svojstva podzemnih voda - baric, gorsek
TRANSCRIPT
SVOJSTVA PODZEMNIH VODA
Nikola Barić,Ivan Goršek
Fizikalna svojstva podzemnih voda:• temperatura, mutnoća (prozirnost),
obojenje, električna vodljivost i radioaktivnost
Organoleptička svojstva:• okus i miris
Spomenuta svojstva ovise o: mineralnom sastavu geološke sredine, postanku podzemne vode, dubini zalijeganja, kemijskom sastavu, povezanošću s površinom
TEMPERATURA PODZEMNIH VODA
• Osnovni parametar koji utječe na hidrogeokemijske procese
• Uglavnom se kreće u granicama od 0C do 100C
• pothlađene podzemne vode u tekućem stanju (ispod 0C) - u predjelima vječnog leda
• pregrijane vode (iznad 100C) –u dubokim kanalima gejzira
• Smatra se da vode s višom temperaturom predstavljaju pregrijanu paru
• Najveća izmjerena temperatura podzemne vode je 161 C
Temperatura podzemnih voda ovisi o:
• geografska širina
• nadmorska visina
• dubina ispod površine zemlje
• brzina protjecanja
• geološka i fizikalna svojstva stijena
Na temperaturu vode koja se nalazi plitko ispod površine utječu oscilacije temperature zraka, insolacija, temperatura i količina oborina, antropogeni činitelji, itd
Primjer krivulje smanjenja dnevnih kolebanja temperature u tluq = koeficijent geometrijske progresije, r = razlika aritmetičke progresije, h = dubina mjerenja u tlu, Δt = temperatura
Amplitude oscilacije se prigušuju približno po geometrijskoj progresiji s aritmetičkim povećanjem dubine
Najprije se, po dubini, gube dnevne oscilacije pa sezonske, zatim godišnje.
U vezi s tim postoje četiri zone s obzirom na oscilacije temperature: • zona dnevnih oscilacija (do 0,8-1,0 m)• zona sezonskih oscilacija (5-8 m)• zona godišnjih oscilacija (15-40 m)• zona postojane temperature (više od 15-40 m) – termički neutralna
zona
• Dubina zona ovisi o : toplinskoj vodljivosti stijena, njihovoj teksturi i strukturi, vlažnosti i šupljikavosti, nagnutosti i izloženosti terena,…
• Temperature podzemnih voda se mijenjaju u skladu s temperaturama zraka, no sa zakašnjenjem od 1-2 mjeseca – to se tumači topinskom tromošću stijena
• Termički neutralna zona je ona u kojoj ne dolazi do oscilacije temperature.
Termičke zonePrema teoriji, postoje dvije termičke zone. Po jednoj
podjeli to su:• heliotermička zona – u kojoj na termiku stijena i voda
utjecaj ima sunčevo zračenje• geotermička zona – koja je ispod termički neutralne
zone i na nju utječe unutarnja toplina zemlje
A po drugoj:• heterotermička zona – koja seže do termiči neutralne
zone• homotermička zona – u kojoj porast temperature ovisi
o toplini iz dubine
• ispod zone postojane temperature se temperatura podzemne vode povećava u skladu s vrijednostima geotermijskog stupnja
• t = temperatura podzemne vode na dubini H C,• tpr = prosječna godišnja temperatura zraka na danoj lokaciji C,
• Ak = korekcijski član za nadmorsku visinu [ºC],
• H = dubina na kojoj se nalazi podzemna voda m,• Hconst = dubina na kojoj počinje zona postojane temperature m,
• gs = geotermijski stupanj m/C]
s
constkpr g
HHAtt
gzs G
1
tt
Hg
[m/ºC]
• tz = prosječna temperatura zraka C,Gg = geotermijski gradijent C/m.
U Hrvatskoj:
Dinaridi : gs = 67m/°C (Gg = 1,5°C/100m)
Dravska potolina : gs = 18m/°C (Gg = 5,5°C/100m)
Geotermijski stupanj
Hidrogeološka podjela (ovisi o prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka tpr):
• hladne podzemne vode t < tpr • obične podzemne vode t tpr• tople podzemne vode t > tpr
Fiziološka podjela (odnos temperature podzemne vode i temperature tijela čovjeka)
1. hladne podzemne vode t<20C2. termalne podzemne vode t>20C• hipotermalne 20C - 35C
• homeotermalne 35C - 40C• Hipertermalne > 40C
Slična klasifikacija (većina istočnoeuropskih zemalja): • 1. vrlo hladne: t = 0C - 4C 4. vruće: t = 37C - 42C• 2. hladne: t = 4C - 20C 5. vrlo vruće: t = 42C - 100C• 3. tople: t = 20C - 37C 6. kipuće: t = iznad 100C
PODJELA PODZEMNIH VODA PO TEMPERATURI
BISTROĆA I MUTNOĆA PODZEMNE VODE
• bistroća vode – ukazuje na sposobnost vode da propušta svjetlo
• mutnoća vode – ukazuje na sposobnost vode da apsorbira svjetlosne zrake
Podzemne vode su većinom vrlo bistre zbog filtracijskih sposobnosti sitnozrnatih propusnih stijena
Postoje i mutne podzemne vode. To su plitke vode koje komuniciraju s površinom, vode koje zbog brzine protoka za sobom u bušotinu povlače i mineralne čestice, vode koje sadrže željezni karboksid koji oksidira na zraku
• Bistroće - određivanje visine stupca vode kroz koji se može čitati etalonski tiskani uzorak (cm)
• Mutnoća - usporedba ispitivanog uzorka vode s odgovarajućim etalonskim uzorcima mutnoće (mg/L)
OKUS PODZEMNE VODE
Ovisi o :• otopljenim solima i
plinovima • količini i sastavu koloidnih
čestica• temperaturi vodeOsjet okusa se može ocijeniti
na temelju stupnja okusa i vrste okusa
Najintenzivniji okus - mineralne vode (M ≥ 1,0 g/L)
Vrsta okusa Uzrok okusa
slan natrijev klorid
gorak Na i Mg sulfati
sladak organske tvari
kiseo alauni
MIRIS PODZEMNE VODE
• u većini slučajeva nemaju nikakav miris• Jedino vode u kontaktu s močvarama i tresetastim
terenima, onečišćene vode ili neke mineralne imaju mirisRazlikuju se 3 vrste mirisa:• biljni mirisi - uzrokovani prisustvom prirodnih organskih
supstanci koje dospijevaju u vodu iz tla, tresetišta, pokošene trave i sl.
• truležni mirisi - uzrokovani prisutnošću prirodnih organskih tvari koje se raspadaju (mirisi po plijesni, gnjileži, sumporovodiku i sl.)
• specifični mirisi - uzrokovani uglavnom umjetnim kemijskim spojevima koji dospijevaju s površine (mirisi po željezu, nafti, benzinu, fekalijama, fenolu, kloru i sl.).
BOJA ( I OBOJENOST) PODZEMNE VODE
• većina podzemnih voda je bezbojna• ako postoji boja, to je od otopljenih tvari • stvarna boja vode - uzrokovana isključivo u njoj
otopljenim tvarima – predstavlja trajnu boju vode• obojenost vode (prividna ili privremena boja) -
posljedica prisustva suspendiranih čvrstih čestica
Označava se u jedinicama Pt-Co skale koje se zovu Hazenovi stupnjevi (1H = 1 mg platine u litri vode i 2,02 mg kobaltovog klorida u litri vode)
ELEKTRIČNA VODLJIVOST PODZEMNE VODE
• kemijski čista voda je vrlo loš električni vodič (specifični otpor: ρsp= 106Ωm, specifična vodljivost: γsp=10-6S/m, pri 18°C) (vode u prirodi nikad nisu kemijski čiste)
• ako je u vodi otopljen neki elektrolit, voda postaje bolji vodič
• Slatke vode (<0,5 g/L otopljenih mineralnih spojeva) => γsp=1,3 × 10-1 do 2,5 × 10-2 S/m
• 6 postotna otopina NaCl => γsp=8 S/m
tkA
CkGS
[mg/L]
S = ukupna mineraliziranost vode, (suhi ostatak) mg/L
G = električna vodljivost mjerena uređajem Sk = konstanta uređaja kojim se mjeri el. vodljivost
vode(ovisi o konstrukciji uređaja i za svaki se uređaj mora izmjeriti)
C = numerički parametar (varira od 720 000 do 1 000 000)Atk = temperaturni korekcijski koeficijent
RADIOAKTIVNOST PODZEMNE VODE
• podzemne vode mogu sadržavati radioaktivne elemente koji im daju svojstvo radioaktivnosti, tj. sposobnost odašiljanja α-zraka,β-zraka i γ- zraka
Izvor prirodne radioaktivnosti podzemnih
voda su radioaktivni elementi koji spadaju u:
• uransko-radijski niz
• torijski niz
• aktinijski niz
U23892
Pb20682
16
Th23290
12Pb208
82
U23592
14Pb207
82
Stalna radioaktivnost:• postoji relativno rijetko • slabog je intenziteta• potječe od izotopa torija, radija, urana ili 40K koji su
otopljeni ili suspendirani u vodi • vrijeme poluraspada je veliko• produkti njihovog raspada su također radioaktivni.
Privremena radioaktivnost: • uzrokovana je prisustvom radona, torona ili aktinija• voda ih kod svog kretanja ispire iz stijena • vremena poluraspada su kratka • radioaktivnost podzemne vode brzo nestaje
• apsolutna jedinica za intenzitet radioaktivnosti je 1 Ci (Curie)• mjerna jedinica aktivnosti radioaktivnog tijela je 1 Bq
(Bequerel)• 1 Ci = 3,71010 Bq• kod voda se koristi jedinica prividne (relativne) radioaktivnosti:
Bq/L i ona predstavlja specifičnu radioaktivnost
Primjenjuje se sljedeća klasifikacija (1 nCi = 10-9 Ci/L):• slaba radioaktivnost <2 nCi/L• srednja radioaktivnost 2-10 nCi/L• velika radioaktivnost 10-100 nCi/L• vrlo velika radioaktivnost > 100 nCi/L
Najčešće su podzemne vode sa slabom radioaktivnošću.
• glavni čimbenik koji utječe na stupanj radioaktivnosti podzemnih voda je vrsta stijena
• treba ozbiljno računati na radioaktivnost iz umjetnih izvora (nuklearne elektrane, nuklearno naoružanje...)
Sadržaj radioaktivnih elemenata g/Mg
Element Kisele magmat. stijene
Sedimentne stijene
Bazične magmat. stijene
Uran 3,9 1,2 0,9
Torij 13,2 3,3 4,5
Kalij 40K 4,1 3,1 1,2
Rubidij 87Rb 141,4 81,6 4,9
Ukupno g/Mg 170 90 12
Ukupno % 0,017 0,009 0,0012
OSNOVNA TERMIČKA SVOJSTVA STIJENA
Neravnomjerni raspored temperature u stijeni uzrokuje protok topline kroz stijenu
Protjecanje topline u stijenama odvija se na sljedeće načine:
• kondukcija -karakteristična za čvrstu tvar stijene
• konvekcija - u kapljevitoj i plinovitoj materiji
• radijacija - u sva tri agregatna stanja
Termička svojstva stijena:• koeficijent temperaturne provodnosti (a) - brzina
promjene temperature stijena koja se odvija u jediničnom volumenu stijene zbog apsorbiranja topline
[ms-1] • koeficijent toplinske provodnosti (λ) - intenzitet prijenosa
topline na putu provođenja u razmatranoj stijenskoj masi
• specifični toplinski kapacitet stijene (C‘) - predstavlja
toplinski kapacitet jedinične mase
• gustoća površinskog toplinskog toka (q) - količina topline koja prolazi kroz jediničnu izotermičku površinu u jedinici vremena
q = - λ grad T [Wm-2]
11 a Cst
tTTs
Q
o
)( 1
[Wm-1K-1]
Tm
QC
st 1 [JK-1kg-1]
TOPLINSKA PROVODNOST LEŽIŠNIH FLUIDA
Vrsta ležišnog fluida
Toplinska vodljivost λ [Wm-1K-1]
Specifični toplinski kapacitet C
[Jkg-1K-1]
Gustoća fluida
[kgm-3]
ZRAK 0,026 1.007 1,177
VODA 0,613 4.180 1001
LED 2,23 2.120 920
NAFTA 0,14 2.093 790 960
METAN 0,031 2.160 0,71