Autor: Matko Patekar, mag. geol.
Umjetno prihranjivanje vodonosnika (engl. managed aquifer recharge - MAR) obećavajući je koncept održivog upravljanja vodama, posebice u područjima gdje je dostupnost ili kakvoća vode ugrožena zbog prirodnih ili antropogenih čimbenika. MAR se temelji na prihranjivanju putem upojnih zdenaca ili infiltracijskih zona, a voda koja se za to koristi može biti različitog podrijetla: desalinizirana voda, pročišćena otpadna voda, poplavna voda ili kišnica. Iako se različite MAR metode primjenjuju u vodonosnicima s međuzrnskom poroznošću diljem svijeta, njihova primjena u kompleksnim krškim vodonosnicima, koje karakterizira hidraulička anizotropija i heterogenost, predstavlja značajan izazov (Daher et al., 2011). U svijetu postoji svega nekoliko primjera MAR-a u karbonatnim stijenama, te nema opsežnih studija koje predlažu prikladne metode istraživanja. Budući da postojeći klimatski modeli predviđaju stalno smanjenje količina oborina na jadranskim otocima, koje će prema kraju stoljeća biti sve izraženije, javlja se potreba za istraživanjem mogućnosti umjetnog prihranjivanja, kao i razvoja sustava ranog uzbunjivanja u slučajevima zaslanjenja vodonosnika.
Područje istraživanja je otok Vis, mali otok (89,7 km2) u središnjem dijelu Jadranskog mora, približno 50 km od kopna. Otok je dio dinaridskog krša i najvećim se dijelom sastoji od okršenih karbonatnih stijena. Zbog udaljene pozicije na pučini nije povezan s javnim vodoopskrbnim sustavom na kopnu i oslanja se isključivo na vlastite resurse podzemne vode. Vodoopskrbni sustav otoka Visa sastoji se od pet zdenaca (BO1 do BO5) izbušenih u zdenačkom polju Korita u središnjem dijelu otoka, dva zdenca (K1 i B1) u zaleđu Komiže i priobalnog izvora Pizdice. Maksimalni kapacitet crpljenja na Koritima je 42 l/s, a kakvoća podzemne vode je izvrsna zbog lokalnih hidrogeoloških barijera koje sprječavaju prodor morske vode. Kumulativni kapacitet zdenaca K1 i B1, te Pizdice je otprilike 5 l/s. Vodoopskrbni sustav za sad zadovoljava potrebe lokalnog stanovništva (otprilike 3600 žitelja), no peterostruko povećanje potražnje tijekom ljetne turističke sezone predstavlja značajan pritisak na otočke vodne resurse, što je uzrokovalo nekoliko redukcija za potrošače u posljednjem desetljeću.
Slika 1. a) Hidrogeološka karta i b) shematski hidrogeološki profil otoka Visa (modificirano prema Terziću i sur., 2022)
Kako bi se istražilo je li umjetno prihranjivanje izvedivo i održivo rješenje, provedena su detaljna i sistematična geološka, hidrogeološka, hidrološka, strukturno-geološka i geofizička istraživanja.
Temeljna geološka istraživanja novije generacije rezultirala su izradom litofacijesne karte otoka Visa (Korbar i sur., 2012). Nadalje, litološki članovi i formacije grupirani su u hidrogeološke članove na temelju svojstva vodopropusnosti, što je poslužilo kao temelj za izradu hidrogeološke karte i shematskog hidrogeološkog profila (Slika 1). Od hidrogeoloških istraživanja svakako valja izdvojiti trasiranje tokova podzemne vode putem umjetnih trasera, na temelju kojih su razdvojena dva najznačajnija sliva na otoku: sliv zdenačkog polja Korita i sliv izvora Pizdice. Nadalje, od 2019. godine vrši se periodičko opažanje fizikalno-kemijskih svojstva i ionskog sastava podzemne vode.
Slika 2. Piperov dijagram uzoraka podzemne vode s otoka Visa (Patekar i sur., 2023)
Rezultati petogodišnjeg opažanja uzakuju na nekoliko dominantnih procesa koji imaju utjecaj na ionski sastav podzemne vode, a to su otapanje karbonatnih stijena (vapnenca i dolomita), uz otapanje gipsa iz vulkanogeno-sedimentno-evaporitnog kompleksa komiškog zaljeva, prodor mora i difuzno miješanje slatke i slane vode, te ionska izmjena (Slika 2). Unatoč ispodprosječnim oborinama tijekom posljednjih pet godina, fizikalno-kemijski pokazatelji (npr. pH, elektrolitička vodljivost, koncentracija klorida) ukazuju na dobro uskladištenje krškog vodonosnika te relativnu otpornost na intenzivno ljetno crpljenje i dugotrajne sušne periode.
Hidrološka istraživanja bazirana su na izračunu vodne bilance i potencijalne evapotranspiracije na otoku Visu. Kako se otočke podzemne vode prihranjuju isključivo kišom, zanimljiv je rezultat da 99% infiltrirane kišnice difuzno istječe u more kroz okršeno i raspucalo podzemlje, dok manje od 1% obnavlja podzemne vode koje se crpe za vodoopskrbu. Također, prosječna godišnja evapotranspiracija iznosi 65%, što ukazuje da se samo 35% ukupne godišnje oborine procijedi do podzemne vode. Nadalje, na temelju regionalnih klimatskih modela Aladin, RegCM i Promes, uz dinamičku prilagodbu za otok Vis, projicirane su promjene u prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka (Slika 3). Porast temperature zraka uzrokovati će i povećanje evapotranspiracije, a samim time i smanjenje efektivne infiltracije i ukupnog protoka unutar sliva, što može dovesti do značajnog gubitka vodnih resursa.
Slika 3. Projicirane srednje godišnje temperature zraka prema modelima Aladin, RegCM i Promes
Pukotine i krški kanali imaju značajan utjecaj na tok fluida unutar karbonatnih stijena, stoga je nepohodno izvršiti detaljnu strukturno-geološku analizu. Na slici 4 prikazani su rezultati strukturno-geoloških mjerenja, s izmjerenim položajima i orijentacijama slojnih ploha, pukotinskih i rasjednih sustava te stilolita na nekoliko lokacija na otoku Visu. Rezultati detaljnih strukturno-geoloških mjerenja daju podatke o građ krških sustava i glavnim smjerovima tečenja, nakupljanja i pražnjenja podzemne vode te predstavljaju ulazne parametre za izradu 3D numeričkih modela.
Slika 4. Pojednostavljena geološka karta otoka Visa (prema Korbaru i sur., 2012) s lokacijama strukturno-geoloških mjerenja. Orijentacije deformacijskih struktura i diskontinuiteta prikazani su u stereografskim projekcijama.
Na temelju rezultata geoelektrične tomografije, površinske geofizičke metode koja daje podatke o distribuciji otpornosti u podzemlju, moguće je odrediti specifičnosti u geološkoj građi te brojne diskontinuitete, krške kaverne, saturiranu zonu i sl. Na slici 5 prikazan je 320 metarski geoelektrični profil u neposrednoj blizini zdenačakog polja Korita, na kojemu je jasno vidljiv porast otpornosti s dubinom od zone niže otpornosti (tlo crvenica), gornja i donja zona trošenja karbonata te kompaktnih karbonata visoke otpornosti. Pad otpornosti u srednjem dijelu profila na otprilike 0-20 m.n.v. ukazuje na prisustvo podzemne vode.
Slika 5. Profil geoelektrične tomografije u zdenačkom polju Korita
Na temelju rezultata provedenih istraživanja konstruiran je konceptualni model prihranjivanja krškog vodnonosnika na otoku Visu. Kao najprikladnija metoda umjetnog prihranjivanja odabrana je metoda infiltracijskog jezera (Slika 6). Metoda se bazira na prikupljanju oborinske, poplavne i bujične vode te njenom pasivnom procjeđivanju iz akumulacijskog jezera kroz propusno podzemlje do saturirane zone. Kao najprikladnija lokacija odabrano je zdenačko polje Korita. Naime, na lokaciji već postoje stara i zapuštena korita koja evakuiraju poplavne i bujične vode iz brdovitog područja Huma prema moru (Slika 7a), a njihovom bi se revitalizacijom i modifikacijom (izgradnja brane) omogućilo nakupljanje vode za infiltraciju u podzemlje. Za prvu fazu istraživanja odabran je jedan od postojećih poligona unutar zdenačkog polja Korita (Slika 7b). Najvažniji rezultati i zaključci u kontekstu istraživanja potencijala umjetnog prihranjivanja vodonosnika i održivog upravljanja otočkim krškim vodonosnikom, proizašli iz dugogodišnjih interdisciplinarnih istraživanja su:
- transmisivnost krškog vodonosnika na lokaciji Korita je 9×10-4 – 2,3×10-3 m2/s, dok rezultati pokusnog crpljenja ukazuju na homogeni tok podzemne vode kroz gusto raspucalu stijensku masu, a ne kroz krške kanale i kaverne, što se smatra povoljnim za umjetno prihranjivanje (infiltrirana voda neće rapidno istjecati)
- krški vodonosnik na lokaciji Korita je zaštićen od značajnijeg prodora mora s južne i zapadne strane, dok je najveća opasnost u kontekstu prodora mora prisutna uzduž glavnih rasjeda iz smjera istoka, te je nužno uspostaviti sustav ranog upozorenja
- podzemna voda je izvrsne kvalitete, čak i tijekom sušnih ljetnih mjeseci, što ukazuje na značajno uskladištenje i dostatne rezerve podzemne vode
- umjetno prihranjivanje vodonosnika metodom infiltracijskog jezera je ekonomski i socijalno prihvatljivo rješenje, uz minimalnu tehničku zahtjevnost i minimalne operacijske rizike. Najveća nesigurnost vezana je uz veliku varijabilnost količine oborine na otoku Visu, što može dovesti do nedostatka vode za infiltraciju.
Slika 6. Shematski prikaz koncepta infiltracijskog jezera unutar zdenačkog polja Korita. P je ukupna godišnja količina oborine (mm), PET je potencijalna evapotranspiracija, a V je volumen infiltracijskog jezera.
Slika 7. a) prikaz povremenog bujičnog toka, b) razmatrani poligon za prenamjenu u infiltracijsko jezero i c) situacija na terenu
Reference:
Daher W., Pistre S., Kneppers A., Bakalowicz M., Najem W. (2011): Karst and artificial recharge: Theoretical and practical problems; a preliminary approach to artificial recharge assessment. Journal of Hydrology, 408(3-4): 189-202.
Korbar T., Belak M., Fuček L., Husinec A., Oštrić N., Palenik D., Vlahović I. (2012): Osnovna geološka karta Hrvatske (1:50 000). List Vis 3 i Biševo 1 s dijelom lista Vis 4 i otocima Sv. Andrija, Brusnik, Jabuka i Palagruža. Hrvatski geološki institut: Zagreb, Hrvatska.
Terzić J., Frangen T., Borović S., Reberski J.L., Patekar M. (2022): Hydrogeological Assessment and Modified Conceptual Model of a Dinaric Karst Island Aquifer. Water, 14(3):404.
Patekar M., Soža M., Pola M., Nakić Z., Bašić M., Terzić J., Borović S. (2023): Feasibility Study of Managed Aquifer Recharge Deployment on the Island of Vis (Croatia). Sustainability, 15(13):9934.
Matko Patekar, mag. geol. je stručni suradnik na Zavodu za hidrogeologiju i inženjersku geologiju na Hrvatskom geološkom institutu. Znanstveni fokusi su mu krška hidrogeologija i hidrokemija, hidrologija i klimatologija. Trenutno je student poslijediplomskog doktorskog studija na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu.