Vodni viri v urbanem okolju

Transcription

1 Vodni viri v urbanem okolju Doc. Dr. Branka Trček branka.trcek@um.si

2 ANTROPOCEN Kaj je ANTROPOCEN?

3 ANTROPOCEN Naš planet se je spreminjal skozi zemeljsko zgodovino zaradi geogenih vplivov, kot so na primer spremembe sončnega sevanja in vulkansko delovanje. Spremembe, ki smo jim priča v zadnjih desetletjih, pa se pripisujejo antropogenim vplivom. Zato govorimo danes o novi geološki dobi, ki jo v prvi vrsti oblikuje človek in jo imenujemo ANTROPOCEN. Ta doba se je začela z industrializacijo v 18. st. -predhodne človekove dejavnosti niso značilno vplivale na preoblikovanje zemeljskih sfer

4 Naravna opredelitev okolja Geosfera, pedosfera, biosfera, hidrosfera in atmosfera so med seboj tesno povezane. Shema stičišča različnih sfer, ki dajejo prsti edinstveno podobo

5 BIOSFERA - Ekosistem Osnovne funkcije ekosistema so v akcijah in reakcijah organizmov in populacij, v kroženju snovi in energije. Življenska združba se deli na: proizvajalce - rastline, potrošnike - živali in človek ter razkrojevalci (hranijo se z organskimi ostanki reciklirajo hranilne snovi, kar omogoča kroženje snovi v naravi). Zakaj se v okolju vzpostavljajo in vzdržujejo različni ekosistemi? Ker so na zemlji zelo različni klimatski in geološki pogoji in zaradi sposobnosti prilagajanja organizmov na spreminjajoče pogoje v okolju

6 Naravna opredelitev okolja BIOSFERA Biotska raznovrstnost ŽIVLJENJSKA RAZNOVRSTNOST (biotska raznovrstnost) Raznovrstnost življenja na Zemlji se kaže v številčnosti, različnosti in spremenljivosti organizmov in ekosistemov. Za Slovenijo je značilna velika življenjska raznovrstnost. Nanjo vplivajo raznolikost krajine, prepletanje štirih biogeografskih območij: Alp, Dinarskega gorstva, Panonske nižine, Primorja, veliki, sklenjeni gozdni ekosistemi, raznolikost podnebja in tipov tal. Življenjsko raznovrstnost ogrožajo razvoj mest, gradnja cest, uvajanje tujerodnih vrst, onesnaževanje vode in zraka, uporaba pesticidov v kmetijstvu, izsuševanje mokrišč

7 izpiranje človeško telo voda sledne prvine v kamninah rastline, živali onesnaževala, gnojila,... prst sledne prvine v zraku

8 PEDOSFERA - pomen POMEN PRSTI: povezuje vse zemeljske sfere in omogoča prenos energije iz nežive v živo naravo, medij za rast rastlin in pridelavo hrane (=osnova terestičnega življenja), medij za rast mikroorganizmov, produkcija in absorbcija plinov, habitat za živali, vir gradbemega materiala, regulator vodnega režima, filter za pitno vodo, absorbcioja onesnaževal, razgradnja odpadkov/onesnaževal,

9 PEDOSFERA nastanek tal Geološka podlaga najpomembnejši tlotvorni dejavnik v RS. Klimatske razmere v veliki meri določajo značilnosti tal. Procesi premeščanja snovi potekajo navzdol po talnem profilu, kar je rezultat količinske prevlade padavinske vode nad izhlapevanjem vode iz tal in transpiracijo rastlin. Reliefna razgibanost je tudi pomemben dejavnik, ki vpliva tako na nastanek in razvoj tal kakor na njihovo rabo

10 PEDOSFERA gradniki prsti Prst gradijo mineralne snovi, organske snovi, voda in zrak. Primer organo-mineralne prsti:

11 PEDOSFERA tekstura prsti Locǐmo 12 teksturnih razredov, ki zavisijo od % peska, melja in gline

12 PEDOSFERA tekstura prsti Tekstura tal dolocǎ: - prepustnost za vodo/onesnaževala (kako se giblje voda skozi tla), - kapaciteto za zadrzěvanje vode, - aeracijo, - sposobnost za obdelovanje tal, -rodovitnost tal

13 PEDOSFERA struktura prsti Struktura prsti Struktura je nacǐn, kako se teksturni delci grupirajo v klastre in agregate. Organska snov ima pri tem odlocǐlno vlogo

14 PEDOSFERA struktura prsti Vpliv strukture tal na prepustnost prsti za vodo / onesnaževalo

15 LITOSFERA Litosfera = trdna lupina Zemlje, ki sega do globine 100 km (zunanji plašč + zemeljska skorja). skorja zunanji plašč plašč zunanje jedro notranje jedro Litosfero sestsavljajo kamnine in minerali

16 LITOSFERA vrste kamnin / nastenek Kamninski krog

17 LITOSFERA vrste kamnin / nastenek Zbrusek magmatske kamnine 17 17

18 LITOSFERA poroznost kamnin Poroznost kamenin je lastont, ki odločilno vpliva na prepustnost za vodo, za zrak in posledično za onesnaževala. Razlikujemo kamenine z medzrnsko, razpoklinsko in kraško-razpoklinsko (kanalsko) poroznostjo. Rock texture and porosity of typical aquifer materials (modified from Meinzer, 1923)

19 LITOSFERA petrografska karta POENOSTAVLJENA PETROGRAFSKA KARTA SLOVENIJE granit

20 HIDROSFERA - vode, led in sneg VODNI CIKEL ključni proces hidrosfere

21 HIDROSFERA - rezrvoarji Podzemna voda

22 VODONOSNIK

23 Podzemna voda je uskladiščena v porah tal in kamenin. Prepustne kamnine = vodonosnik. nezasičena cona Zasičena cona nivo podzemne vode (piezometrični nivo) Vodonosnik PODZEMNA VODA

24 Vodonosnik Produktivnost vodonosnika je odvisna od sposobnosti vodonosnika za skladiščenje in prevajanje vode, se pravi od lastnosti kamenin. Vodonosnik z medzrnsko poroznostjo, Vodonosnik z rapoklinsko poroznostjo, Vodonosnik s kraškorazpoklinsko poroznostjo

25 Vodonosnik OBMOČJE NAPAJANJA OBMOČJE PRAZNENJA odprt vodonosnik zaprt vodonosnik neprepustna plast neprepustna plast zaprt vodonosnik 25

26 Vodonosnik Medzrnski vodonosniki

27 Razpoklinski vodonosniki

28 VODONOSNIK - kraški Posebnost kraškega vodonosnika so njegove heterogene lastnosti. Njegove fiziografske in hidrološke značilnosti so rezultat raztaplanja karbonatnih kamenin. Posledica - specifične geomorfološke oblike in hidravlični pojavi JDP Summer School 2015 in Graz ( ) 28

29 POLNJENJE IN PRAZNENJE VODONOSNIKOV

30 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Na splošno razlikujejo dve vrsti napajanja: direktno in indirektno. - Direktno napajanje predstavlja padavinska voda, ki je vertikalno prešla tla in nezasičeno cono vodonosnika (Simmers, 1990). - Indirektno napajajo vodonosnike ponikalnice, razpoke, reke ali jezera (Simmers, 1990). V tem primeru ima pomembno vlogo horizontalna komponenta toka. Napajanje se deli tudi na difuzno in diskretno (koncentrirano). - Padavine difuzno pronicajo pod površje. - Diskretno se napaja podzemna voda iz omrežja razpok. Omrežje lahko hitro prevaja tako vodo kot onesnaževala. Primer - kraški vodonosnik

31 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Kateri faktorji vplivajo na naravno napajanje vodonosnikov? Površini terena: - topografija, - količina, intenzivnost, trajanje in razporeditev padavin, - površinski in podpovršinski odtok, - aktivnosti na površju, - vegetacija in ETP, - struktura tal na povrsǐni (zalizane pore, makropore). Površinske vode (v vodonosnik iztekajo ali pa jih vodonosnik napaja)

32 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Tla: - narava, globina in hidrološke lastnosti tal (tekstura, struktura, prisotnost organske snovi), - trenutne kapacitete vode v tleh, - temperatura vode, - variabilnost tal, - razpokanost tal zaradi izsušitve. Nezasičena cona: - mehanizem toka skozi nezasičeno cono, - heterogenost cone različna hidravlična prevodnost. Zasičena cona: - sposobnost cone za sprejemanje vode, - spremembe pogojev v vodonosniku skozi čas

33 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Tok podzemne vode varira po - dolžini, - globini in - potovalnem času od območja napajanja do območja praznenja. Iz tega sledi, da uspešna ocena napajanja in praznenja vodonosnika prvenstveno zavisi od identifikacije pravilnega mehanizma toka vode in pomembnih oblik, ki vplivajo na napajanje in tok. Po vstopu v vodonosnik na območju napajalnega območja teče podzemna voda, glede na hidravlični gradient, proti območju praznenja. Če ni ovir, se bilanca vode ohrani, proces napajanja pa zavisi od hidrometeoroloških in hidroloških razmer. To pomeni, da smer in hitrost toka podzemne vode v glavne nadzirajo geološke razmere

34 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Površinski vodotok se napaja iz vodonosnika, če je nadmorska višina nivoja podzemne vode v bližini vodotoka višja kot nadmorska višina gladine vodotoka (A gaining stream). Površinski vodotok pa napaja vodonosnik skozi strugo, niz odprtin ali razpok, če je nadmorska višina nivoja podzemne vode v bližini vodotoka nižja kot nadmorska višina gladine vodotoka. Vodotok je lahko neposredno v stiku z zasičeno cono vodonosnika ( A loosing stream). A gaining stream A gaining A losing stream stream 34

35 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Vodotok lahko napaja vodonosnik tudi preko nezasičene cone (A disconected stream). Če je dotok iz struge preko nezasičene cone večji od lateralnega pretoka podzemne vode, se nivo podzemne vode zviša pod območjem struge. A disconnected stream

36 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Ponikalnica, ki je značila za KRAS, je posebna oblika losing stream. A karst aquifer scheme JDP Summer School 2015 in Graz ( )

37 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Glavna primarna posledica heterogenosti kraškega vodonosnika je dvojnost kraških vodonosnikov: -dvojnost procesov napajanja (razpršeno napajanje nizko prevodnih blokov kamnin in koncentrirano omrežja kraških kanalov), -dvojnosti procesov praznenja vodonosnika (razpršeno izcejanje iz nizko prepustnih blokov kamnin in koncentrirano iz omrežja kraških kanalov) JDP Summer School 2015 in Graz ( )

38 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Glavne sekundarne posledice heterogenosti kraških vodonosnikov: - - tipične oblike hidrogramov kraških izvirov zaradi hitrega naraščanje in počasnega upadanje pretokov, hitro in veliko nihanjev nivojev vode v nekaterih vrtinah ter počasno in majhno v drugih, - nihanje kemijske in izotopske sestave vode kot funkcije dotoka, - hiter prehod naravnih in umetnih sledil

39 HUBELJ

40 VHOD V JAMO 40 m

41 Q (m3/s) VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Razdelitev nevihtnega hidrograma Hublja opazovano nevihtno obdobje epitok - 41% (54% NV, 46%VZNC) % prva dva nevihtna cikla epitok - 48% (31% NV, 69%VZNC) jul 12-jul 13-jul 14-jul 15-jul 16-jul 17-jul 18-jul 19-jul 20-jul 21-jul 22-jul 23-jul 24-jul 25-jul 26-jul Q-Hublja Q-baznega toka Q-epitoka 41

42 VODONOSNIK - polnjenje, praznenje Predsvaljeni podatki nevihtnega obdobja opozarjajo na batni efekt, pomen epikraške cone v procesu napajanja kraškega vodonosnika. Skupaj s podatki mesečnega vzorčevanja so omogočili zasnovo konceptualnega modela opazovanega vodonosnika. Na podlagi številnih argumentov model predpostavlja, da je mehanizem toka in prenosa snovi v kraškem vodonosniku odvisen od obnašanja epikraške cone

43 Na kaj pomislite ob besedah PITNA VODA?

44 PITNA VODA - pomembna dejstva Voda za oskrbo prebilvalstva in za tehnološko rabo postaja vse pomembnejša. Zaradi primanjkovanja vodnih virov so le ti vse pogosteje predmet konflikta in razdora. V svetovnem merilu več kot milijarda ljudi, od tega večina v državah v razvoju, nima dostopa do zdrave pitne vode. Zaradi gospodarskega razvoja in rasti populacije so se začele soočati s pomanjkanjem zadostne količine vode / kakovostne vode tudi nekatere razvite države. Že pred dvema desetletjema je bila vodooskrba ¼ svetovnega prebivalstva odvisna od kraških vodnih virov (Ford in Williams, 1989; Solomon, 2000)

45 PITNA VODA - pomembna dejstva Podzemna voda je v RS več kot 95% vir pitne vode

46 PITNA VODA - pomembna dejstva Deleži odvzetih kolic in podzemne vode v RS po vrsti rabe iz evidence vodnih povracǐl v obdobju (ARSO, 2015)

47 Pitna voda Podzemna voda je odličen primer obnovljivega naravnega vira: infiltrirane padavine jih vedno znova obnavljajo, razen če ne pride do drastičnih podnebnih sprememb (kar pa se lahko zgodi!!!). ZATO JE ZELO NEUMNO, DA IZGUBLJAMO TAKO POMEMBNE NARAVNE VIRE ZARADI ONESNAŽENJA in PREKOMERNEGA IZKORIŠČANJA!

48 Pitna voda Gospodarjenja z vodonosniki

49 VODONOSNIK - gospodarjenje Cilji gospodarjenja z vodonosniki: -ohraniti dobro količinsko in kakovostno stanje podzemne vode; - preprečiti in omejiti vnos onesnaževal; - preprečiti poslabšanja stanja teles podzemne vode; - sprejeti ukrepe, da se normalizira vsak negativen vpliv; - izpolnjevanje zahtev, ki so predpisane v vodovarstvenih območjih

50 VODONOSNIK - degradacija Vrste degradacijskih problemov vodonosnikov: prekomerno izkoriščanje (piezometrični nivo se prehitro znižuje ali se zniža na neprimerno višino) posedica je zmanjšanje izdatnosti vrtin/izvirov in baznega toka reke/porečja, vdor slane vode, posedanje ter sprememba smeri toka in s tem poslabšanja kakovosti vode; neustrezne ali nenadzorovane aktivnosti na površini, vključno z odlaganjem odpadkov in razlitji kemikalij; posledica kemijsko in bakteriološko onesnaženje. podnebne spremembe posledica je zniževanje nivojev podzemne vode in scenarij 1. alineje; zasoljevanje - rezultat slabe namakalne prakse ali pride do vdora zaradi prekomernega izkoriščanja ali zaradi padca nivojev kot posledica podnebnih sprememb; problematično, ker se ne reducira naravno a le z energetsko potratnim procesom razsoljevanja ali z redčenjem;

51 Pitna voda večje spremembe rabe zemljišč posledica je sprememba infiltracijskih pogojev (npr. odstranitev naravne vegetacije posledica npr. poplave v Železnikih 2007 )

52 Poznavanje obnašanja vodonosnega sistema je temeljni pogoj za učinkovito gospodarjenje z virom podzemne vode. Razumevanje procesov napajanja je eden od najpomembnejših vidikov pri zaščiti podzemnih vodnih virov. Na njegovi osnovi lahko napovedujemo transporta snovi /onesnaževal. ZAVEDATI SE MORAMO, Pitna voda 1) da napajanje podzemne vode ni le naravno, iz padavin ali površinske vode, ampak je lahko tudi antropogeno zaradi namakanja in zaradi urbanega odvodnjavanja; 2) da je hitrost toka podzemne vode različna od hitrosti prenosa snovi / onesnaževala

53 Pitna voda Kaj pa vpliva na ranljivost vodonosnikov (KOLIČINSKO IN KAKOVOSTNO = fizikalno, kemijsko in biološko)?

54 Pitna voda Glavni faktorji vpliva na ranljivost vodonosnikov: vrsta vodonosnika (njegove hidravlične lastnosti), infiltracijski pogoji - vrsta vegetacijskega pokrova, debelina/lastnosti prsti, debelina nezasičene in zasičene cone, hidravlični gradient, količina izčrpane vode... Prst ima največjo moč zadrževanja onesnaževal, zlasti zaradi biološke aktivnosti, ki je v drugih conah vodonosnika odsotna, in delovanja korenin. Najmanj procesov zadrževanja onesnaževal je v zasičeni coni vodonosnika le razredčenje in hidrodinamična disperzija

55 Občutljivost različnih hidrogeoloških enot Pitna voda

56 Pitna voda Širjenje onesnaženja medzrnski vodonosnik

57 Pitna voda Širjenje onesnaženja razpoklinski vodonosnik

58 Kraški vodonosniki so najbolj ranljiva vrsta vodonosnikov. Pitna voda Vrtače in ponori predstavljajo posebej ranljive dele kraškega vodonosnika, saj lahko po kraškem omrežju hitro prevajajo onesnaženje iz površine do kraških izvirov. P O N O R I V Z A L E D J U R I Ž A N E

59 Pitna voda - VVO Viri onesnaževanja in onesnaženja Atmosphere deposition To the surroundings -Dust -Splash -Spray -Exhausts Run off Road marking Road material Road salt Vehicle deposition Wear particles, Dust Ditches Ground Water - Exhaust particles - Wear products - Dirt and Waste - Salt - Asphalt (bitumen + gravel) - Tyre - Road marking - Sand for gritting, Chips Infiltration, Leaching to ground water (especially important for alternative materials)

60 Pitna voda - VVO Mejne vrednosti parametrov za padavinsko odpadno vodo

61 Pitna voda - VVO

62 Primeri Pitna iz prakse voda - VVO

63 Prieri iz prakse

64 Primeri iz prakse

65 Padavinska vode s cest Cilje odvodnje padavinske vode s cest: zagotavljanje varnosti in nemoteno odvijanje prometa, zaščita ceste in cestnega telesa pred negativnimi vplivi vode, zaščita vode in tal pred negativnimi vplivi s ceste. Uredba o emisiji snovi pri odvajanju padavinske vode z javnih cest (Uradni list RS, št. 47/05)

66 Padavinska vode s cest Vrste padavinske vode na javnih cestah določene glede na način nastanka padavinskega odtoka: - lastne vode, - zaledne vode, - tuje vode (Krajnc, 2006)

67 Padavinska vode s cest Lastne vode - padavinske vode, ki padejo na utrjene površine javnih cest. Glede na lokalne danosti, prometno obremenitev in v uredbi predpisane kriterije je za lastne vode urejeno zbiranje, odvodnjavanje in po potrebi še obdelava padavinskih odpadnih voda

68 Padavinska vode s cest Zaledne vode - so padavinske vode, ki padejo na neutrjene površine javnih cest in se razpršeno stekajo proti cestnemu telesu. Te vode niso v stiku z vodami s cestišča, zato se praviloma posebej zbirajo in odvajajo ločeno od lastnih voda

69 Padavinska vode s cest Tuje vode - so vode, ki nastajajo drugje, in so samo v posrednem stiku s cesto, saj dotekajo z gorvodnih, z javnimi cestami nepovezanih območij in je zanje posebej urejeno le križanje s cestnim telesom (npr. prepust)

70 Padavinska vode s cest Padavinske odpadne vode lahko odvajamo - točkovno preko iztoka usedalnika, lovilca olj, zadrževalnika padavinske odpadne vode ali čistilne naprave odpadne padavinske odpadne vode. - razpršeno z utrjenih, tlakovanih ali z drugim materialom prekritih površin objektov s prelivanjem preko njihovih mejnih robov ali preko posamičnih iztokov ali preko jarkov za zbiranje in odvajanje padavinske vode iz teh površin

71 Padavinska vode s cest TOČKOVNO ODVAJANJE Pred odvajanjem v javno kanalizacijo je treba zagotoviti točkovno odvajanje padavinske odpadne vode za : - javne ceste, ki prec ka medzrnske in razpoklinske vodonosnike, cě je dnevno povprecǰe pretoka vozil vecǰe od EOV/dan, - javne ceste, ki prec ka krasǩe vodonosnike, cě je dnevno povprecǰe pretoka vozil vecǰe od EOV/dan, - javne ceste, ki prec ka obmocǰa kamnin s povprecňo propustnostjo za vodo manj kot 10(na 6) m/s, cě je dnevno povprecǰe pretoka vozil vecǰe od EOV/dan, ali - javne ceste, s katere se padavinska odpadna voda odvaja neposredno v vodotok ali v morje, cě je dnevno povprecǰe pretoka vozil vecǰe od EOV/dan., -VVO, če to zahtevajo

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91 Ukrepi vzdrževanja: Koalescentni lovilci olj se v skladu s poslovnikom čistijo enkrat letno ali po potrebi večkrat. Dela mora izvajati pooblaščeno podjetje, zato sklenjena pogodba z zunanjim izvajalcem