Poslednjih decenija sve je primetnije da vodni faktor ograničava industrijski i poljoprivredni razvoj. S jedne strane, karakterističnu crtu današnjice predstavlja burni porast potrošnje pitke vode, dok smo, s druge strane, svedoci smanjivanja rezervi podzemnih voda kroz širenje procesa zagađivanja ili putem nadeksploatacije resursa podzemnih voda.

Pitke podzemne vode predstavljaju, svakako, najvažniji i najperspektivniji deo vodnih rezervi. U ovoj monografiji bavićemo se tim geološkim resursom, preciznije – potrebom i mogućnostima delimičnog preusmeravanja geofizičkog istraživačkog procesa na rešavanje aktuelnih praktičnih zadataka vezanih za sprovodenje mera zaštite i veštačkog obnavljanja rezervi podzemnih voda. Zadržaćemo se na intergranularnim akviferima, pre svega na dvoslojevitoj sredini, i na datoj hidrogeološkoj shemi analizirati ulogu geofizike kod odredivanja stepena prirodne zaštićenosti podzemnih voda, odnosno uslova sprovodenja mera zaštite podzemnih voda.

U sklopu navedenih proučavanja, jedan od zadataka predstavljalo je defmisanje litofacijalne anizotropije unutar odabranog poligona – prostrane aluvijalne ravnice Velike Morave, kao osnove za rejonizaciju rečnog nanosa po stepenu vodopropusnosti, odnosno stepenu prirodne zaštićenosti podzemnih voda od zagadenja.

Kljllčne reči:
1. geofizičke metode
2. podzemne vode akvifera
3. zaštita
4. aluvijalni akviferi
5. prirodna zaštićenost
6. Velika Morava

Dr Snežana Petrović

Sadržaj

Sažetak
Abstract
Predgovor
Uvod

Zagađivanje podzemnih voda

Pojam zagađivanja podzemnih voda
Migracija zagađivača i disperzija rastvorenih materija u podzemnim vodama
Hidrogeološka istraživanja u oblasti zaštite podzemnih voda
Istraživanje zone aeracije
Proučavanje režima podzemnih voda
Kartografija u oblasti zaštite podzemnih voda
Metode modeliranja migracije zagađivača
Načini zaštite podzemnih voda
Prirodna zaštićenost podzemnih voda od zagađivanja
Zone sanitarne zaštite izvorišta podzemnih voda
Vidovi zaštite podzemnih voda

Ocena primene geofizičkih metoda

Ocena primene geofizičkih metoda kod analize prirodne zašticenosti podzemnih voda od zagađivanja
Određivanje geometrije akvifera i raščlanjavanje povlatnog sloja
Određivanje položaja nivoa podzemnih voda
Ispitivanje hemizma podzemnih voda
Sadržaj gline u kompleksu povlatnih sedimenata
Ispitivanje filtracionih karakteristika
Ispitivanje brzine prenosa vlažnog fronta i zagadivača

Hidrogeološke odlike reke Velike Morave sa kritičkim osvrtom na rezultate geoflzičkih ispitivanja

Klimatske i hidrološke odlike teritorije
Geološka građa i hidrogeološke odlike teritorije
Hidrogeološke odlike aluviona Velike Morave
Rezultati geofizičkih istraživanja izdvojenih poligona
Rezultati hidrogeoloških istraživanja izdvojenih poligona Priobalje kod sela Brzan i Lapova
Ogledna polja za navodnjavanje Miloševac I i II kod Lozovika
Rejon Trnovče – Lozovik
Izvorište Šalinačko polje kod Smedereva
Rejonizacija opitnih poligona prema stepenu prirodne zaštićenosti podzemnih voda
Rejonizacija opitnog poligona Trnovče – Lozovik Rejonizacija opitnog poligona Šalinačko polje kod Smedereva

Rezime rada i zaključci

Literatura

Indeks pojmova

Srpsko-engleski hidrogeološki rečnik i nomenklatura korišćena u uslovima intergranularnih sredina

Summary

Problems of groundwater contamination and monitoring which are solved by geophysical methods
Determining aquifer geometry and analysis of the top layer
Determining transfer velocity of wet front and contaminant
Contaminant transport – parameters
Groundwater contamination and plume spreading
Agricultural pollution
Thermal pollution
Chemical pollution
Petroleum pollution

Predgovor

U današnje vreme, voda predstavlja najpotrebniji od svih prirodnih resursa. Zbog svog kvaliteta, čoveka je za piće oduvek privlačila podzemna voda. Nažalost, drastično smanjenje njenih rezervi, prouzrokovano bilo širenjem procesa zagađenja, bilo nadeksploatacijom izvorišta, sve jače obeležava sadašnjicu.

Na teritoriji Srbije, kao vodonosnici, najinteresantniji su prostrani horizonti kvartarne starosti – aluvijalni, fluvioglacijalni i jezerski neogeni sedimenti duž tokova Save, Dunava, Tise, Drine, Velike Morave i, u celini, vojvodanske ravnice. U ovim intergranularnim sredinama, podzemne vode su akumulirane u propusnom šljunkovito-peskovitom horizontu, čiji je stepen zaštite od spoljašnjeg zagadenja s mesta na mesto promenljiv, zavisno od povlatnog horizonta. Geološki uslovi povlatnog sloja u najvećoj meri su takvi da omogućavaju delimičnu ili ponegde i potpunu zaštitu rezervoara podzemnih voda od spoljnjeg zagadenja. U tom pogledu, precizna merenja različitih fizičkih parametara i polja promenljivih veličina, mogu umnogome doprineti da se odredi sastav povlatnih slojeva i njihova autopurifikaciona uloga u prirodnoj zaštićenosti podzemnih voda od zagađenja. Rešavanje ovog, za praksu vrlo značajnog zadatka, vidi se u primeni savremenih geofizičkih metoda, razvijenih naročito u poslednje dve decenije, na osnovu brzog razvoja elektronike i računarske tehnike. Zbog toga, treba istaći prednosti usavršavanja takvog metodološkog pristupa aktuelnom problemu zagadenja podzemnih voda, za čije rešenje se inače izvode obimna hidrogeološka istraživanja i izdvajaju u tu svrhu velika sredstva.

Predmet istraživanja je da se do kraja razjasni stepen primenjivosti geofizičkih metoda za ispitivanje geoloških i hidrogeoloških odlika vodonosnih i povlatnih (izolatorskih) slojeva preko kvantitativnih parametara, i na taj način najracionalnije dode do relevantne podloge za planiranje preventivnih i zaštitnih mera. Razlog što se obraduje ova problematika leži u činjenici da geofizičke metode u svetu, a i kod nas, do sada nisu poklanjale veću pažnju ovoj oblasti, ili ne u obimu koji bi omogućio čvršću vezu terenskih geofizičkih merenja i onih prirodnih odlika zemljišta i povlatnih slojeva vodonosnih sredina, koje imaju purifikaciona svojstva. Radna hipoteza, prema tome, podrazumeva kvantifikaciju čitavog niza geološko-hidrogeoloških i drugih termina (debljina litoloških slojeva, granulometrijski sastav, osnovni hidrogeološki parametri, hemijski sastav podzemnih voda, brzina i vreme prenosa vlažnog fronta i disperzije zagađivača, dubina do nivoa podzemnih voda itd.), i njihovu parametarsku analizu i sintezu.

U datom kontekstu, analizirane su tri oblasti primene: (1) analiza geometrije vodonosnog rezervoara; (2) određivanje filtracionih svojstava povlatnih slojeva i hidrodinamičkih parametara vodonosnika; (3) proučavanje zagađenja sistema vodonosnika mineralnim ili organskim talozima.

U svakoj od ovih oblasti, a naročito u drugoj i trećoj, geofizičke metode su kod nas malo ili nimalo korišćene.

Da bi se izvršio pravilan izbor metoda ispitivanja, u početnoj fazi rada, izvršena je analiza postojećih svetskih iskustava, stečenih pri rešavanju praktičnih zadataka, i to kako iz oblasti zaštite, tako i iz hidrogeoloških i geofizičkih istraživanja. Posebna pažnja posvećena je sledećim parametrima: gustini (gravimetrija), brzinama prostiranja elastičnih talasa (seizmička reflektivna i refrakciona metoda), magnetnom suscep-tibilitetu (magnetizam), otpornosti (električne i elektromagnetne metode), zračenju (radiometrija) i temperaturi (merenje temperaturnog gradijenta, infracrvena metoda). Za hidrogeološka istraživanja korišćene su tzv. indirektne metode, koje upućuju na povoljne uslove za prisustvo stena vodonosnika.

U sklopu interpretacije rezultata proučavanja opitnih poligona, na osnovu geofizičkih i hidrogeoloških podataka izvršena je rejonizacija terena prema stepenu samo-zaštićenosti. Prema uslovima samozaštićenosti podzemnih voda od površinskih zagadivača, na svim poligonima su izdvojene tri osnovne kategorije terena: (1) rejoni sa potpunom zaštitom podzemnih voda; (2) rejoni sa nepotpunom zaštitom i (3) rejoni sa nezaštićenim podzemnim vodama.

Uvod

Zagadenje i zaštita podzemnih voda predmet su sporadične pažnje još od vremena Stare Grčke i Rima. Naglije masovnije angažovanje nauke vezano je, medutim, za momenat nastupanja industrijske revolucije, kada se po meri razvoja industrije odvija intenzivna migracija seoskog stanovništva ka gradovima. Zbog porasta količine industrijskog i komunalnog otpada, odlaganog prvenstveno u rečne tokove, posebno brzo se odvija proces zagadivanja vodnih resursa.

U prvoj fazi, savremenu epohu naučno-tehničkog progresa, tj. vremenski period od sredine XX veka do današnjih dana, karakteriše duboka zabrinutost posledicama ekonomskog rasta na društvo i životnu sredinu. Razumljivo je što epohu svetske naučno-tehničke revolucije obeležava nova globalna ekološka aktivnost – razrada naučnih osnova i metoda prognozne ocene mogućih regionalnih promena životne sredine proisteklih pod uticajem intenzivnog razvoja različitih grana privrede. Centralno mesto, pritom, predstavlja problem čiste vode – jedan od najvažnijih u kompleksu mera zaštite prirodne sredine. Zbog toga se ekološka hidrogeologija svakim danom sve ubrzanije razvija, iako se još ne može reći da su svi hidrogeološki aspekti problematike očuvanja i zaštite životne sredine izučeni dovoljno dobro. To što se pojavljuju izvesne poteškoće na planu razvoja te discipline, svakako je jednim delom posledica činjenice da se radi o kompleksnoj problematici, u kojoj se suprotstavljaju interesi mnogih nauka: ekologije, biologije, pedologije, irigacija, geografije, geologije, hidrogeologije, inženjerske geologije, hemije i dr.

Poslednjih decenija, izuzetnu pažnju istraživača privlači proces migracije zagađivača i njegovo rasejavanje (disperzija) u podzemnim vodama. Većina autora polazi od pretpostavke da se zagadivači nalaze pomešani sa podzemnim vodama, pa se na taj način tok zagadivača potčinjava zakonima teorije disperzije. Tako danas postoji izuzetno veliki broj publikacija posvećenih tom problemu, iako se u njima još oseća nedostatak inženjerskog smera i baze za korišćenje poznatih zakonomernosti za usavršavanje postojećih i razradu novih metoda rešenja raznih konkretnih hidrogeoloških zadataka. Među publikacijama, sveobuhvatnošću se izdvaja delo J. J. Frieda, Groundwater Pollution (1975), zatim obimna studija R. E. Jacksona: Aquifer Contamination and Protection (1980), knjige F. M. Bočevera: Zašćita podzemnih vod ot zagrjazenija (1979) i B. G. Samsonov & L. M. Samsonove: Migracija vešćestva i rešenije gidrogeologičeskih zadač (1987). Sa praktičnog stanovišta, od velike koristi je međunarodno naučno-metodsko uputstvo: Hydrogeological base of groundwater protection, izdato 1984. godine na engleskom i ruskom jeziku, kao i edicija UNESCO-a: Water management and geoenvironment (1988-90).

Hidrogeološka i druga proučavanja iz poslednje četvrtine XX veka, vršena širom sveta, bitno su produbila predstavu o uzrocima, uslovima, razmerama i posledicama zagadenja podzemnih voda. Analizu svojstava izvora zagađenja i transporta zagađenja u različitim hidrogeološkim uslovima obrađuje ogroman broj istraživača, izmedu ostalih: Ahn, Kim i Chambre (1991), Beneš (1986), Dracos (1978), Dura, Llavori (1995), Filipović i dr. (1984), Foster (1985), Komatina (1979), Kolaja, Vrba, Zwirnmann (1986), Houzim i dr. (1986), LaMoreaux, Vrba (1990), Matthess i dr. (1985), Minkin (1974), Papić i Vujasinović (1985), Pekdeger, Matthess (1986), Stone (1992), Suruky i dr. (1992), Waegeningh (1985).

Nalaženju puteva za kvantitativno prikazivanje migracije zagadivača posvećena je obimna literatura. Samo intenziviranje procesa zagadenja podzemnih voda uslovilo je povišeno interesovanje za teorije masoprenosa iprenosa toplote u vodozasićenim poroznim sredinama, a rezultate istraživanja izvedenih od 1967. godine daju Bear, Zaslavski i Irmey (1971). Tako nastala teorija filtracione (hidrodinamičke) disperzije olakšava korišćenje matematičkog modeliranja migracije. Kasnije, matematičko modeliranje ima široku primenu za rešavanje jednačina filtracije i masoprenosa zagađivača. Datu materiju razmatraju: Balek (1986), Boochs, Bugner, Muli (1983), Fried (1975, 1981), Gelgar i dr. (1979), Hensley, Schoefield (1991), Jousma i dr. (1987), Kulikov, Krashin (1983), Soliman i dr. (1991), Soller, Berg (1992), Teutsch (1990), Verruijl (1991), Wallach, Shabtai (1992) i drugi.

Proučavanja prirodne zaštićenosti podzemnih voda i samoprečišćavanja zagađenih voda u zoni aeracije, koji su glavni predmet ove monografije, imaju veliki sanitarni, tehnički i ekonomski značaj. Medutim, uloga povlatnog sloja u zaštiti podzemnih voda često se zanemaruje, a samoprečišćavajuća moć stena i vode zone aeracije kao fenomen još nisu proučene u dovoljnoj meri. Dakle, literatura u svetu po ovim pitanjima je oskudna (GoKver, 1983; Komatina, 1990; Wallach, Shabtai, 1992). Osetno više je urađeno na kartografskom prikazivanju zaštite podzemnih voda, pa karte sitne razmere počinju da razraduju SAD (Ilinois, 1968), Čehoslovačka (Češka, 1968), Francuska (1970), Jugoslavija (Hrvatska, 1976), zemlje Latinske Amerike (1972-77) itd. Drugu etapu predstavlja izrada karata srednje i krupne razmere (Francuska, 1973; Češka, 1974; Sovjetski Savez, Poljska, Bugarska, Španija i dr.).

Intenzivniji razvoj geofizičkih metoda vezan je za period posle Drugog svetskog rata. Pokazalo se da je primeria tih metoda umnogome doprinela da se uspešno reše brojni praktični i naučni problemi iz oblasti hidrogeologije. Dalji napredak tehnike i fizike omogućava da se postojeće metode usavršavaju i razvijaju novi smerovi geofizičkih istraživanja.

Među geofizičkim metodama, danas se najviše primenjuju geoelektrične i seizmičke metode, a geofizički karotaž predstavlja obavezan postupak pri ispitivanju hidro-geoloških bušotina (Aranđelović, 1969/70; Duprat, 1992; Greenhouse, Monier-Williams, 1991; Jorgensen, 1989; Komatina, 1984; Mijatović, 1964, 1969; Repsold, 1989; i drugi). O primeni geofizičkih metoda uopšte kod proučavanja zagadenja i zaštite podzemnih voda, izmedu ostalih, pišu: Greenhouse, Monier-Williams (1991), Poppinghaus, Holz (1993), Seidel, Seidemann, Woitke (1993) i drugi.

Raznovrsne geoelektrične metode imaju veoma širok spektar primene. Ulogom datih metoda u istraživanju hidrogeoloških odlika aluvijalne vodonosne sredine i njene podložnosti zagadenju sa površine bave se: Aranđelović, 1969/70; Kovačević i dr., 1986; Mazač, Landa, 1978; McNeill, 1980; Poppinghaus, Holz, 1993; Ritsema, 1983; Seidel, Seidemann, Woitke, 1993, i drugi.

Od seizmičkih metoda, kod rešavanja hidrogeoloških problema koji se odnose na male dubine istraživanja, u većini slučajeva se primenjuju refrakcione metode. Pomenućemo sledeće autore: Ayers (1989), Dragašević (1983); Garotta (1992); Glavatović, Keckarovska (1980); Henriet, Monjoie, Schroeder (1986); Seidel, Seidemann, Woitke, (1993).

U poslednjih petnaestak godina, razvijena je nova metoda prikupljanja geofizičkih podataka – primena georadara. Georadar je projektovan od strane švedske kompanije ABEM (1990). Primenu georadara za identifikaciju zona potencijalne kontaminacije razmatrali su Cox i Saunders (1991).

Konačno, ne sme se izostaviti značaj knjige Vogelsganga Environmental Geophysics (1995), kojom se u praksu definitivno uvodi novi naziv ove mlade primenjene discipline. U „praktičnom priručniku“, kako sam autor navodi, na više od 80 konkretnih primera iz celog sveta, analizirane su mogućnosti, prednosti i nedostaci geofizičkih metoda u rešavanju problema zaštite životne sredine.