugurska pećina (zapadni Ural), formirana u gipsnim naslagama, ima ukupnu dužinu glavne galerije od 4.6 km i oko 360 jezera s mineralizovanim sulfatnim vodama.


Karbonatni karstni tereni su najrasprostranjeniji na površini zemlje. Najzastupljenije karbonatne naslage stvarane su u doba mezozoika (trijas, jura i kreda), a nešto manje mase stvorene su u paleozoiku i tercijaru.

Karstne izdanske vode obuhvataju podzemne vode u karstifikovanim stenama koje se kreću po proširenim pukotinama, kanalima, kavernama i drugim poroznim oblicima nastalim kao posledica agresivnog i mehaničkog dejstva podzemnih voda na rastvorljive stene.

Intenzitet i dubinu karstifikacije uslovljava više faktora od kojih su najvažniji:prisustvo stena rastvorljivih u vodi,ispucalost, propusnost i poroznost stena kroz koje cirkulišu atmosferske i površinske vode,opšta geološko-strukturna građa, reljef i savremeni klimatski faktori koji ubrzavaju ili usporavaju proces karstifikacije ikretanja zemljine kore koja određuju razvoj ili usporavanje procesa karstifikacije.

Najintenzivniji karstni procesi dešavaju se u pukotinama zone raspadanja i tektonskim razlomima.

Rastvaračko dejstvo podzemnih voda zavisi od sadržaja ugljene kiseline u njima.Rastvaračka sposobnost podzemnih voda s dubinom se obično smanjuje, ukoliko se znatan deo agresivne ugljene kiseline pri svom kretanju rashoduje na rastvaranje stena.


Podaci istražnog bušenja i podzemni rudarski radovi ukazuju da se stepen karstifikovanosti stena s dubinom smanjuje, a takođe i stepen ovodnjenosti.

U karstnim regionima se u planu mogu izdvojiti tri oblasti:

oblast rasprostranjenja karstnih izdanskih voda koja se može poklapati (otkriveni karst) ili ne poklapati (pokriveni karst) s površinom razvića karstifikovanih stena,oblast hranjenja karstne izdani koja odgovara površini infiltracije i influacije atmosferskih i površinskih voda ioblast dreniranja karstne izdani koja se može nalaziti iznad i ispod nivoa mora, tj. može biti subaeralna i submarinska.


Karstne izdani mogu imati slobodan i nivo pod pritiskom.

Slobodni nivo karstne izdani predstavlja jednu nekontinualnu površinu, za razliku od nivoa izdani zbijenog tipa. Nivo izdani se dobija kad se spoje svi nivoi voda u pukotinama i kavernama određenog sistema. Ispod ovog nivoa, sve pukotine jednog povezanog sistema ispunjene su vodom.

Karstne izdanske vode odlikuje dinamičnost koju karakterišu velike brzine kretanja, znatna kolebanja nivoa izdani i izdašnost karstnih vrela. Za razliku od kretanja izdanskih voda u nerastvorljivim pukotinskim sredinama, kod rastvorljivih stena putevi kretanja podzemnih voda su prošireni, a kretanje vode je vrlo intenzivno. Pri tome je preovlađujući režim kretanja karstnih voda u zoni potpunog zasićenja laminaran, a u zoni aeracije i u gornjim delovima zone zasićenja može se obrazovati turbulentni režim kretanja.

Režim karstnih podzemnih voda odlikuje se velikim kolebanjima izdašnosti i nivoa, što je u celini uslovljeno nepostojanim karakterom hranjenja i velikom brzinom filtracije.


Što se oscilacija nivoa karstne izdani tiče, jasno se razlikuju dva perioda sa različitim karakterom oscilacija. Jedan je kišni, od oktobra do aprila, kada se nivo izdani nalazi u stalnom pokretu, a promene su velike i česte. Drugi period, od maja do oktobra, odlikuje se vrlo blagim promenama nivoa izdani. U tom periodu nivo se polako, ali konstantno, snižava. To je period pražnjenja, a naziva se još i periodom recesije.

Promene izdašnosti izvora takođe su izuzetno velikih raspona. Maksimalne i minimalne izdašnosti razlikuju se više desetina, stotina pa i hiljada puta. Mnogi karstni izvori u recesionom periodu potpuno presušuju.

Izdašnost karstnih vrela često je velika i dostiže 150 m3/s pa i više.

Za razliku od nivoa izdani i izdašnosti vrela, mineralizacija i temperatura karstnih izdanskih voda manje je kolebljiva.


U regionima karstnog razvođa izdvajaju se, po Sokolovu, četiri hidrodinamičke zone, kojese jedna od druge razlikuju po uslovima kretanja i režimu karstnih izdanskih voda (slikaVI-31).

Slika VI-31. Šema zonalnostikarstnih voda (Sokolov, 1962)

I - zona aeracije; II - zona sezonskihkolebanja nivoa podzemnih voda;

III - zona potpunog zasićenja; IV - zona duboke cirkulacije;

1 - krečnjaci; 2 - viši nivoi karstneizdani; 3 - niži nivoi karstne izdani; 4 - pravac kretanja podzemnih voda

Hidrodinamička zonalnost i evolucija karstne izdani

Jovan Cvijić (1918) razlikuje tri hidrografske zone sa različitim vidovima cirkulacije vode i objašnjava ih kao neposrednu posledicu evolucije karstnog procesa. To su:

suva,prelazna istalno vlažna zona.


Hemijski sastav karstnih izdanskih voda

Hemijski sastav i mineralizaciju karstnih voda određuje litološko-mineralni sastavkarstifikovanih stena, hidrodinamička zonalnost, hemijski, biohemijski i drugi procesi.

Podzemne vode u karbonatnom karstu (krečnjaci i mermeri), u zoni intenzivnevodozamene, obično su malomineralizovane vode hidrokarbonatne klase, kalcijumskegrupe (HCO3-Ca), a u dolomitima - hidrokarbonatne klase, kalcijumsko-magnezijumskegrupe (HCO3-Ca-Mg). U dubljim geološkim strukturama, u zoni usporene vodozamene, sreću se visokomineralizovane vode, a, takođe, i rasoli hloridne klase, natrijumske i kalcijumske grupe (Cl-Na-Ca).

Podzemne vode vezane za gipsni karst (gips i anhidrit), u zoni intenzivne vodozamene sumineralizovane vode sulfatne klase, a u zoni usporene i veoma usporene vodozamenehloridne klase, kalcijumske grupe (Cl-Ca), često rasolnog karaktera.

Podzemne vode sonog karsta karakterišu se visokom mineralizacijom (> 300 g/l). To suhloridne vode natrijumske grupe (Cl-Na).

Documents

POGLAVLJE - rgf.bg.ac.rsrgf.bg.ac.rs/predmet/RO/III semestar/Osnovi hidrogeologije/Predavanja... · U zoni aeracije mogu se izdvojiti tri pojasa: ... Zona zasićenja slobodnim (gravitacionim)