Vodonosnik
Vodonosnik je geološka plast, ki ima sposobnost zbiranja in prevajanja podzemne vode ali preprosto z vodo nasičeno območje v poroznem sedimentu ali kamnini. Veda o toku vode v vodonosnikih in opredeljevanju značilnosti vodonosnikov se imenuje hidrogeologija.
V Sloveniji prevladujeta dve vrsti vodonosnikov: vodonosniki z medzrnsko poroznostjo v ravninskih delih rečnih dolin, vodonosniki s kraško in razpoklinsko poroznostjo ali kombinacija obeh.
Vodno telo podzemne vode je podzemna voda v enem ali več sosednjih vodonosnikih. V Sloveniji je s pravilnikom določenih 21 vodnih teles podzemne vode (Pravilnik o določitvi vodnih teles podzemnih voda, Uradni list RS 63/2005).[1]
Globina
[uredi | uredi kodo]Vodonosniki se lahko pojavljajo na različnih globinah. Za tiste, ki so bližje površini, ni le verjetnejše, da se bodo uporabljali za oskrbo z vodo in namakanje, ampak je tudi verjetnejše, da jih bo napajal lokalni dež. Veliko puščavskih območij ima apnenčaste gore, ki jih je mogoče izkoriščati kot vire podzemne vode. Deli gorovja Atlas v severni Afriki, Libanon in Antilibanon med Sirijo in Libanonom, Džebel Ahdar v Omanu, deli Sierra Nevade in sosednja območja na jugozahodu Združenih držav imajo plitve vodonosnike, ki jih izkoriščajo za pridobivanje vode. Čezmerna uporaba lahko presega dotok v vodonosniku. V nekaterih državah se je povečala poraba vode zaradi rasti prebivalstva, kar je povzročilo znižanje gladine podzemne vode in nato onesnaženje podzemne vode s slano vodo iz morja.
Leta 2013 so odkrili velike sladkovodne vodonosnike pod kontinentalnimi policami Avstralije, na Kitajskem, v Severni Ameriki in Južni Afriki. Po ocenah vsebujejo pol milijona kubičnih kilometrov vode z "nizko vsebnostjo soli", ki bi jo lahko ekonomično predelali v pitno vodo. Rezerva je nastala, ko so bile gladine oceanov nižje in je deževnica pronicala v zemljo na delih, ki niso bili potopljeni do ledene dobe, končane pred 20.000 leti. Ocenjeno je, da je prostornina 100-kratna količina vode, pridobljene iz drugih vodonosnikov od leta 1900. [2][3]
Lastnosti
[uredi | uredi kodo]Pri vodonosnikih ločimo te lastnosti:
- poroznost, ko je voda v porah med zrni sedimenta ali v razpokah in rovih v kamninah;
- prepustnost, ki omogoča pretakanje vode. Pore ali razpoke morajo biti dovolj velike, da se voda lahko pretaka, razpoke pa povezane med seboj. Glinasti sedimenti so sicer zelo porozni, a so zaradi vezane vode na površino delcev slabo prepustni.
Vodonosniki so v nasičenih območjih pod površino, ki dovajajo ekonomsko upravičeno količino vode do vodnjaka ali izvira (npr. pesek in gramoz ali razpokane kamnine so pogosto dober vodonosni material).
Podzemne vode v enem ali več vodonosnikov sestavljajo vodno telo.
Deli vodonosnika
[uredi | uredi kodo]Zgornji diagram kaže značilne smeri toka v prečnem prerezu z enostavno omejenim ali neomejenim sistemom vodonosnika. Prikazane so tudi gladina podzemne vode in nenasičene cone.
Nasičenost
[uredi | uredi kodo]Podzemno vodo je mogoče najti na skoraj vsaki točki na Zemlji plitvo pod površjem, čeprav vodonosniki ne vsebujejo nujno sveže vode. Zemljino skorjo lahko razdelimo na dve območji:
- nasičeno območje ali freatično cono, v kateri so vsi razpoložljivi prostori napolnjeni z vodo, in
- nenasičeno območje (imenovano tudi vadozna cona), če obstajajo žepi zraka, ki vsebujejo malo vode in bi se lahko napolnili z več vode.
Nasičen pomeni, da je tlak vode večji od atmosferskega tlaka (manometrski tlak > 0). Opredelitev gladine podzemne vode je površina, na kateri je tlak enak atmosferskemu tlaku (tlak = 0). Podzemna voda je v nasičenem območju, saj so vse pore zapolnjene z vodo.
Meja med nasičenim in nenasičenim območjem je gladina podzemne vode. Njena višina se lahko spreminja (suša, več padavin, pretirano črpanje). Nad gladino podzemne vode je območje kapilarnega dviga vode – kapilarni rob. Kapilarni rob je najvišji pri glinenih sedimentih, najnižji pri prodnatih in je odvisen od velikosti najmanjših por v sedimentu ali razpok v kamnini.
Odprti in zaprti vodonosniki
[uredi | uredi kodo]Hidrodinamske vrste vodonosnikov:
- odprti (ali freatični) – vodonosniki, kjer je njihova zgornja meja gladina podzemne vode ali freatična površina;
- zaprti – vodonosniki, ki so prekriti z manj prepustno ali neprepustno plastjo, pogosto glino, ki preprečuje, da bi se gladina podzemne vode dvignila višje in je zato voda v njih pod pritiskom. Zaporna plast lahko ponudi tudi nekaj zaščite pred onesnaženjem iz površine.
Poseben primer zaprtih so arteški vodonosniki, kjer se voda, če zvrtamo vodnjak, brez črpanja izliva na površje.
Če razlika med zaprtim in odprtim vodonosnikom ni jasna geološko (če ni znano, ali obstaja jasna zaporna plast, ali če je geološka zgradba bolj zapletena), se lahko določi preko vrednosti uskladiščenja vodonosnika, ki se pridobi s hidravličnim poizkusom. Zaprti vodonosniki imajo zelo nizke vrednosti uskladiščenja. Odprti vodonosniki imajo te vrednosti večje in lahko sproščajo razmeroma velike količine vode.
Vodonosnik v različnih poroznih medijih
[uredi | uredi kodo]Poznamo:
- medzrnski vodonosnik (pri nas peščenoprodni nanosi, navadno pleistocenske starosti),
- razpoklinski vodonosnik (razpokane kamnine),
- kraški vodonosnik (voda se na krasu pretaka v sistemih rovov in jam v podtalju, površinskega odtoka ni).
Podzemna voda je lahko v podzemnih rekah (npr. jame, v katerih voda prosto teče pod zemljo). To se lahko zgodi na apnenčastih območjih, znanih kot kras, ki je le majhen odstotek površine Zemlje. Običajnejše je, da so pore sedimentov ali kamnin na površini preprosto nasičene z vodo – kot kuhinjska goba, ki se lahko iztisne za kmetijske, industrijske ali komunalne namene.
Če je kamnina nizke poroznosti zelo zdrobljena, je tudi lahko dober vodonosnik (prek razpoklinskega toka), če ima kamnina ustrezno prepustnost za omogočanje toka vode. Poroznost je pomembna, ampak sama ne določa sposobnosti kamnine, da deluje kot vodonosnik. Dekanska (Deccan) visoka ravan (bazaltna lava) v zahodni osrednji Indiji je dober primer kamnine z visoko poroznostjo, vendar nizko prepustnostjo, kar predstavlja slab vodonosnik. Podobna je mikroporozna kreda v jugovzhodni Angliji. Čeprav ima razmeroma visoko poroznost, ima nizko prepustnost, vendar je zanjo predvsem zaradi razpok vseeno značilna dobra izdatnost.
Odvisnost človeka od podzemne vode
[uredi | uredi kodo]
Večina območij na Zemlji ima neko obliko vodonosnika v podlagi, včasih na večjih globinah. V nekaterih primerih so ti vodonosniki osiromašeni zaradi pretirane človeške uporabe.
Vodonosniki sveže vode, zlasti tisti z omejenim napajanjem z dežjem ali snegom (meteorno vodo), se lahko preveč izkoriščajo in zaradi lokalnih hidrogeoloških razmer lahko sprejmejo nepitno vodo ali vdore slane vode iz hidravlično povezanih vodonosnikov ali površinskih vodnih teles. To je lahko resen problem predvsem na obalnih območjih in območjih, na katerih se vodonosnik pretirano črpa. Na nekaterih območjih se lahko podzemna voda onesnaži z raznimi mineralnimi snovmi.
Vodonosniki so ključnega pomena za človekovo bivanje in kmetijstvo. Globoki vodonosniki na sušnih območjih so že dolgo vodni viri za namakanje. Številne vasi in velika mesta črpajo vodo iz vodnjakov v vodonosnikih.
Komunalne, namakalne in industrijske zaloge vode so na voljo za pridobivanje z večjimi vodnjaki. Uporaba podzemne vode iz globokih, zaprtih vodonosnikov zagotavlja večjo zaščito pred onesnaženostjo iz površinskih voda. Nekateri vodnjaki (ang. "collector wells") so posebej namenjeni za sprožanje infiltracije površinske (običajno rečne) vode.
Vodonosniki, ki zagotavljajo trajnostno svežo podzemno vodo na urbanih območjih in za namakanje v kmetijstvu, so običajno blizu površine tal (nekaj sto metrov) in se napajajo s svežo vodo. To napajanje je običajno iz rek ali padavinske vode, ki pronica v vodonosnik skozi prekrivajoči nenasičeni material.
Občasno se za namakanje in pitno vodo na urbanih območjih uporabijo "fosilni" vodonosniki. V Libiji na primer uresničujejo projekt Moamerja Gadafija o veliki reki, ki jo naredi človek, za črpanje velike količine podzemne vode iz vodonosnikov pod Saharo do naseljenih območjih v bližini obale. [4] Čeprav to prihrani Libiji denar pri alternativnem razsoljevanju, se bodo vodonosniki verjetno osušili v 60 do 100 letih. Izčrpavanje vodonosnikov je bil leta 2011 naveden kot vzrok za rast cen hrane. [5]
Pogrezanje tal
[uredi | uredi kodo]V nekonsolidiranih vodonosnikih je podzemna voda v porah med delci proda, peska in melja. Če je vodonosnik zaprt z nizkoprepustnimi plastmi, zmanjšan tlak vode v porah povzroča počasno odvajanje vode iz sosednjih zapornih plasti. Če so te plasti sestavljene iz stisljivega melja in gline, izguba vode v vodonosniku zniža hidravlični tlak v neprepustni plasti, to pa povzroči, da se stisne od teže prekrivajočega geološkega materiala. V hujših primerih lahko to stiskanje na površju deluje kot pogrezanje. Ugreznine so videti na zemljišču kot kraterji. Na žalost je v mnogih primerih pogrezanje zaradi podzemne vode trajno, saj je elastičnost materiala majhna. Tako stisnjen vodonosnik ima trajno zmanjšano sposobnost za zadržavanje vode.
Vdor slane vode
[uredi | uredi kodo]Vodonosniki v bližini obale imajo lečo sladke vode blizu površja in gostejšo morsko vodo pod sladko vodo. Morska voda prodre v vodonosnik iz morja, ker je gostejša od sladke vode. Za porozne (tj. peščene) vodonosnike v bližini obale je debelina sladke vode na vrhu morske vode približno 12 m za vsakih 0,30 m sladkovodne višine nad morsko gladino. To razmerje se imenuje Ghyben-Herzbergova enačba. Če se preveč podzemne vode črpa v bližini obale, pa tudi zaradi nihanja morske gladine, lahko slana voda vdre v sladkovodne vodonosnike, kar povzroča onesnaženje zalog pitne vode. Veliko obalnih vodonosnikov, kot sta biskajski vodonosnik v bližini Miamija in obalni vodonosnik v New Jerseyju, ima težave z vdori slane vode, kar je posledica prevelikega črpanja in dviga morske gladine.
Zasoljevanje
[uredi | uredi kodo]
Površinski vodni vir za namakanje na polsušnih območjih s ponovno rabo neizogibnih izgub namakalne vode, ki pronica v podzemlje, z dodatnim namakanjem iz vodnjakov, ima za posledico tveganje za zasoljevanje. [6]
Površinske vode za namakanje običajno vsebujejo soli v velikostnem redu 0,5 g/l ali več in zahtevajo letno namakanje velikosti 10.000 m³/ha ali več, tako da je letni vnos soli 5000 kg/ha ali več. [7]
Zaradi neprekinjenega izhlapevanja se lahko koncentracija soli v vodonosniku stalno povečuje in sčasoma povzroči okoljski problem.
Za nadzor slanosti v takem primeru se letno količina odpadne vode odvaja iz vodonosnika s pomočjo sistema podzemne drenaže in odstrani skozi varni odtok . Drenažni sistem je lahko horizontalen (se pravi z uporabo cevi, kanalizacije ali jarkov) ali navpičen (odvodnjavanje z vodnjaki).
Sklici
[uredi | uredi kodo]- ↑ ARSO
- ↑ »Huge reserves of freshwater lie beneath the ocean floor«. Gizmag.com. 11. december 2013. Pridobljeno 15. decembra 2013.
- ↑ Post, V. E. A.; Groen, J.; Kooi, H.; Person, M.; Ge, S.; Edmunds, W. M. (2013). »Offshore fresh groundwater reserves as a global phenomenon«. Nature. 504 (7478): 71–78. doi:10.1038/nature12858. PMID 24305150.
- ↑ Scholl, Adam. »Map Room: Hidden Waters«. World Policy journal. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 3. oktobra 2015. Pridobljeno 19. decembra 2012.
- ↑ Brown, Lester. "The Great Food Crisis of 2011." Foreign Policy Magazine, 10 January 2011.
- ↑ ILRI (1989), Effectiveness and Social/Environmental Impacts of Irrigation Projects: a Review (PDF), In: Annual Report 1988 of the International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands, str. 18–34
{{citat}}: Vzdrževanje CS1: lokacija brez založnika (povezava) - ↑ ILRI (2003), Drainage for Agriculture: Drainage and hydrology/salinity - water and salt balances. Lecture notes International Course on Land Drainage, International Institute for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, The Netherlands. Download from : , or directly as PDF :
Zunanje
[uredi | uredi kodo]- Falling Water Tables
- Bibliography on Water Resources and International Law Peace Palace Library
- IGRAC International Groundwater Resources Assessment Centre
- SahysMod aquifer model
| Mednarodno | |
|---|---|
| Nacionalno | |
| Drugo | |
