Projekti / Programi
Hidrogeokemična sestava in evolucija podzemnih vod v kraško-razpoklinskih vodonosnikih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.06.07 |
Naravoslovje |
Geologija |
Naravni viri (mineralne in energetske surovine ter voda) |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P470 |
Naravoslovno-matematične vede |
Hidrogeologija, inženirska geografija in inženirska geologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
hidrogeokemija, podzemne vode, modeliranje, GIS, kraško-razpoklinski vodonosniki
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
24253 |
dr. Timotej Verbovšek |
Geologija |
Vodja |
2010 - 2012 |
375 |
Organizacije (1)
Povzetek
Geokemična sestava podzemnih vod je ključna za zagotavljanje kvalitetne vodooskrbe. Poleg fizikalnih in klimatskih dejavnikov ter morebitnih onesnaženj je odvisna predvsem od lastnosti matičnih kamnin. Raziskana je naravna sestava (ozadje) tal ali površinskih vod, precej manj pa podzemnih. Poleg težav s pitno vodo neustrezna sestava vod povzroča tudi tehnološke probleme v vodovodih in pri toplotnih črpalkah. Večino tovrstnih težav se da napovedati z ustreznim poznavanjem sestave vod in okolja ter z modeliranjem hidrogeokemičnih procesov. Sestavo podzemnih vod je treba sistematično povezovati z določenimi tipi vodonosnikov in njihovo interakcijo. Ker so kraško-razpoklinski vodonosniki (predvsem apnenci in dolomiti) zaradi svoje heterogenosti precej manj raziskani kot medzrnski, so dosedanje geokemične analize večinoma nepopolne in predvsem znanstveno neobdelane, merilnih mest državne mreže monitoringa podzemnih voda pa je v kraško-razpoklinskih kamninah premalo. Izdelana je bila že baza podatkov (Verbovšek, 2008), s katero je bil omogočen sistematičen pregled nad 397 vrtinami in vodnjaki v Sloveniji v teh kamninah. Pri tem se je pokazala potreba po korelacijah z doslej neraziskano hidrogeokemično sestavo vod. Projekt bo nadgrajeval dosedanje raziskave teh kamnin.
Cilji raziskave so: 1. Določiti hidrogeokemično sestavo podzemnih vod v kraško-razpoklinskih kamninah, z analizami vod iz vrtin. 2. Določiti mineralno in kemično sestavo pripadajočih vodonosnikov. 3. S statističnimi metodami in geokemičnim modeliranjem preučiti povezave med sestavo (naravnim ozadjem) podzemnih vod in lastnostmi vodonosnikov ter klimatskimi in ostalimi značilnostmi. 4. Z geokemičnim modeliranjem analizirati spreminjanje (evolucijo) vod s časom pri pretakanju skozi vodonosnike in tudi med črpanjem. 5. Publicirati in prikazati rezultate v GIS okolju in na geokemičnih kartah.
Večina teh analiz je izvirnih tako v slovenskem kot v svetovnem merilu, saj sistematičnih raziskav podzemnih vod v posameznih vodonosnikih ni. Cilji so usmerjeni tako znanstveno kot tudi praktično, saj bodo rezultati poleg publiciranja namenjeni tudi širši javnosti za opredelitev naravnega stanja v določenih vodonosnikih in za reševanje praktičnih problemov s področja vodooskrbe in trajnostne izrabe energije ter zagotavljanja kvalitete okolja in zdravja v sklopu prioritet Ministrstva za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo.
Metode dela bodo zajemale arhivski pregled geokemičnih analiz in nadgradnjo omenjene osnovne računalniške baze. Na čim večjem številu vrtin in vodnjakov bodo nato v akreditiranih laboratorijih izvedene hidrogeokemične in izotopske analize vod. Za izbrane vodonosnike bodo narejene sedimentološke, mineraloške in kemične analize ter analize razpok. Za določanje izvora vod ter njihovih evolucij bodo uporabljeni geokemični programi za modeliranje, nato pa statistične analize in prostorska obdelava podatkov v GIS-u. Namen raziskave je pridobiti manjkajoče temeljno znanje o sestavi vod in o različnih procesih, ki vodijo do te sestave podzemnih vod. Zasnovana je tako, da jo bo možno izvesti v razpoložljivem času, saj je osnovna računalniška baza že določena, potenciale lokacije in vodonosniki pa že pregledani.
Pričakovani so tako znanstveni in praktični vplivi rezultatov. V svetovnem merilu bo raziskava zapolnila vrzel s področja geokemičnega modeliranja in korelacije sestave vod z lastnostmi posameznih vodonosnikov, predvsem v kraško-razpoklinskih kamninah. Za slovenski prostor bodo zanimive vrednosti sestave po različnih vodonosnikih, saj bodo omogočile predvidevanje sestave vod in z njimi povezanih potencialnih tehnoloških težav. Raziskava bo omogočala tudi pedagoško delo z vključevanjem študentov v raziskave ter sodelovanje z drugimi raziskovalci in inštitucijami.
Pomen za razvoj znanosti
V širšem pomenu predstavljajo novosti rezultati geokemičnega modeliranja v karbonatih in predvsem sistematične analize omenjenih parametrov v posameznih različnih tipih vodonosnikov, ki se sicer na prvi pogled le malo razlikujejo med seboj, pri natančni analizi pa se pokažejo razlike, ki jih je možno razložiti z ustreznimi pristopi. Predvsem je malo raziskano področje geokemičnega modeliranja, kar je bilo opravljeno v sklopu projekta.
Da so karbonati aktualna tematika raziskovanja, ki je v tujini oz. širšem krogu znanstvenikov premalo raziskana, dokazujejo številne objave v revijah z SCI IF faktorjem, predvsem pa povabilo založbe vodji projekta, da predstavi problematiko karbonatov v monografiji Aquifers: Formation, Transport and Pollution s seznama mednarodnih založb ARRS ter povabilo k recenziji mednarodnih raziskovalnih projektov (Estonija, Srbija) s področja recenzije tematike sestave podzemnih vod, ter številne domače in tuje recenzije SCI in ostalih člankov s področja podzemnih vod.
Ob analizi rezultatov se je pokazala tudi problematika geokemičnih podatkov pod mejo detekcije, kar je sicer znano že dalj časa, toda pristopi k reševanju te problematike so bili precej različni. V objavljenem članku je bila zato predstavljena ta problematika, analiziranih in primerjanih več možnih pristopov in po metodi iskanja najmanjših napak je bil predlagan pristop z nadomeščanjem meje detekcije (MD) z vrednostjo MD/?2. Omenjeni članek je bil relativno hitro po objavi že citiran v mednarodni ugledni reviji Environmental Geochemistry and Health z SCI IF faktorjem (članek ima DOI: 10.1007/s10653-013-9516-0), kar predstavlja dokaz znanstvene uspešnosti.
Rezultati so bili objavljeni in predstavljeni tudi na mednarodnih kongresih, med katerimi je bil predstavljen prispevek na konferenci z naslovom »Calcium and Magnesium in Groundwater« v Katowicah na Poljskem septembra 2012, kjer je bila obravnavana problematika manjkajočih dovoljenih mejnih koncentracij kalcijevega in magnezijevega iona v mednarodnih pravilnikih za pitno vodo. S prispevkom je bila dodana tudi vrednost k tuji družbeno-ekonomski vrednosti, saj se znanstveni pristop obravnave tematike preko konferenc tako prenaša na tuje uporabnike po Evropi in drugje. Snov o karbonatih Slovenije je bila podana tudi tujim študentov v sklopu predavanj na tuji univerzi (Krakow, Poljska).
Poleg navedenih dejstev bodo rezultati nedavno zaključenega projekta poslani v objavo v revije z SCI IF faktorjem in bodo letos predstavljeni na največji mednarodni konferenci združenja hidrogeologov (IAH, International Association of Hydrogeologists) v Perthu, kar bo prikazalo in povečalo mednarodno odmevnost rezultatov projekta.
Pomen za razvoj Slovenije
Poleg naštetih rezultatov dajejo torej omenjeni dosežki vpogled v tematiko geokemične in izotopske sestave karbonatnih vod v Sloveniji in so izključno za karbonate za tako širok nabor parametrov izvedene prvič. Edina regionalna slovenska raziskava sestave vod je bila opravljena v letu 1998 (diplomsko delo Nataša Kukar, 1998, Naravoslovnotehniška fakulteta Univerze v Ljubljani) na širšem naboru izvirov po Sloveniji, kjer pa se ni ločevalo izvirov oz. vodonosnikov po litologiji, ni se uporabljalo programov za geokemično modeliranje ter ni se sistematično uporabljalo izotopskih preiskav. Rezultati projekta tako pomensko nadgrajujejo dosedanjo objavljeno delo.
Izdelan je bil tudi računalniški program XLS2PHRQ za prenos tabeliranih geokemičnih podatkov iz širše dostopnega programa MS Excel© (*.xlsx) v program za modeliranje PHREEQC, ki omogoča bistveno lažje delo pri vnosu in modeliranju sestave večjega števila vod.
Metodologija, pridobljena pri izdelavi projekta, je bila uporabljena tudi pri študiju praktičnih težav pri sestavi rudniških vod iz karbonatov, kjer so bile za rudnik živega srebra Idrija preučene razmere med črpanjem vode iz rudnika in časom mirovanja, saj so v slednjem času koncentracije okoljsko problematičnih železovih in sulfatnih ionov bistveno večje in presegajo mejne koncentracije kot v času mirovanja. Rezultati imajo tako tudi širšo uporabnost kot samo direktno znanstveno v sklopu projekta. Drug družbeno-ekonomski pomen je tudi v tem, da se v Sloveniji pojavljajo precej trde vode, torej take z vsebnostjo relativno velike koncentracije karbonatnih ionov, ki povzročajo težave pri tehnološki rabi vode in vsakdanji rabi v gospodinjstvih. Pri sistematičnem pregledu tako po vodonosnikih kot tudi iz geokemičnih kart je sedaj možno kvantitativno razbrati območja z visoko vrednostjo trdote.
Preko projekta so bili vzpostavljeni tudi številni kontakti z raziskovalci iz Slovenije (Inštitut Jožef Stefan, sodelovanje je bilo vidno v skupnih objavah) in kontakti z upravljavci vodnih virov v komunalnih podjetjih in občinah v večjem delu Slovenije, kar je pomembno tudi za prenos raziskovalnega dela v prakso na nivo strokovnega dela in uporabnikov. Rezultati projekta so bili namreč poslani sodelujočim komunalnih podjetjem v uporabo in nadaljnje sodelovanje.
Precejšen pomen imajo rezultati projekta tudi za pedagoško izobraževanje študentov geologije na Oddelku za geologijo Naravoslovnotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, saj je vodja projekta zaposlen kot visokošolski učitelj in je bilo v času projekta (in kasneje) izdano študijsko gradivo za več predmetov, med katerimi je najbolj pomemben predmet Hidrogeokemija. Pri tem predmetu so rezultati projekta vključeni v predavanja, uporabljajo pa se tudi na vajah. Študenti so sodelovali tudi pri samem projektu in se njihovi rezultati kažejo v obliki diplomskih del. Merska oprema projekta in meritve potekajo tudi pri predmetu Metode geoloških raziskav na študiju geologije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
