Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Jamova 2 1000 Ljubljana, Slovenija fgg@fgg.uni-lj.si K I ni i • v... '■•■il-1 r H I n lili I 1 I n ih lil 11111 PODIPLOMSKI STUDIJ GRADBENIŠTVA MA GISTRSKI ŠTUDIJ Kandidat: SIMON KAČ Matematični model podzemne vode na območju Medloga v Spodnji Savinjski dolini in simulacija umetnega bogatenja Magistrsko delo štev.: 206 Groundwater model of aquifer in Medlog in Spodnja Savinjska dolina and simulation of artificial recharge Master of Science Thesis No.: 206 Mentor: prof. dr. Boris Kompare Somentor: doc. dr. Mihael Brenčič Predsednik komisije: prof. dr. Mtjaž Četina Član: Ljubljana, 24.9.2009 IZJAVA O AVTORSTVU Podpisani SIMON KAČ izjavljam, da sem avtor magistrskega dela z naslovom: »MATEMATIČNI MODEL PODZEMNE VODE NA OBMOČJU MEDLOGA V SPODNJI SAVINJSKI DOLINI IN SIMULACIJA UMETNEGA BOGATENJA«. Podpis: Ljubljana, 24.9.2009 BIBLIOGRAFSKO-DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK UDK: 519.61/.64:556.3:628.11(043.3) Avtor: Simon Kač, univ.dipl.inž.vod.kom.inž. Mentor: prof. dr. Boris Kompare, univ.dipl. inž.grad. (mentor), Somentor: doc. dr. Mihael Brenčič, univ.dipl. inž.geol. (somentor) Naslov: Matematični model podzemne vode na območju Medloga v Spodnji Savinjski dolini in simulacija umetnega bogatenja Obseg in oprema: 92 str., 15 pregl., 48 sl. Ključne besede: podzemna voda, Spodnja Savinjska dolina, Medlog, matematični model podzemne vode, PMWIN, umetno bogatenje, vodnjaki Izvleček Magistrsko delo obravnava matematično modeliranje podzemne vode na območju vodonosnika Spodnje Savinjske doline med naseljema Žalec in Celje. V okviru magistrskega dela je bil izdelan tridimenzionalni napovedovalni model podzemne vode na obravnavanem območju. Model je bil izdelan s programskim paketom Procesing Modflow for Windows (PMWIN). Za izdelavo modela so bili uporabljeni podatki iz literature, podatki iz arhiva javnega podjetja Vodovod - kanalizacija, d.o.o. ter iz Agencije RS za okolje. V nadaljevanju je bil model umerjen glede na meritve gladin podzemne vode. Z modelom so bile izvedene stacionarne simulacije črpanja trenutno maksimalnih količin in črpanja povečanih količin podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu (v sušnih razmerah) ter simulaciji dveh variant uporabe umetnega bogatenja na območju vodnjakov v Medlogu. Izvedene simulacije so pokazale, da je trenutne količine črpanja podzemne vode iz vodnjakov mogoče povečati ter da je umetno bogatenje primeren postopek za povečanje izdatnosti vodnjakov v Medlogu. BIBLIOGRAPHIC-DOCUMENTALISTIC INFORMATION UDC: 519.61/.64:556.3:628.11(043.3) Author: Simon Kač, univ.dipl.inž.vod.kom.inž. Supervisor: prof. dr. Boris Kompare, univ.dipl. inž.grad. (supervisor) Co-supervisor: doc. dr. Mihael Brenčič, univ.dipl. inž.geol. (co-supervisor) Title: Groundwater model of aquifer in Medlog in Spodnja Savinjska dolina and simulation of artificial recharge Notes: 92 p., 15 tab., 48 fig. Key words: groundwater, Spodnja Savinjska dolina, Medlog, groudwater model, PMWIN, well, artificial grounwatr recharge Abstract The master thesis deals with groundwater modelling in the area of aquifer in Spodnja Savinjska dolina between Žalec and Celje. As a part of the thesis the three-dimensional predictive groundwater model of that area was developed. It was developed with the programme package Processing Modflow for Windows (PMWIN). For the development the data from the literature and the archives of the public company Vodovod - kanalizacija d.o.o. and Agencija RS za okolje were used. Further the model was calibrated by the measurements of groundwater levels. The model helped to carry out the steady-state simulations of the groundwater extraction of temporary maximum quantities, the extraction of increased quantities of groundwater from the wells in Medlog in dry conditions and the simulations of two possible variants of usage of artificial recharge of groundwater in the area of the wells in Medlog. The simulations have shown that the temporary quantities of the groundwater extraction from the wells can be increased and that the artificial recharge of the groundwater is an appropriate process for increasing the rates of flow of the wells in Medlog. ZAHVALA Hvala vsem, ki ste mi pri izdelavi te magistrske naloge pomagali in mi stali ob strani. KAZALO 1 UVOD.................................................................................................................................1 1. 1 Namen magistrskega dela...........................................................................................1 1.2 Modeliranje podzemne vode.......................................................................................3 1.3 Zakaj ustvariti model podzemne vode?......................................................................3 1.4 Zasnova cilja modeliranja (namen modeliranja).........................................................4 1.5 Postopek modeliranja..................................................................................................4 1. 6 Kratka predstavitev programa PMWIN......................................................................7 1.7 Umetno bogatenj e podzemne vode.............................................................................8 2 PODZEMNA VODA V SPODNJI SAVINJSKI DOLINI...............................................11 2.1 Zgodovina izkoriščanja podzemne vode na območju Medloga................................11 2.2 Črpanje podzemne vode v Medlogu in poraba vode v Celju....................................11 2.3 Problematika vodnega vira Medlog..........................................................................14 2.4 Poraba vode v Celju..................................................................................................15 2.5 Hidrogeološke karakteristike vodonosnika Spodnje Savinjske doline.....................16 2.6 Primernost vode iz reke Savinj e za umetno bogatenj e.............................................18 3 MODEL PODZEMNE VODE V SPODNJI SAVINJSKI DOLINI................................22 3. 1 Konceptualni model..................................................................................................22 3.2 Umerjanje modela.....................................................................................................38 3.3 Simulacij a povečanj a črpanj a podzemne vode iz vodnj akov v Medlogu.................45 3.4 Simulacija različnih variant umetnega bogatenja.....................................................63 3.5 Razširjeni model.......................................................................................................75 4 DISKUSIJA REZULTATOV...........................................................................................87 4.1 Umerjanje modela.....................................................................................................87 4.2 Preveritev prve hipoteze ...........................................................................................88 4.3 Preveritev druge hipoteze.........................................................................................91 4.4 Preverjanje rezultatov prvotnega modela z razširjenim modelom............................92 4.5 Priporočila za nadaljnji razvoj modela podzemne vode na območju Spodnje Savinjske doline....................................................................................................................93 5 ZAKLJUČEK...................................................................................................................95 6 POVZETEK......................................................................................................................98 7 SUMMARY......................................................................................................................99 VIRI IN LITERATURA:........................................................................................................100 PRILOGE................................................................................................................................104 KAZALO SLIK Slika 1: Diagram poteka modeliranja podzemne vode...............................................................5 Slika 2: Prikaz zajema podzemne vode v Medlogu (Vodovod - kanalizacija, 1998)..............13 Slika 3: Gibanje koncentracij nitratov v vodnjakih v Medlogu od 2001 do 2006 (Vodovod kanalizacija, 2006)............................................................................................................15 Slika 4: Gibanje porabe pitne vode v Celju v obdobju od 1960 do 2008 (Vodovod kanalizacija, 2009)............................................................................................................16 Slika 5: Gibanje koncentracij nitratov v Savinji v obdobju od 2001 do 2005 (Jesenovec, 2008) ..........................................................................................................................................20 Slika 6: Grafični prikaz vodne bilance modela.........................................................................23 Slika 7: Prikaz predpostavljenih koeficientov hidravlične prepustnosti gornjega sloja...........24 Slika 8: Grafični prikaz geometrije modela: a) geometrija zemeljskega površja, b) geometrija meje med bolj in slabše prepustnim delom vodonosnika, c) geometrija neprepustne podlage..............................................................................................................................27 Slika 9: Prikaz robnih pogojev modela.....................................................................................28 Slika 10: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Žalec V-5272 (Uhan, 2008) .30 Slika 11: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Arja vas 1500 (Uhan, 2008).30 Slika 12: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Levec 1772 (Uhan, 2008).....31 Slika 13: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Medlog 1730 (Uhan, 2008)..31 Slika 14: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Medlog 1941 (Uhan, 2008)..32 Slika 15: Vodostaji reke Savinje na vodomerni postaji 6120-Medlog (Ulaga, 2008)..............33 Slika 16: Vodostaji reke Ložnice na vodomerni postaji 6630 - Ložnica I (ARSO, 2008).......34 Slika 17: Mesečne količine padavin, izmerjene na meteorološki postaji št. 268, Medlog v letih od 2003 do 2006 (Uhan, 2008).........................................................................................36 Slika 18: Količine zajete vode iz vodnjakov v Medlogu (Vodovod - kanalizacija, 2008)......37 Slika 19: Koeficienti hidravlične prepustnosti zgornjega sloja, po ročnem umerjanju............39 Slika 20: Primerjava hidroizohips, izmerjenih (črne) in izračunanih (modre) gladin za obdobje od 14. do 18. avgusta 2000...............................................................................................40 Slika 21: Meritve gladin podzemne vode, ki so bile uporabljene za umerjanje modela..........41 Slika 22: Območja umerjanja hidravlične prevodnosti strug....................................................42 Slika 24: Grafični prikaz izračunanih in izmerjenih gladin v piezometrih...............................44 Slika 25: Primerjava izračunanih in izmerjenih gladin v piezometrih......................................44 Slika 26: Primerjava izračunanih gladin podzemne vode s statičnim (modre hidroizohipse) in dinamičnim (rdeče hidroizohipse) modelom v avgustu 2003...........................................46 Slika 27: Vodna bilanca modela pri trenutno maksimalnih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003..........................................................48 Slika 28: Stanje gladin na območju vodnjakov ob trenutnih maksimalnih količinah črpanja (pri sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov v sušnih razmerah) v avgustu 2003 ................49 Slika 29: Vodna bilanca modela pri trenutno maksimalnih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) za leto 2003...............................................................50 Slika 30: Prečni in podolžni prerez vodnjaka A ob črpanju 35 l/s v avgustu 2003..................51 Slika 31: Prečni in podolžni prerez vodnjaka B ob črpanju 32 l/s v avgustu 2003 ..................51 Slika 32: Prečni in podolžni prerez vodnjaka D ob črpanju 10 l/s v avgustu 2003..................52 Slika 33: Prečni in podolžni prerez vodnjaka E ob črpanju 42 l/s v avgustu 2003...................52 Slika 34: Prečni in podolžni prerez vodnjaka G ob črpanju 50 l/s v avgustu 2003..................53 Slika 35: Prečni in podolžni prerez vodnjaka F ob črpanju 15 l/s v avgustu 2003...................53 Slika 36: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v maju 2003...........................................................................55 Slika 37: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003 ......................................................................56 Slika 38: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003 ......................................................................57 Slika 39: Hidroizohipse gladin podzemne vode ob povečanih količinah črpanja iz vodnjakov v avgustu 2003.....................................................................................................................58 Slika 40: Primerjava gladin v primeru brez črpanja (zelene konture), ob trenutnem maksimalnem črpanju (modre konture) ter povečanih količinah črpanja (rdeče konture) v avgustu 2003.....................................................................................................................59 Slika 41: Prečni in podolžni prerez vodnjaka A ob črpanju 22 l/s v avgustu 2003..................60 Slika 42: Prečni in podolžni prerez vodnjaka B ob črpanju 16 l/s v avgustu 2003 ..................60 Slika 43: Prečni in podolžni prerez vodnjaka D ob črpanju 10 l/s v avgustu 2003..................61 Slika 44: Prečni in podolžni prerez vodnjaka E ob črpanju 65 l/s v avgustu 2003...................61 Slika 45: Prečni in podolžni prerez vodnjaka G ob črpanju 60 l/s v avgustu 2003..................62 Slika 46: Prečni in podolžni prerez vodnjaka F ob črpanju 30 l/s v avgustu 2003...................62 Slika 47: Prikaz območja nalivalnega vodnjaka z drenažami (modra polja) za umetno bogatenje...........................................................................................................................65 Slika 48: Vodna bilanca simulacije umetnega bogatenja z nalivalnim vodnjakom v avgustu 2003 ..................................................................................................................................67 Slika 49: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov pri simulaciji umetnega bogatenja skozi nalivalni vodnjak z drenažo ter prereza skozi vodnjak A v avgustu 2003 ..........................................................................................................................................68 Slika 50: Prikaz tokovnic podzemne vode na območju vodnjakov A, B, C in D pri simulaciji umetnega bogatenja skozi nalivalni vodnjak z drenažo v avgustu 2003 ..........................69 Slika 51: Vodna bilanca modela v primeru bogatenja podzemne vode z vodnjakom C v avgustu 2003.....................................................................................................................71 Slika 52: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov A, B in C ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C in prečni ter podolžni prerez skozi vodnjak C v avgustu 2003..................................................................................................................71 Slika 53: Prikaz tokovnic podzemne in infiltrirane vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C v marcu 2003.......................................72 Slika 54: Prikaz tokovnic infiltrirane vode na območju vodnjakov A, B in C ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C v avgustu 2003..............................................72 Slika 55: Vodna bilanca modela v primeru bogatenja podzemne vode z vodnjakoma B in C v avgustu 2003.....................................................................................................................73 Slika 56: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C ter prerez skozi vodnjak C v avgustu 2003..........74 Slika 57: Prikaz tokovnic infiltrirane vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C v avgustu 2003.....................................................74 Slika 58: Vodna bilanca simulacije povečanih količin črpanja v avgustu 2003.......................76 Slika 59: Območje razširjenega modela s prikazom robnih pogojev.......................................77 Slika 60: Srednji mesečni vodostaji rek izmerjenih na vodomernih postajah na območju modela v letu 2003 (Ulaga, 2008)....................................................................................78 Slika 61: Odseki rek z umerjeno hidravlično prevodnostjo strug.............................................80 Slika 63: Prikaz izračunanih in izmerjenih gladin podzemne vode v letu 2003.......................82 Slika 64: Primerjava izračunanih in izmerjenih gladin podzemne vode v letu 2003................82 Slika 65: Hidroizohipse podzemne izračunane z razširjenim in s prvotnim modelom vode v avgustu 2003.....................................................................................................................83 Slika 66: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003 pri trenutnih količinah črpanja...............................................................................................................................84 Slika 67: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003 pri povečanih količinah črpanja...............................................................................................................85 Slika 68: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003................................86 KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1: Maksimalne količine načrpane vode iz posameznih vodnjakov. (Vodno dovoljenje št. 35527-24/2005-4 )......................................................................................12 Preglednica 2: Rezultati preiskav vode iz reke Savinje, merilno mesto Medlog, šifra postaje 6120. (Jesenovec, 2008)....................................................................................................19 Preglednica 3: Poreklo podatkov uporabljenih za izdelavo modela.........................................26 Preglednica 4: Podatki o lokaciji piezometrov (ARSO, 2008).................................................29 Preglednica 6: Podatki o lokaciji vodnjakov (Vodovod - kanalizacija, 2008)........................38 Preglednica 7: Prikaz trenutnih in želenih količin črpanja podzemne vode v Medlogu...........45 Preglednica 8: Primerjava med želenim povečanjem količin načrpane vode iz vodnjakov in povečanimi količinami, ki so določene z modelom za razmere v avgustu 2003..............54 Preglednica 9: Količine črpanja iz posameznega črpalnega vodnjaka ob uporabi umetnega bogatenja...........................................................................................................................66 Preglednica 10: Maksimalne količine črpanja iz posameznega črpalnega vodnjaka ob uporabi umetnega bogatenja - izračunane z modelom in august 2003..........................................66 Preglednica 11: Količine načrpane vode iz vodnjakov pri infiltraciji 30 l/s vode v vodnjak C in august 2003...................................................................................................................70 Preglednica 12: Mesečne količine padavin ter vrednosti potencialne in efektivne evapotranspiracije v letu 2003 ..........................................................................................79 Preglednica 13: Trenutne, dovoljene, želene ter z modelom določenih maksimalnih količin črpanja iz vodnjakov v Medlogu......................................................................................89 Preglednica 14: Gladine v vodnjakih in piezometrih Levec 1772 in Medlog 1730 ob simulaciji različnih količin črpanja....................................................................................................90 Preglednica 15: Primerjava rezultatov prvotnega modela in razširjenega modela...................93 Preglednica 16: Maksimalne količine črpanja vode iz vodnjakov in maksimalne količine letno zajete vode........................................................................................................................95 FIGURE INDEX Fig. 1: Flow chart of the groundwater modeling process...........................................................5 Fig. 2: Groundwater extraction in Medlog (Vodovod - kanalizacija, 1998)...........................13 Fig. 3: Concentration of Nitrate in groundwater pumped from wells in Medlog from 2001 to 2006 (Vodovod - kanalizacija, 2006)...............................................................................15 Fig. 4: Consumption of drinking water in Celje from 1960 till 2008.......................................16 Fig. 5: Concentration of Nitrate in Savinja river from 2001 till 2005 (Jesenovec, 2008)........20 Fig. 6: Water budget of the model............................................................................................23 Fig. 7: Estimated hydraulic conductivity coefficients of the upper layer.................................24 Fig. 8: Geometry of the model: a) geometry of landscape, b) geometry of boundary between the aquifer layers, c) geometry of watertight base............................................................27 Fig. 9: Boundary conditions of the model................................................................................28 Fig. 10: Groundwater level and trend in borehole Žalec V-5272 (Uhan, 2008).......................30 Fig. 11: Groundwater level and trend in borehole Arja vas 1500 (Uhan, 2008)......................30 Fig. 12: Groundwater level and trend in borehole Levec 1772 (Uhan, 2008)..........................31 Fig. 13: Groundwater level and trend in borehole Medlog 1730 (Uhan, 2008).......................31 Fig. 14: Groundwater level and trend in borehole Medlog 1941 (Uhan, 2008).......................32 Fig. 15: Water level in river Savinja on measuring spot 6120-Medlog (Ulaga, 2008)............33 Fig. 16: Water level in river Ložnica on measuring spot 6630 - Ložnica I (Ulaga, 2008)......34 Fig. 17: Rainfall measurement on measuring spot no. 268, Medlog from 2003 till 2006 (Uhan, 2008).................................................................................................................................36 Fig. 18: Quantities of extracted water from wells in Medlog (Vodovod - kanalizacija, 2008) ..........................................................................................................................................37 Fig. 19: Hydraulic conductivity of the upper layer after the manual calibration......................39 Fig. 20: Relation between contours of observed (black) and calculated (blue) groundwater levels from 14th till 18th august 2000 ................................................................................40 Fig. 21: Groundwater level data, used for model calibration...................................................41 Fig. 22: Areas of the riverbed hydraulic conductance calibration............................................42 Fig. 23: Results of the parameter optimization process............................................................43 Fig. 24: Relation between observed and calculated groundwater level....................................44 Fig. 25: Relation between observed and calculated groundwater level....................................44 Fig. 26: Relation between groundwater level calculated made by steady - state (blue contours) and transient (red contours) simulation in august 2003....................................................46 Fig. 27: Water budget at the present pumping rates from the wells in august 2003.................48 Fig. 28: Groundwater level on the area of wells in Medlog at the present pumping rates (at simultaneous pumping from all the wells) in august 2003...............................................49 Fig. 29: Water budget at the present pumping rates from the wells (pumping rates are marked in grey) in year 2003.........................................................................................................50 Fig. 30: Cross-section of the well A at pumping rate 35 l/s in august 2003.............................51 Fig. 31: Cross-section of the well B at pumping rate 32 l/s in august 2003.............................51 Fig. 32: Cross-section of the well D at pumping rate 10 l/s in august 2003.............................52 Fig. 33: Cross-section of the well E at pumping rate 42 l/s in august 2003 .............................52 Fig. 34: Cross-section of the well G at pumping rate 50 l/s in august 2003.............................53 Fig. 35: Cross-section of the well F at pumping rate 15 l/s in august 2003 .............................53 Fig. 36: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in may 2003.............................................................................................................55 Fig. 37: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in august 2003 .........................................................................................................56 Fig. 38: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in august 2003 .........................................................................................................57 Fig. 39: Groundwater level on the area of wells in Medlog at the higher pumping rates in august 2003.......................................................................................................................58 Fig. 40: Comparison of groundwater levels at no exploitation (green contours), at preset (blue contours) and higher (red contours) exploitation quantities in august 2003.....................59 Fig. 41: Cross-section of the well A at pumping rate 22 l/s in august 2003.............................60 Fig. 42: Cross-section of the well B at pumping rate 16 l/s in august 2003.............................60 Fig. 43: Cross-section of the well D at pumping rate 10 l/s in august 2003.............................61 Fig. 44: Cross-section of the well E at pumping rate 65 l/s in august 2003 .............................61 Fig. 45: Cross-section of the well G at pumping rate 60 l/s in august 2003.............................62 Fig. 46: Cross-section of the well F at pumping rate 30 l/s in august 2003 .............................62 Fig. 47: Area of infiltration well with infiltration drainage (blue cells) for artificial groundwater recharge.......................................................................................................65 Fig. 48: Water budget of artificial recharge simulation with infiltration through infiltration well in august 2003...........................................................................................................67 Fig. 49: Groundwater level on the area of wells at artificial recharge simulation through infiltration well and cross-section of the well A in august 2003 ......................................68 Fig. 50: Groundwater path lines on the area of wells A, B, C and D at simulation of artificial recharge trough infiltration well with drainage in august 2003........................................69 Fig. 51: Water budget of artificial recharge simulation through well C in august 2003 ..........71 Fig. 52: Groundwater level contours on the area of wells A, B, C at artificial recharge simulation through well C in august 2003........................................................................71 Fig. 53: Infiltration water and groundwater path lines on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in March 2003 .............................................72 Fig. 54: Infiltration water path lines on the area of wells A, B, C at artificial recharge simulation through well C in august 2003........................................................................72 Fig. 55: Water budget of artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003 ..........................................................................................................................................73 Fig. 56: Groundwater level contours on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003..............................................................................74 Fig. 57: Infiltration water path lines on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003..............................................................................74 Fig. 58: Water budget simulation at higher pumping rates in august 2003..............................76 Fig. 59: Area of the extended model with boundary conditions...............................................77 Fig. 60: Monthly average water levels of the rivers on the model area in year 2003 (Ulaga, 2008).................................................................................................................................78 Fig. 61: River reaches with calibrated hydraulic riverbed conductance...................................80 Fig. 62: Values of horizontal hydraulic conductance of the upper layer..................................81 Fig. 63: Calculated and observed groundwater heads in year 2003 .........................................82 Fig. 64: Comparison of calculated and observed groundwater heads in year 2003 .................82 Fig. 65: Groundwater contours calculated with extended and primary model in august 2003 83 Fig. 66: Volumetric water budget of the extended model for year 2003 at current pumping rates...................................................................................................................................84 Fig. 67: Volumetric water budget of the extended model for year 2003 at higher pumping rates...................................................................................................................................85 Fig. 68: Volumetric water budget of the extended model for year 2003..................................86 TABLE INDEX Table 1: Maximum quantities of the extracted groundwater from the wells. (Vodno dovoljenje št. 35527-24/2005-4).........................................................................................................12 Table 2: Results of analyses of water from river Savinja; sampling spot Medlog, measuring station no. 6120. (Jesenovec, 2008)..................................................................................19 Table 3: Origin of data used for model development...............................................................26 Table 4: Location data of the observation boreholes (ARSO, 2008)........................................29 Table 5: Location data of the river measuring spots (ARSO, 2008)........................................34 Table 6: Location data of the wells (Vodovod - kanalizacija, 2008).......................................38 Table 7: Present and desired pumping rates of groundwater in Medlog..................................45 Table 8: Comparison between desired and model - calculated maximum pumping rates in august 2003.......................................................................................................................54 Table 9: Pumping rates from the wells with artificial recharge................................................66 Table 10: Maximum pumping rates from the wells with artificial recharge - calculated with model in august 2003........................................................................................................66 Table 11: Pumping rates from the wells at infiltration rate 30 l/s through well C in august 2003 ..................................................................................................................................70 Table 12: Monthly values of rainfall, potential evapotranspiration end effective evapotranspiration.............................................................................................................79 Table 13: Present, allowed, desired and maximum calculated pumping rates from wells in Medlog..............................................................................................................................89 Table 14: Groundwater levels in wells and boreholes at simulating different pumping rates..90 Table 15: Comparison of results between primary and extended groundwater model............93 Table 16: Maximal pumping rates and exploitation quantities from the wells per year..........95 1 UVOD 1.1 Namen magistrskega dela Vodovodni sistem Celje potrebuje za oskrbo vseh svojih porabnikov v normalnih razmerah okoli 260 l/s pitne vode. Če vodni viri v Vitanju in na Frankolovem delujejo nemoteno, potem se potrebe po črpanju vode v vodarni Medlog ne pojavijo. Vendar imajo vitanjski in frankolovski vodni viri to slabo stran, da ob dežju hitro zakalijo, zaradi česar jih je potrebno ponavadi izključiti iz sistema. V takem primeru se prične črpati podzemna voda iz Medloga. Potrebe po medloški vodi se pojavijo tudi v poletnih mesecih, ko poraba vode zaradi suše naraste. V takšnih razmerah zraste skupna poraba vode v vodovodnem sistemu Celje tudi nad 300 l/s. Skupna izdatnost vodnjakov v Medlogu znaša približno 180 l/s. Za zanesljivejšo oskrbo vodovodnega sistema Celje bi želel upravljavec črpališč v Medlogu povečati črpanje iz vodnjakov v skupni količini za približno 100 l/s. Za odobritev povečanih količin črpanja s strani Agencije RS za okolje je potrebno predhodno z matematičnim modelom preveriti vplive, ki bi jih ta ukrep imel na podzemno vodo. V medloški podzemni vodi že od leta 1983 dalje ugotavljajo povišane koncentracije nitratov, ki so posledica intenzivne kmetijske proizvodnje na celotnem prilivnem območju vodnega vira. Težavo s povišanimi koncentracijami nitratov v vodovodnem omrežju Celja upravljavec vodovoda rešuje z mešanjem vod iz Vitanja in Frankolovega z medloško vodo. Obe težavi, ki jih ima upravljavec vodovoda Celje z vodnim virom Medlog, bi bilo mogoče rešiti z uporabo umetnega bogatenja podzemne vode z vodo iz bližnje Savinje. S tem postopkom bi se znižale koncentracije nitratov v načrpani vodi, povečala pa bi se izdatnost vodnjakov. V preteklosti je bila izdelana študija umetnega bogatenja podzemne vode za potrebe črpališč pitne vode v Medlogu. Pred odločitvijo o izvedbi predlaganih rešitev umetnega bogatenja bi bilo potrebno z matematičnim modelom simulirati predlagane rešitve. 1.1.1 Material in metode Za izvedbo v uvodu navedenih simulacij je potrebna izdelava napovedovalnega matematičnega modela podzemne vode, ki obsega območje vodonosnika Spodnje Savinjske doline med Žalcem in Celjem. Za izdelavo modela je potrebno zbrati čim več razpoložljivih podatkov o vodonosniku (hidrogeološke karakteristike vodonosnika), nivojih podzemne vode, vodotokih na območju modeliranja, padavinah, infiltraciji ter ostalih elementih, ki vplivajo na podzemno vodo ter jih analizirati. Na podlagi zbranih podatkov je potrebno izdelati matematični model s programskim paketom Processing Modflow for Windows (PMWIN) in ga umeriti na podlagi pridobljenih meritev nivojev podzemne vode. S tako izdelanim modelom bo mogoče izvesti zastavljene simulacije. Pri izdelavi modela bodo upoštevane ugotovitve predhodnikov, ki so se ukvarjali s podzemno vodo na območju Medloga in z umetnim bogatenjem. 1.1.2 Hipoteza in pričakovani rezultati Z modelom želim potrditi naslednji hipotezi: • povečane količine črpanja iz posameznih vodnjakov ne bodo bistveno vplivale na naravni tok podzemne vode; • umetno bogatenje podzemne vode je ustrezna rešitev za povečanje izdatnosti vodnjakov v Medlogu ter za znižanje koncentracij nitratov in drugih onesnažil v načrpani vodi, saj voda iz Savinje, ki je manj obremenjena z nitrati, odrine onesnaženo podzemno vodo. Z izdelavo matematičnega modela bom skušal ugotoviti, kakšen je vpliv posameznih rešitev (povečanje črpanja, umetno bogatenje) na tok podzemne vode in ali postavljeni hipotezi držita. Na osnovi dobljenih rezultatov bom skušal podati predlog najustreznejše rešitve za uporabo umetnega bogatenja podzemne vode in napovedati, na kakšen način bo umetno bogatenje vplivalo na izdatnost vodnjakov ter na vodonosnik. 1.2 Modeliranje podzemne vode Model je vsak postopek, s katerim posnemamo naravne pojave oziroma dejansko stanje. Poznamo fizične modele, ki tok podzemne vode simulirajo direktno (laboratorijski rezervoarji s peskom) in matematične modele, ki fizične procese simulirajo posredno, in sicer s pomočjo matematičnih izrazov (enačb). Matematični modeli so sestavljeni iz osnovne enačbe in izrazov, ki opisujejo robne pogoje in začetne pogoje (če gre za nestacionarni model - časovna odvisnost). Rešujejo se z analitičnimi ali numeričnimi metodami. V primeru uporabe analitične metode se mora dejansko stanje poenostavljati, kar pogosto vodi v netočnost rezultatov (manj poenostavljanj in predpostavljanj podaja bolj kompleksen model). Zato je uporaba numeričnih metod primernejša, ponavadi pa tudi enostavnejša (lažje je ustvariti numerični kot analitični model). Matematični model se z računalnikom rešuje s pomočjo sklopa ukazov, ki tvorijo računalniški program oziroma kodo. Računalniški program je splošen (napisan enkrat) in je uporaben za več različnih primerov, medtem ko se model nanaša na točno določen problem in vključuje set robnih pogojev, začetnih pogojev, določene parametre, mrežo vozlišč in hidrološke obremenitve. Model predstavlja osnovo za zajete informacije in služi za testiranje idej o delovanju sistema. Dobro modeliranje poveča zanesljivost rezultatov. (Nartnik, 2004) 1.3 Zakaj ustvariti model podzemne vode? Modeliranje podzemne vode je namenjeno predvsem napovedovanju posledic določenih dejanj, ki se lahko dogodijo v sistemu podzemne vode v nekem hidrološkem (časovnem) obdobju. Poznamo modele z različnimi nameni: - napovedovalni model (predictive model): služi za napovedovanje dogodkov (potrebno umerjanje); - interpretativni model (interpretive model): služi kot osnova za preučevanje dinamike sistema podzemne vode in sortiranja oziroma organiziranja podatkov (umerjanje modela ni potrebno); - splošni model (generic model): služi za analize toka podzemne vode v hipotetičnih hidroloških sistemih. Koristen je kot okvirna pomoč z nasveti za določeno območje (umerjanje ni potrebno). Modeliranje podzemne vode je zelo primerno za povezovanje in organiziranje podatkov, potrebno se je zavedati, da ni samo sebi zadostno, temveč je le ena od komponent hidrološkega raziskovanja. (Nartnik, 2004) 1.4 Zasnova cilja modeliranja (namen modeliranja) Pri modeliranju se mora najprej določiti namen (cilj) modeliranja, ki je bistvenega pomena za nadaljnje korake. Na podlagi namena in odgovorov na vprašanja "Kakšen tip modela potrebujemo?, Kaj želimo z modelom spoznati?, Ali je model najboljša pot za razrešitev problemov?, Ali je primernejši analitični ali numerični model?" izberemo obsežnost modela (stacionarni ali nestacionarni, enodimenzionalni ali dvodimenzionalni ali tridimenzionalni model, analitični ali numerični ... ). (Nartnik, 2004) 1.5 Postopek modeliranja Postopek modeliranja pri natančni definiciji cilja modeliranja in izbiri numeričnega modela je prikazan na sliki 1, v nadaljevanju pa so obrazložene posamezne faze postopka. Slika 1: Diagram poteka modeliranja podzemne vode Fig. 1: Flow chart of the groundwater modeling process 1. Zasnova cilja modeliranja - definicij a cilj ev in namen modeliranj a. 2. Razvoj konceptualnega modela - identifikacija hidrostratigrafskih enot in pogojev (robnih, začetnih) v sistemu. Podatki o vodonosniku so potrebni za določanje vrednosti parametrov vodonosnika in hidroloških obdobij. Priporočen je ogled terena, da se izognemo subjektivnim odločitvam. 3. Izbira matematičnih enačb in računalniškega programa (programske kode) -računalniški program je sestavljen iz algoritma, ki numerično rešuje matematični model. Preveriti je potrebno, ali izbrani matematični izrazi in računalniški program točno opisujejo fizične procese v naravi, ki jih želimo modelirati. 4. Izdelava modela - konceptualni model preoblikujemo v obliko, primerno za modeliranje. Tu je potrebno izdelati mrežo modela, izbrati časovne korake, oblikovati robne in začetne pogoje ter vnesti začetne vrednosti parametrov za vodonosnik in hidrološka obdobja. 5. Umerjanje modela - umerjanje modela na osnovi izmerjenih gladin in pretokov podzemne vode je namenjeno temu, da se rezultati, dobljeni z modelom, ujemajo z izmerjenimi vrednostmi v naravi. 6. Analiza občutljivosti umerjanja - analiza občutljivosti se izvede z namenom, da se ugotovi negotovost umerjenega modela. Robni pogoji in vrednosti parametrov ter njihova prostorska in časovna porazdeljenost so lahko namreč zaradi vpliva negotovosti, ki je posledica nezmožnosti točnega umerjanja, napačne. 7. Potrditev (verifikacija) modela - namen tega koraka je ustvariti večje zaupanje v model. Tu se izvede simulacija z umerjenimi vrednostmi parametrov in obremenitvami. 8. Napovedovanje - v tem koraku se s simulacijo ugotavlja odziv modela na prihodnje dogodke (napovedovanje vedenja sistema podzemne vode). Model se zažene z umerjenimi vrednostmi parametrov in obremenitvami. Netočnost napovedovanja narašča z netočnim umerjanjem modela. 9. Analiza občutljivosti napovedovanja - analiza se izvede, da se ugotovi vpliv netočnih vrednosti parametrov na napovedovanje. 10. Predstavitev načina modeliranja in rezultatov - dobra predstavitev modela in rezultatov sta bistvenega pomena za dosego uspeha in razumljivosti pri uporabnikih oziroma naročnikih modela. 11. Pregled rezultatov napovedi čez nekaj časa - rezultati, ki napovedujejo stanje v prihodnosti, se čez nekaj let pregledajo in primerjajo z izmerjenimi vrednostmi, ki so takrat že na voljo. S tem se ugotavlja, če so bile napovedi pravilne. Točnost napovedi kaže, da je model primeren za obstoječi problem. 12. Preoblikovanje modela - običajno napovedane vrednosti za prihodnost odstopajo od izmerjenih, kar vodi v spremembe konceptualnega modela ali spremembe parametrov modela. (Nartnik, 2004) 1.6 Kratka predstavitev programa PMWIN Matematični model podzemne vode bo - kot že rečeno - izdelan s programskim paketom PMWIN (Procesing Modflow for Windows). Programski paket PMWIN je zasnovan za programsko okolje MS WINDOWS. Prvotno je bil namenjen raziskovanju priobalnega območja severne Nemčije. Na začetku je služil samo modeliranju toka podzemne vode na osnovi programske kode MODFLOW, s časom pa so razvijalci programa pričeli vključevati oz. združevati v kompletni sistem za simulacijo sistema podzemne vode še različne dodatne programske pakete (modele oz. pakete). Sedaj je v programski paket PMWIN poleg programa MODFLOW (McDonald in Harbaugh, 1988, 1996) za simulacijo toka podzemne vode in različnih hidroloških obremenitev (vodnjaki, bogatenje, reke in jezera ... ) vključen tudi: • model advekcijskega transporta PMPATH (Chiang in Kinzelbach, 1994, 1998), vključeni pa so tudi • modeli za simulacijo transporta raztopin o MT3D (Zheng, 1990), o MT3DMS (Zheng in Wang, 1998) in o MOC3D (Konikow, 1996) • ter inverzna modela (programa za umerjanje modelov oziroma prilagajanje vrednosti parametrov) o PEST (Doherty, 1994) in o UCODE (Poeter in Hill, 1998). Programski paket PMWlN (oziroma vključene aplikacije) je tridimenzionalni model, ki za numerično reševanje uporablja metodo končnih razlik s poljem vozlišč centriranih blokov. Model, narejen s tem programskim paketom, ima lahko do 80 slojev (plasti), v vsakem sloju pa je lahko do 250.000 celic. V simulaciji je možno uporabiti do 1000 časovnih obdobij. Rezultati, ki jih dajejo modeli programskega paketa, so v numerični obliki in lahko vsebujejo: piezometrične višine, relativna znižanja gladine podzemne vode, pritoke in odtoke v posameznih celicah, posedanje in zgoščevanje tal, Darcyjeve hitrosti, koncentracije in masne bilance. Programski paket PMWIN poleg zgoraj omenjenih programov vključuje tudi različna orodja, ki uporabniku omogočajo predstavitev rezultatov tudi v slikovni obliki, izvoz rezultatov za nadaljnjo obdelavo, digitalizacijo točk, interpoliranje in izračun vrednosti iz posameznih točk v ostale celice. Na voljo so še orodja za izračun vodne bilance, generiranje heterogenih polj oz. ustvarjanje stohastičnih modelov ter orodje za risanje diagramov oziroma krivulj, ki predstavljajo rezultate simulacije v odvisnosti od časa. Poleg programa v programu Modflow bom izmed programov iz paketa PMWIN uporabil tudi program PEST (inverse modeling). Program PEST služi avtomatičnemu umerjanju modela. Odvisno od izbranega tipa slojev in parametrov program PEST išče ustrezen set parametrov, za katere je vsota kvadratov odklonov (^a2 ) med izračunanimi vrednostmi in izmerjenimi vrednostmi v opazovalnih vrtinah najmanjša. (Chiang, W. - H. in Kienzelbach, W., 2003) Za uporabo paketa PMWIN so na voljo navodila za uporabo, in sicer: 3D-groundwater modeling with PMWIN : a simulation system for modeling groundwater flow and pollution (2003). Navodila za programski paket PMWIN je v slovenski jezik v svoji seminarski nalogi prevedel Miha Nartnik. 1.7 Umetno bogatenje podzemne vode Umetno bogatenje podzemne vode bi lahko definirali kot človekov namerni vnos površinske vode v vodonosnik. Tak vnos je podoben naravnemu bogatenju podzemne vode s padavinami ali infiltracijo skozi obrežni vodonosnik iz površinskih vod, le da je umetno bogatenje s strani človeka kontroliran proces. Kontrolirati je mogoče količino, kvaliteto, lokacijo, in časovni razpored bogatenja. Z umetnim bogatenjem je mogoče doseči različne cilje, kot so: • Kontrola regionalnega hidrološkega režima. Z umetnim bogatenjem vplivamo na dvig gladin podzemne vode, kar pomeni da lahko z spreminjanjem nivojev podzemne vode kontroliramo gibanje podzemne vode in vplivamo na kvaliteto podzemne vode -aktivna zaščita podzemne vode. • Skladiščenje vode. Zaradi poroznosti vodonosniki lahko vodo v vodonosnik infiltriramo in jo po določenem času iz njega črpano. Pri tem postopku prihaja do izgub infiltrirane vode, saj podzemna voda nikoli ne miruje in če infiltrirane vode ne uporabimo, le ta počasi odteka z območja bogatenja. Ker pa so hitrosti gibanja podzemne vode relativno majhne, je z primernim upravljanjem mogoče uspešno načrpati večino infiltrirane vode. • Kontrola kvalitete vode. Z infiltracijo površinske vode v vodonosnik se ta med gibanjem skozi vodonosnik kot rezultat hidrodinamične disperzije meša z naravno podzemno vodo. Z infiltracijo vode z boljšo kvaliteto, kot je kvaliteta podzemne vode, lahko tako izboljšamo kvaliteto načrpane vode. Z infiltracijo vode slabše kvalitete, pa lahko izkoristimo vodonosnik kot počasni filter, ki izboljša kvaliteto infiltrirane vode. Z filtracijo infiltrirane vode skozi nezasičeni del vodonosnika se odstranjujejo in uničujejo mikroorganizmi. (Bear, 2007) V večini primerov se umetno bogatenje uporablja za doseganje več ciljev. Primerna je na območjih, kjer je na voljo dovolj obsežen proden vodonosnik za sprejem infiltriranih količin vode in zadostnih količin površinske vode. Možnih je več načinov umetnega bogatenja. Izbira je odvisna od kakovosti surove vode in geoloških lastnosti vodonosnika. Vodo za umetno bogatenje lahko zajamemo direktno iz površinskega vodnega vira, ali pa jo črpamo iz obrežnega vodonosnika. S tako pridobljeno vodo lahko umetno bogatimo podzemno vodo z uporabo: • infiltracijskih bazenov ali polj, • negativnih (nalivalnih) vodnjakov, • horizontalnih galerij in vodnjakov. Vodnjake, iz katerih črpamo vodo za oskrbo prebivalcev s pitno vodo, postavljamo med zajem površinske vode in infiltracijski objekt tako, da je možno napajanje iz obeh smeri. Prednost umetnega bogatenja je v tem, da nam omogoča črpanje večjih količin vode iz podzemne vode na manjšem območju in da nam omogoča kontrolo vhodne in izhodne vode. Negativna stran pa je, da so razlike v temperaturi pri načrpani vodi višje kot pri naravni podzemni vodi. Umetno bogatenje nam omogoča še dodatno varovanje vodnega vira, saj ga lahko uporabimo v smislu aktivne zaščite vodnega vira. S pravilno postavitvijo infiltracijskih vodnjakov ali polj lahko preprečimo, da bi v črpalne vodnjake pritekala onesnažena podzemna voda. (Rus, 1985) 2 PODZEMNA VODA V SPODNJI SAVINJSKI DOLINI 2.1 Zgodovina izkoriščanja podzemne vode na območju Medloga Mesto Celje se je od davne preteklosti do začetka 20. stoletja napajalo iz vodnjakov in izvirov v svoji okolici. Za rojstno leto celjskega vodovoda velja letnica 1908, ko je bil zgrajen vodovod iz Vitanja, kjer so našli dva vrelca, ki bi naj pokrivala potrebe mesta še za prihodnjih petdeset let. Vendar količine niso zadoščale tako dolgo. Pomanjkanje vode je bilo vedno večje, to je še posebno čutil okupator, ki je imel v mestu številno vojaštvo. Na osnovi predhodnih raziskav so nemški strokovnjaki leta 1943 zgradili prvi vodnjak (A) v Medlogu z drenažo in ga povezali z mestnim omrežjem. Zaradi pomanjkanja vode so bili leta 1968 zgrajeni vodnjaki B, C in D. V letih 1975-1977 je bilo ponovno zelo občutno pomanjkanje vode, zato sta bila zgrajena v Medlogu še vodnjaka E in F. Leta 1986 je bil zgrajen zadnji vodnjak - vodnjak H z zmogljivostjo 8 l/s, ki pa ni bil dolgo v uporabi in je bil leta 2003 zaradi izgradnje avtocestnega priključka Celje zahod opuščen. (Volfand, 1998) 2.2 Črpanje podzemne vode v Medlogu in poraba vode v Celju 2.2.1 Opis vodovodnega omrežja Celje Javno podjetje Vodovod - kanalizacija, d.o.o. upravlja vodovodni sitem, iz katerega se oskrbuje z vodo približno 59.000 prebivalcev občin Celje, Vojnik, Štore in Žalec. Vodovodni sistem Celje je zasnovan krožno. Gravitacijsko doteka v sistem približno 200 l/s vode iz Vitanja in 50 l/s vode iz vrtine Toplice na Frankolovem. Preostalih potrebnih 50-100 l/s pitne vode se v času pomanjkanja zadostnih količin vode iz vitanjskih virov in Frankolovega črpa iz črpališč v Medlogu. (Volfand, 1998) 2.2.2 Medloški vodni vir Podzemna voda v Medlogu se po potrebi črpa iz sedmih vodnjakov (vodnjaki A, B, C, D, E, F, G). Maksimalne količine načrpane vode do omejene z vodnim dovoljenjem št. 3552724/2005-4, ki ga je izdalo Ministrstvo za okolje in prostor. Maksimalne dovoljene količine črpanja vode iz posameznih vodnjakov so prikazane v preglednici 1. Pred vstopom v vodovodno omrežje se načrpana podzemna voda čisti v čistilni napravi, ki obsega naslednje postopke: • ozoniranje, • filtracijo s hitrimi peščenimi filtri, • filtracijo z aktivnim ogljem, • kloriranje s plinskim klorom. Preglednica 1: Maksimalne količine načrpane vode iz posameznih vodnjakov. (Vodno dovoljenje št. 35527-24/2005-4 ). Table 1: Maximum quantities of the extracted groundwater from the wells. (Vodno dovoljenje št. 35527-24/2005-4). Vodnjak A B C D E F G skupaj dovoljeno v vodnem dovoljenju [l/s] 35 32 10 10 60 15 50 212 trenutni maksimalni odvzem [l/s] 35 32 10 10 42 15 50 194 maksimalni letni odvzem po vodnem dovoljenju [1000 m3] 225 90 5 85 800 5 90 1.300 V postopku čiščenja se iz surove vode odstranjujejo pesticidi, topila ter mangan in železo, ki se pojavljata v vodi iz vodnjakov G, E in F. Pred vstopom vode v vodovodno omrežje se vsa načrpana voda preventivno klorira s plinskim klorom. Slika 2 prikazuje zajem podzemne vode v Medlogu. Slika 2: Prikaz zajema podzemne vode v Medlogu (Vodovod - kanalizacija, 1998) Fig. 2: Groundwater extraction in Medlog (Vodovod - kanalizacija, 1998) V medloški podzemni vodi že od leta 1983 dalje ugotavljajo povišane koncentracije nitratov, ki so posledica intenzivne kmetijske proizvodnje na celotnem prilivnem območju vodnega vira. Glede na zadostne količine vode iz Vitanja in vrtine Toplice na Frankolovem, se lahko v času stabilnih vremenskih razmer brez padavin oskrbuje z vodo iz vitanjskih vodnih virov in Frankolovega celotno stanovanjsko območje mesta, vključno z industrijskimi območji. Črpališča v Medlogu v takšnih razmerah ne obratujejo. V deževnem obdobju ob pomanjkanju zadostnih količin vode iz Vitanja in Frankolovega, se z medloško podzemno vodo oskrbuje le še del industrijskega območja. Stanovanjska območja mesta in preostali del industrijskega območja pa se v takšnih obdobjih oskrbuje z mešano vodo - vodo iz Vitanja in Frankolovega, ki se ji po potrebi dodaja medloška podzemna voda. Vsi vodnjaki so v stalni pripravljenosti in jih je mogoče v primeru potreb takoj vključiti v obratovanje. Takšna pripravljenost celotnega sistema črpališč v Medlogu je nujno potrebna zaradi nestabilnosti vitanjskih vodnih virov v času intenzivnejših oziroma dolgotrajnejših padavin (problem povišane kalnosti) ali v primeru suše. (Vodovod - kanalizacija, 2006) 2.3 Problematika vodnega vira Medlog V letu 1978 so v enem od medloških vodnjakov ugotovili zelo visoke količine mangana. Z izgradnjo vodarne Medlog in z uvedenim čiščenjem vode z ozonacijo in filtriranjem skozi hitre filtre je bil problem mangana v letu 1983 odpravljen. V začetku devetdesetih let so v medloški vodi zaznali povišano vsebnost nitratov. Pojav nitratov v podzemni vodi v Medlogu ni nobena posebnost, saj je znano, da se prevelika vsebnost nitratov v pitni vodi pojavlja povsod, kjer se za pitno vodo uporablja podzemna voda iz predelov z intenzivno kmetijsko proizvodnjo. Problem nitratov v celjskem vodovodu je še vedno aktualen. Gibanje koncentracij nitratov v obdobju od leta 2001 do leta 2005 je prikazano na sliki 3. Zaradi intenzivne kmetijske proizvodnje se v pitni vodi pojavljajo tudi pesticidi. Mejne vrednosti za koncentracijo nitratov v pitni vodi po Pravilniku o pitni vodi (Ur. l. RS št. 19/2004 ) znašajo 50 mg NOs/l, za pesticide pa 10 ^g/l. Problem povišanih koncentracij nitratov v vodovodnem omrežju je bil začasno rešen tako, da se vodovod Celje v glavnem napaja z vodo iz virov Vitanje in Frankolovo, ki ne vsebujeta nitratov. Čista medloška voda, ki je obremenjena z nitrati, je namenjena izključno industrijskemu območju v tehnološke namene. Omrežje za oskrbo gospodinjstev, ki se je prej oskrbovalo z medloško vodo, se oskrbuje z mešano vodo, ki nastane z mešanjem medloške in vitanjske vode. Voda se meša preko povezovalnega cevovoda. V mešanici so vrednosti nitratov v dovoljenih mejah. Povišane koncentracije nitratov v omrežju se lahko pojavijo le ob daljšem sušnem obdobju, ko se zmanjša izdatnost ostalih virov in pri močnem deževju, ko je zaradi kaljenja potrebno vire z območja Vitanja in Frankolovega izključiti iz uporabe. V obeh primerih se potrebne količine vode črpajo iz vodnjakov v Medlogu. Previsoka vrednost nitratov na omrežju vodovoda Celje je kljub mešanju vode še vedno problem, ki zahteva strokovni nadzor in rešitve. (Vodovod - kanalizacija, 2008) CO O Z TO E 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 S six six /iS 7fs c?' c?' <$> c?> c?> n<$> n<$> n®' J*' r n^' J*' c^' datum \J -♦—vodnjak A —■—vodnjak B -•—vodnjak F —I—vodnjak G vodnjak C —X—vodnjak D —X—vodnjak E Slika 3: Gibanje koncentracij nitratov v vodnjakih v Medlogu od 2001 do 2006 (Vodovod - kanalizacija, 2006) Fig. 3: Concentration of Nitrate in groundwater pumped from wells in Medlog from 2001 to 2006 (Vodovod - kanalizacija, 2006) 2.4 Poraba vode v Celju V zadnjem desetletju je prodaja vode v Celju upadla. Na sliki 4 vidimo, da se je od leta 1990 prodaja vode precej zmanjšala. Vzroka za upad sta dva. Prvi je prestrukturiranje gospodarstva, drugi pa varčevanje z vodo v gospodinjstvih. Podobno se dogaja v razviti Evropi, ki odklanja miselnost o čim večji porabi vode in o zagotavljanju novih in novih vodnih virov. Nadomešča jo zavest o nujnem zavarovanju obstoječih vodnih virov, o sanaciji obstoječih sistemov, ki naj bi preprečili nesmotrne izgube vode in o racionalni porabi te naravno omejene dobrine. Čas Slika 4: Gibanje porabe pitne vode v Celju v obdobju od 1960 do 2008 (Vodovod - kanalizacija, 2009) Fig. 4: Consumption of drinking water in Celje from 1960 till 2008 2.5 Hidrogeološke karakteristike vodonosnika Spodnje Savinjske doline Celjska kotlina je geološko vzeto, pogreznjena gruda, ki jo na severu, zahodu in jugu omejujejo prelomi, le na vzhodu mehko prehaja na sotelsko stran. Zahodni del kotline zapira Dobroveljska planota kot odrastek višje Menine, na jugu so mejniki kopaste gore Posavskega hribovja z najvišjo Čemšeniško planino in tisočaki Kisovcem, Mrzlico in Gozdnikom. Obzorje na severu zapirajo tudi nad tisočmetrske, vendar malo bolj oddaljene gore med Paškim Kozjakom in Bočem. (Gaberšček, 1988) 2.5.1 Karakteristike vodonosnika v Medlogu Debelina prodnega nanosa v Medlogu je od 3,5 do 18 m. Na širšem območju Medloga imamo na severnem delu opraviti z zaprtim vodonosnikom, ki v smeri proti Savinji preide v odprti vodonosnik. Tako je južnejši del vodonosnika bolj izpostavljen vplivom onesnaženja kot severni. Krovna nepropustna plast je tanka in predstavlja slabo zaščito podzemne vode pred onesnaženjem s površja. Koeficient prepustnosti variira med 10-3 in 10-4 m/s. Efektivna poroznost vodonosnika pa je 0,2. Podzemna voda se nahaja razmeroma plitvo, to je povprečno 2 m pod površino. Zaradi opisanih lastnosti vodonosnika v Medlogu je potrebno pozorno načrtovati umetno bogatenje, saj obstaja nevarnost, da bi se gladina podzemne vode preveč dvignila in bi se s tem preveč skrajšala pot infiltriranim padavinam. Padavine s kmetijskih površin spirajo hranilne snovi, kar bi tako pomenilo bistveno poslabšanje kvalitete podzemne vode. (Rismal, 1986) Območje zajetij na območju Medloga se glede na hidrogeološke pogoje deli na dva dela, in sicer na območje stare vodarne med cesto in strugo Savinje, kjer so bili skopani prvi vodnjaki, ter novo črpališče, ki leži severno od ceste in na območju letališča. Na območju stare vodarne se nahajajo štirje kopani vodnjaki. Vodonosna plast je tu debela od 1,1 m do 5,7 m in je zelo prepustna. Pod prepustnimi peščeno-prodnimi sedimenti ležijo terciarni neprepustni sedimenti. Na desnem bregu Savinje je terciarni laprovec in tuf na površini, proti severu pa tone pod kvartarni zasip. Tako visoka lega nepropustne podlage povzroča, da v času visokega vodostaja Savinja direktno zateka v kvartarno - prodni zasip, iz katerega se napajajo vodnjaki. V času nizkega vodostaja je gladina podtalne vode približno 2 m pod površino, ob visokih vodah pa se močno približa koti terena. Območje novih vodnjakov obsega ravničasto ozemlje med Medlogom in Levcem (severno od ceste). Zapolnjeno je s kvartarnimi in terciarnimi sedimenti. Raziskave so pokazale, da se nahaja med cesto in severnim obrobjem kotline večja depresija oziroma staro rečno korito, ki je zarezano v terciarno nepropustno podlago in zasuto s peščeno-prodnim zasipom. Nepropustna podlaga je na območju novih vodnjakov G, E in F približno 5 do 18 m globoko. (Gaberšček, 1988) 2.5.2 Primernost vodonosnika v Medlogu za umetno bogatenje Umetno bogatenje podzemne vode na območju Medloga bi bilo smiselno uporabiti za doseganje dveh ciljev. Prvi cilj je povečanje izdatnosti vodnjakov na območju Medloga, saj je vodonosnik na tem območju razmeroma plitev in so zaradi tega količine črpanja podzemne vode precej omejene. Drugi cilj pa je izboljšanje kvalitete podzemne vode, predvsem znižanje koncentracij nitratov v načrpani vodi. Možnosti za uporabo umetnega bogatenja v Medlogu so bile v preteklosti že analizirane in sicer v naslednjih dokumentih: • Rus, A., 1985. Umetno bogatenje podzemne vode za vodovod Celje. Diplomska delo. • Rismal, M., 1986. Študija umetnega bogatenja podzemne vode za povečanje zmogljivosti črpališč vodovoda Celja v Medlogu. Institut za zdravstveno hidrotehniko (IZH) iz Ljubljane je izvedel v Medlogu tudi pilotne preizkuse umetnega bogatenja podzemne vode v Medlogu z vodo iz reke Savinje. Rezultati navedenih raziskav in analiz so pokazali, da je podzemna voda v Medlogu primerna za uporabo umetnega bogatenja kot načina priprave pitne vode. V nadaljevanju bom najprej povzel predlagano rešitev iz leta 1985 in primerjal biološke ter kemijske parametre vode iz reke Savinje iz let 1985 in 2004. V nadaljevanju bom povzel že predlagane rešitve uporabe umetnega bogatenja na področju Medloga in k temu dodal še svoje predloge glede novih možnosti uporabe umetnega bogatenja oz. sprememb že predlaganih rešitev. 2.6 Primernost vode iz reke Savinje za umetno bogatenje 2005. Za primerjavo so dodani podatke o maksimalnih izmerjenih koncentracijah v letu 1984, ko je bila izdelana študija umetnega bogatenja s strani IZH. Preglednica 2: Rezultati preiskav vode iz reke Savinje, merilno mesto Medlog, šifra postaje 6120. (Jesenovec, 2008). Table 2: Results of analyses of water from river Savinja; sampling spot Medlog, measuring station no. 6120. (Jesenovec, 2008) Parameter enota max. 1984 max. (2001-2004) povprečje (2001-2004) MDK temperatura zraka °C 21 29,2 15,807 temperatura vode °C 18,1 25,4 12,731 barva mgPt/l 6 13,3 5,722 pH - 8,2 8,8 8,179 > 6,5 in < 9,5 električna prevodnost (25 0C) ^S/cm 310 524 420 2500 kisik mg O2/l 10,8 20,5 13,2 5 nasičenost s kisikom % 117,8 186 126,0 suspendirane snovi po sušenju mg/l 28,4 25,6 7,01 suspendirane snovi po žaljenju mg/l 22,0 23,2 5,62 filtrirane izparine po sušenju mg/l 266 295 247 filtrirane izparine žar. ostane mg/l 195 209 163 filtrirane izparine žar. izguba mg/l 71 106 85 KPK s KMnO4 mg O2/l 2,5 2,9 1,95 KPK s K2Cr2O7 mg O2/l 8,5 11 7,21 BPK5 mg O2/l 2,7 4,5 2,55 TOC mg C/l 4,5 2,18 TOC sed. % 4,2 3,07 skupni dušik TN mg N/l 5,5 3,39 amonij mg NH4/l 0,08 5,34 0,48 0,5 nitriti mg NO2/l 0,11 0,18 0,10 0,5 nitrati mg NO3/l 9,80 24,25 14,20 50 fosfor (skupno) mg PO4/l 0,12 0,26 0,140 celotni fosfor - nefiltriran mg PO4/l 0,27 0,18 skupne koliformne bakterije MPN/l 380.000 90.000 42.444 0 koliformne bakterije fekalnega izvora MPN/100ml 9.000 2.476 0 streptokoki fekalnega izvora MPN/100ml 1.600 428 Po primerjavi podatkov o kakovosti vode iz Savinje iz leta 1984 in podatkov iz obdobja 2001-2005 ugotovim, da so se maksimalne izmerjene vrednosti v večini primerov povečale (od leta 1984 do danes). Višje pa so predvsem koncentracije dušikovih spojin, še posebej nitrata in amonija, ter fosforja. Koncentracije nitratov v Savinji (glej sliko 5) so nižje kot v podzemni vodi, kjer v vodnjaku A znaša povprečna koncentracija nitratov 65 mg/l. Zmanjšala se je količina koliformnih bakterij, in to kar za 76 %. Sklepam lahko, da je voda iz Savinje obremenjena predvsem z emisijami iz kmetijstva in naseljenih območij z neurejenim odvajanjem in čiščenjem odpadnih voda. Slika 5: Gibanje koncentracij nitratov v Savinji v obdobju od 2001 do 2005 (Jesenovec, 2008) Fig. 5: Concentration of Nitrate in Savinja river from 2001 till 2005 (Jesenovec, 2008) Glede na podatke o kakovosti vode lahko zaključim, da bi z infiltracijo vode iz Savinje lahko znižali koncentracije nitratov v načrpani podzemni vodi. Koncentracije nitratov v vodi iz Savinje so namreč približno trikrat nižje kot v podzemni vodi, kar bi pomenilo, da bi se z infiltracijo vode iz Savinje v podzemno vodo zaradi redčenja, koncentracije nitratov v načrpani vodi znižale. Pred infiltracijo pa bil bilo potrebno vodo iz Savinje primerno obdelati. Predvsem so problematični suspendirani delci, ki bil lahko povzročali mašenje infiltracijskih vodnjakov. Zato bi bilo potrebno pred infiltracijo iz surove vode odstraniti suspendirane snovi z sedimentacijo na lamelnem usedalniku, filtracijo skozi hitre peščene filtre. Po filtraciji bi se voda še aerirala, kar bi zagotovilo, da bi imel infiltrat zadostno količino raztopljenega kisika za oksigenacijo podzemne vode. Postopek predpriprave vode, je torej takšen kot bil predlagan v letu 1985 (oz. je le-tega potrebno še nadgraditi). 3 MODEL PODZEMNE VODE V SPODNJI SAVINJSKI DOLINI 3.1 Konceptualni model Model za potrebe te magistrske naloge je bil izdelan s programskim paketom PMWIN, in sicer gre za napovedovalni tridimenzionalni matematični model podzemne vode na območju Spodnje Savinjske doline. 3.1.1 Območje modela Območje modeliranja za naš model obsega vodonosnik Spodnje Savinjske doline med naseljema Žalec in Celje. Meje modela na jugu predstavlja struga reke Savinje, na severu pa meja vodonosnika, ki jo določa gričevnat svet, ob katerem se končajo aluvialne vodonosne plasti. Na vzhodu je meja vodonosnika postavljena na sotočje Ložnice s Savinjo, na zahodu pa je meja modela v višini naselja Žalec. Območje modela je pravokotne oblike (dolžine 6.500 m in širine 3.800 m) in se tako nahaja med naslednjima skrajnika točkama v Gauss-Krügerjevem koordinatnem sistemu: • Koordinate skraj ne j ugozahodne točke: o X: 512.895, o Y: 120.765. • Koordinate skrajne severovzhodne točke o X: 519.395, o Y: 124.565. Območje modela je grafično prikazano v prilogi A. Velikost osnovne celice modela meri 25 x 25 m. Na mestih, kjer se nahajajo vodnjaki, pa je mreža zgoščena tako, da so celice razdeljene na devet manjših z velikostjo posamezne celice 8,33 X 8,33 m. 3.1.2 Vodna bilanca Vodna bilanca modela je prikazana na sliki 6. Predstavljeni so ključni elementi, ki vplivajo na gladino podzemne vode na območju vodonosnika, ki je predmet modeliranja. Slika 6: Grafični prikaz vodne bilance modela Fig. 6: Water budget of the model 3.1.3 Geološka zgradba modela Glede na pridobljene podatke bom vodonosnik obravnaval kot vodonosnik z dvema slojema, saj je razlika med hidravlično prepustnostjo zgornjega in spodnjega sloja zelo velika. Koeficienti hidravlične prepustnosti za spodnji slabše prepustni sloj znašajo okoli 10-5 m/s, medtem ko se v zgornjem bolje prepustnem sloju gibljejo med 2*10"2 m/s in 5*10"5 m/s. Hidravlična prepustnost gornjega sloja je največja na območju med Savinjo in Ložnico, od reke Ložnice proti severu pa upada. (Drobne in Mencej, 1984). območja modela je priložena v prilogi C. Za vertikalni koeficient prepustnosti sem predpostavil, da je enak po celotnem območju modela in da znaša 10-4 m/s. i! H...........»L— ..III ilissaililk^llill 'iiiiimiiiiiiiii iiiiiiiiiii:= BBB1UBIIIIIIIIIIIIII r4 BBBIBBIIIIIIIIIIIlira^^BfflBBIIIIIIIIIIIBIIIflBnBBfllBIllllllIfllllBBTBBBIBBIIIIai DBHiiiHiiiiiiiiiiiiiiiiiiD^ .......IBBll_^BlBBBIBIIIIIIIIBIIIBBIflBBIBBI|lj| ■IBBBIDIIIIIIIIDIIIBIK iiiiiiiil, □ IIIIIIIIIIIIIIIID " ~:::ii==;:;=;:;;:;:;;:;=;;;:;=:;:;: :: jj 10-4 1,7x10 -2 3 5x 10 1,7x10 -2 iiiapciSürwiliigJHRiii 10- Slika 7: Prikaz predpostavljenih koeficientov hidravlične prepustnosti gornjega sloja Fig. 7: Estimated hydraulic conductivity coefficients of the upper layer Efektivno poroznost vodonosnika sem povzel po avtorjih prejšnjih matematičnih modelov na obravnavanem območju (Brenčič, 2002), ki so uporabili vrednost 0,2, ter predpostavil, da je enaka po celotnem območju modela. Podatkov o specifičnem uskladišenju in specifični izdatnosti, ki sta potrebna za izdelavo dinamičnega modela v razpoložljivih virih in literaturi za obravnavano območje ni bilo navedenih. Za specifično skladiščenje sem glede na priporočila v navodilih za uporabo programa PMWIN predpostavil vrednost 0,001 m-1. Specifična izdatnost je praviloma nižja od efektivne poroznosti, zato sem glede na priporočila iz literature (Todd in Mays, 2005) za specifično izdatnost predpostavil nekoliko nižjo vrednost kot za efektivno poroznost vodonosnika, in sicer 0,16. Za specifično skladiščenje in izcejanje sem predpostavil, da se na območju modela ne spreminjata. 3.1.4 Geometrija vodonosnika na obravnavanem območju Podatki o geometriji vodonosnika so povzeti po naslednjih virih: 1. Ježek, R., 1977: Študija ureditve Savinje: Študija stabilnosti korita reke Savinje v km 24,580 - 38,079. 2. Brenčič, M., Janža, M., 2002: Vpliv izgradnje bencinskega servisa na zahodni celjski obvoznici na podzemno vodo vodonosnika vodarne Medlog Levec. 3. Brenčič, M., 1998: Strokovne podlage za zaščito virov pitne vode vzdolž priključka Celje zahod. Največ podatkov o geometriji vodonosnika se nahaja v študiji o stabilnosti korita Savinje, v kateri so priloženi hidrogeološki profili obravnavanega območja in karte z vrisanimi plastnicami nepropustne podlage ter plastnicami meje med bolj in slabše prepustnim slojem. Preostala dva vira z vidika geometrije vodonosnika povzemata podatke iz že omenjene študije. V obdobju od leta 1977 so bile na območju Medloga izdelane številne vrtine, vendar hidrogeološki podatki niso nikjer zbrani, oz. ni teh podatkov nisem uspel najti. Podatke o geometriji vodonosnika sem zbral in uredil s pomočjo programov »AutoCad« in »ArcView«. Izohipse posameznih slojev vodonosnika so prikazane v prilogi B. Poreklo podatkov uporabljenih za izdelavo modela je prikazano v preglednici 3. Preglednica 3: Poreklo podatkov uporabljenih za izdelavo modela Table 3: Origin of data used for model development Vrsta podatka Vir podatki meje vodonosnika ARSO, WFS ARSO, http://gis.arso.gov.si. višine nepropustne podlage Studija stabilnosti korita reke Savinje v km 24,580-38,079, HDP Brno, Polytechna - Hydroproj ekt. višine meje med dvema slojema vodonosnika Studija stabilnosti korita reke Savinje v km 24,580-38,079, HDP Brno, Polytechna-Hydroprojekt. višine površja Temeljni topografski načrt v merilu 1 : 5000. vodotoki ARSO, WFS ARSO, http://gis.arso.gov.si; Studija stabilnosti korita reke Savinje v km 24,580-38,079, HDP Brno, Polytechna-Hydroprojekt. Podatke sem v model prenesel tako, da sem v program »PMWIN« uvozil kot podlage opisane podatke v obliki *.DXF datotek. Posamezne datoteke s plastnicami različnih slojev sem nato digitaliziral z uporabo orodja »Digitizer« v programu »PMWIN«. Ekvidistanca plastnic nepropustne podlage, plastnic meje med obema slojema vodonosnika ter plastnic površja, ki sem jih uporabil za izdelavo modela, znaša 1 m. Podatki po vnosu v Program »PMWIN« so prikazani na sliki 7. Slika 8: Grafični prikaz geometrije modela: a) geometrija zemeljskega površja, b) geometrija meje med bolj in slabše prepustnim delom vodonosnika, c) geometrija neprepustne podlage Fig. 8: Geometry of the model: a) geometry of landscape, b) geometry of boundary between the aquifer layers, c) geometry of watertight base 3.1.5 Robni pogoji Robna pogoja modela na zahodni in vzhodni strani območja modeliranja predstavljajo celice s stalno gladino. Na južnem robu modela predstavlja robni pogoj reka Savinja na severnem robu pa rob vodonosnika. Robni pogoji so prikazani v sliki 9. Stalna gladina v robnih celicah je bila določena na osnovi karte gladin podzemne vode. Najpodrobnejša karta gladin podzemne vode na obravnavanem območju je bila izdelana v sklopu izdelave študije stabilnosti rečnega dna reke Savinje. Vendar se je na območju Medloga v osemdesetih letih z različnimi posegi spreminjala struga Savinje, kar je vplivalo na povezavo med Savinjo in podzemno vodo. Tako sem kot osnovo za določitev gladin v celicah s fiksno gladino uporabil najnovejšo karto s karakterističnim stanjem gladin podzemne vode, ki jo je izdelala ARSO in sicer za obdobje od 12 do 18 avgusta leta 2000. Karta gladin je prikazana v prilogi D. ■ neaktivne celice □ aktivne celice ■ vodotok g celice z fiksirano gladino, ki se spreminja s časom Slika 9: Prikaz robnih pogojev modela Fig. 9: Boundary conditions of the model Ekvidistanca med hidroizohipsami na karti gladin iz avgusta leta 2000 znaša 5 m, zato sem pred vnosom podatkov izvedel interpolacijo hidroizohips in jih uvozil v program PMWIN, kjer sem z uporabo orodja »Digitizer« pripravil vhodno datoteko z začetnimi gladinami. 3.1.6 Nivo podzemne vode Na obravnavanem območju se nahaja pet piezometrov, v katerih ARSO redno meri gladine podzemne vode. Lokacija piezometrov je prikazana v prilogi A, njihove koordinate v Gauss-Krügerjevem sistemu pa so prikazani v preglednici 4. Preglednica 4: Podatki o lokaciji piezometrov (ARSO, 2008) Table 4: Location data of the observation boreholes (ARSO, 2008) Piezometer oznaka koordinate x y z Žalec V-5272 1 512725 122790 254,59 Arja vas 1500 2 515250 123560 250,58 Levec 1772 3 516880 122240 245,24 Medlog 1730 4 517290 121150 243,04 Medlog 1941 5 517740 123040 245,99 V prvih štirih piezometrih, naštetih v preglednici 3, se meritve nivoja podzemne vode izvajajo kontinuirano. Najzgodnejši podatki iz rednih meritev segajo v leto 1973. Rezultati meritev in trend gibanja gladine podtalne vode v piezometrih so prikazani na slikah od 10 do 13. Meritve v piezometru Medlog 1941 se ne izvajajo kontinuirano, na voljo so podatki za različno dolge intervale, rezultati meritev so prikazani v grafu na sliki 14. 255.00 254.50 254.00 253.50 JL 253.00 0) C ! 252.50 to 15 252.00 £ 251.50 251.00 250.50 250.00 CO^TlDCDI— COCOOT— CMCO^TlDCDI— COCOOT— CMCO^TlDCDI— COCOOT— CMCO^TlDCD I— I— I— I— I— I— I— C0c0c0c0c0c0c0c0c0c00)cn0)0)cn0)cn0)cn0)0000000 Datum Slika 10: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Žalec V-5272 (Uhan, 2008) Fig. 10: Groundwater level and trend in borehole Žalec V-5272 (Uhan, 2008) 251,00 250,50 250,00 249,50 £ 249,00 a) c ! 248,50 m o 248,00 247,50 247,00 246,50 246,00 oooooooooooooooooooooooooooo Datum Slika 11: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Arja vas 1500 (Uhan, 2008) Fig. 11: Groundwater level and trend in borehole Arja vas 1500 (Uhan, 2008) co ^r m CD Datum Slika 12: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Levec 1772 (Uhan, 2008) Fig. 12: Groundwater level and trend in borehole Levec 1772 (Uhan, 2008) 245,00 Datum Slika 13: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Medlog 1730 (Uhan, 2008) Fig. 13: Groundwater level and trend in borehole Medlog 1730 (Uhan, 2008) Datum Slika 14: Nivoji in trend gibanja podzemne vode v piezometru Medlog 1941 (Uhan, 2008) Fig. 14: Groundwater level and trend in borehole Medlog 1941 (Uhan, 2008) 3.1.7 Reka Savinja Reka Savinja teče vzdolž južnega roba celotnega modela in močno vpliva na vodonosnik Spodnje Savinjske doline. Na odseku od izliva Bolske do levega zavoja v Vrbju Savinja podzemno vodo napaja, medtem ko jo dolvodno v smeri Celja drenira. Struga Savinje vzdolž modela je v večji meri regulirana, dno struge pa je popolnoma ali deloma zarezano v podlago iz tufov. V postopku regulacije je bilo poglobljeno dno struge, na levem bregu pa je bil zgrajen protipoplavni nasip. Stik med reko in podzemno vodo je odvisen predvsem od tega, kako globoko v tufe je zarezano dno Savinje ter od vodostaja Savinje in višine gladine podzemne vode. Pri izdelavi modela sem pri vnosu geometrije struge reke uporabil podatke iz leta 2002, ko je bilo izveden zadnji geodetski posnetek korita struge Savinje za potrebe projektiranja zadrževalnikov visokih voda. Koeficienti hidravlične prepustnosti rečne struge so zaradi zarezanosti struge v tufe nižji, ker v literaturi ni bilo na voljo podatka, sem predpostavil vrednost 10-4 m2/s. Na odsekih, kjer je bilo v preteklosti ugotovljeno, da ni kontakta med podzemno vodo in Savinjo, pa sem za hidravlično prevodnosti dna struge predpostavili še nižje vrednosti in sicer 10-7 m2/s V osrednjem delu modela je dno Savinje manj pogreznjeno v podlago iz tufov, zato bom koeficiente prepustnosti za ta odsek reke Savinje določil s postopkom umerjanja. (Ježek, 1977) Na obravnavanem odseku Savinje se v Medlogu nahaja avtomatska vodomerna postaja ARSO, ki od leta 2003 dalje spremlja pretok in vodostaje Savinje. Lokacija postaje je z Gauss-Krügerjevimi koordinatami podana v preglednici 4 in prikazana v prilogi A. Podatki o vodostajih v obdobju od 2003 do 2006 so prikazani na sliki 15 in so bili uporabljeni pri izdelavi modela. 245,00 244,50 244,00 243,50 - 243,00 o 242,50 o > ■iS 242,00 o * 241,50 241,00 240,50 240,00 ff Ulli oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo Datum Slika 15: Vodostaji reke Savinje na vodomerni postaji 6120-Medlog (Ulaga, 2008) Fig. 15: Water level in river Savinja on measuring spot 6120-Medlog (Ulaga, 2008) 3.1.8 Reka Ložnica Preko obravnavanega območja teče tudi reka Ložnica in sicer diagonalno v smeri SZ-JV, kjer se v spodnjem desnem robu izlije v reko Savinjo. Struga Ložnice je v večjem delu obravnavanega območja regulirana in ima na obeh bregovih zgrajene protipoplavne nasipe. Dno struge poteka po površini vodonosnika, ki je sestavljen iz proda s peskom, vendar je precej zablateno, zato je vpliv na podzemno vodo manjši. Vrednosti koeficientov hidravlične propustnosti struge niso podane nikjer v razpoložljivi literaturi, zato sem predpostavil, da znašajo 10-5 m2/s. Na dveh odsekih reke Ložnice bom hidravlične koeficiente prepustnosti struge določil s postopkom umerjanja. Na obravnavanem odseku Ložnice se nahaja vodomerna postaja ARSO, ki beleži nivoje vode v strugi. Lokacija postaje je prikazana v prilogi A, Gauss- Krügerjeve koordinate lokacije postaje pa so podane v preglednici 5. Podatki o vodostajih Ložnice z omenjene postaje za obdobje od 2000 do 2006 so prikazani na sliki 16 in so bili uporabljeni za izdelavo modela. 243,00 242,50 242,00 241,50 - 241,00 o 240,50 o > ■iS 240,00 o * 239,50 239,00 238,50 238,00 COCOCOCOCOCO^-^-^-^-^-^-lDlDlDlDlDlDCDCDCDCDCDCD OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO v^coini-^G^v^v^coini-^G^v^v^coini-^G^v^v^coini-^coT- Datum Slika 16: Vodostaji reke Ložnice na vodomerni postaji 6630 - Ložnica I (ARSO, 2008) Fig. 16: Water level in river Ložnica on measuring spot 6630 - Ložnica I (Ulaga, 2008) Preglednica 5: Podatki o lokaciji vodomernih postaj (ARSO, 2008) Table 5: Location data of the river measuring spots (ARSO, 2008) 11 1 i AIU K J i Ü m — \ß> Vodomerna postaja oznaka y x Z (kota 0 točke) MEDLOG 6120 517370 121035 238,16 m LEVECI 6630 517330 122215 240,95 m 3.1.9 Ostala telesa površinske vode Na območju, ki je obravnavano v modelu, se nahajajo še ostala telesa površinske vode, in sicer: • potok Lava, • Podvinska struga Savinje, • potok Sušnica in Koprivnica • potok Vrbje, • potok Pirešica. Za našteta telesa površinskih voda ni na voljo podatkov o geometriji struge, prav tako pa tudi ni podatkov o vodostajih. V razpoložljivi literaturi tudi ni podatkov o vpliv teh vodotokov na vodonosnik. V postopku umerjanja bom upošteval vpliv teh vodotokov z uporabo modula »recharge« tako, da bom na trasah vodotokov povečal količino infiltracije. 3.1.10 Infiltracija padavin Na obravnavanem območju se nahaja meteorološka opazovalna postaja CELJE - MEDLOG št. 268, ki je opremljena z barografom, fenološko postajo, higrografom, ombrografom, termografom ter heliografoma. Izmed podatkov, ki se zbirajo na tej postaji, sem uporabili podatke o količini padavin. Mesečna količina padavin v obdobju, za katerega je bilo izvedeno umerjanje modela, je prikazana na grafu (slika 17). Povprečna letna količina padavin na obravnavanem območju znaša od 1200 do 1300 mm (priloga D). (Uhan, 2008). 300 -r 250 - 's JL 200 - C '> ra "S 150 - C3 & J 100 - o 50 - n i-i i-. □ 2003 □ 2004 ■ ■ n ~l □ 2005 [I □ 2006 mu, -I- 'Hi 1 2 3 4 5 6 7 8 mesec 9 10 11 12 Slika 17: Mesečne količine padavin, izmerjene na meteorološki postaji št. 268, Medlog v letih od 2003 do 2006 (Uhan, 2008) Fig. 17: Rainfall measurement on measuring spot no. 268, Medlog from 2003 till 2006 (Uhan, 2008) Lokacija Meteorološke postaje št. 268: • y: 517769, • x: 121412, • nadmorska višina: 241 m. Vpliv padavin je v model vnesen s paketom »recharge«, s katerim lahko simuliramo bogatenje podzemne vode. Pri vnosu podatkov tem je upoštevan ocena Geološkega zavoda Slovenije (mag. Joerg Prestor), da se na območju vodonosnika Spodnje Savinjske doline infiltrira približno 50 % padavin. 3.1.11 Črpanje podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu sistema, vodnjaki pa se uporabljajo kot nadomestni vodni vir, ko prihaja do izpada količin pitne vode iz ostalih virov. Črpanje iz vodnjakov je v model zato vneseno na osnovi podatkov o količinah načrpane vode, ki jih je posredovalo javno podjetje Vodovod - kanalizacija, d.o.o. Količine zajete vode iz posameznih vodnjakov v letih 2003 - 2006 so prikazane na sliki 18. 500000 □ 2003 □ 2004 □ 2005 □ 2006 D E Vodnjak A B G Slika 18: Količine zajete vode iz vodnjakov v Medlogu (Vodovod - kanalizacija, 2008) Fig. 18: Quantities of extracted water from wells in Medlog (Vodovod - kanalizacija, 2008) Gauss-Krügerjeve koordinate lokacije vodnjakov so podane v preglednici 6, grafično pa je lokacija vodnjakov prikazana v prilogi A. Preglednica 6: Podatki o lokaciji vodnjakov (Vodovod - kanalizacija, 2008) Table 6: Location data of the wells (Vodovod - kanalizacija, 2008) Vodnjak X Y Z A 121328,82 517740,25 241,39 B 121528,34 517795,87 241,6 C 121179,91 517740,59 241 D 121615,00 517853,00 242 E 122240,91 517752,36 242,50 F 122497,50 517921,29 243,13 G 121982,35 517614,50 242,41 3.2 Umerjanje modela 3.2.1 Ročno umerjanje modela Model sem najprej umerjal ročno. Za izhodišče sem uporabil stacionarni model v katerega sem vnesel podatke o vodostaju Savinje in Ložnice, padavinah, ter začetnih gladinah podzemne vode, ki so bili zabeleženi v avgustu leta 2000, ko je bila izdelana zadnja karta gladin podzemne vode. Po vnosu podatkov sem izvedel izračun, katerega rezultati so pokazali veliko razhajanje med potekom hidroizohips določenih na podlagi meritev in hidroizohips na podlagi izračunanih gladi podzemne vode. V nadaljevanju sem zato v procesu ročnega umerjanja spreminjal koeficiente hidravlične prepustnosti zgornjega sloja vodonosnika v tistih območjih, kjer podatkov o koeficientih ni bilo na voljo in so bili predpostavljeni. Z različnimi vrednostmi koeficientov sem iskal kombinacijo, pri kateri bodo hidroizohipse izračunanih gladin čim bolj podobne karti gladin za to obdobje. Vrednosti koeficientov hidravlične prepustnosti zgornjega sloja po končanem ročnem umerjanju so prikazane v sliki 19. Vrednosti koeficientov horizontalen hidravlične prepustnosti: 0.01 0.05 0.005 0.01 0.001 0.005 0.0005 0.001 0.0001 0.0005 0.000005 0.00001 Slika 19: Koeficienti hidravlične prepustnosti zgornjega sloja, po ročnem umerjanju Fig. 19: Hydraulic conductivity of the upper layer after the manual calibration Primerjava izmerjenih in izračunanih hidroizohips za avgust leta 2000, po končanem ročnem umerjanju koeficientov hidravlične prevodnosti zgornjega sloja je prikazana v sliki 20. Slika 20: Primerjava hidroizohips, izmerjenih (črne) in izračunanih (modre) gladin za obdobje od 14. do 18. avgusta 2000 Fig. 20: Relation between contours of observed (black) and calculated (blue) groundwater levels from 14th till 18th august 2000 Na gladine podzemne vode močno vplivajo koeficienti prepustnosti dna struge, zato je bilo potrebno nadaljevanju izvesti umerjanje koeficientov dna struge. Ta postopek sem izvedel z uporabo avtomatskega umerjanja. 3.2.2 Avtomatsko umerjanje modela V nadaljevanju umerjanja modela sem uporabil dinamični model, v katerega sem vnesel podatke, ki se spreminjajo s časom za obdobje od 1. 1. 2003 do 31. 12. 2006. Časovno obdobje za izvedbo umerjanja sem izbral na osnovi pridobljenih podatkov. Podatki se na merilnih mestih na območju modela zbirajo različno dolgo. Kot zadnje merilno mesto izmed - v prejšnjih poglavjih - predstavljenih, je bila postavljena vodomerna postaja Medlog na reki Savinji. Na tej postaji se redne meritve izvajajo od konca leta 2002. Tako sem uspel zbrati podatke za umerjanje iz vseh opisanih merilnih mest za obdobje štirih let (2003-2006) oziroma 48 mesecev. Novejših podatkov v času zbiranja podatkov za gradnjo modela še ni bilo na razpolago. Meritve iz piezometrov, ki so bile uporabljene za umerjanje, so prikazane na sliki 21. 255,00 235,00 230,00 - "S § &§j ro cL -t? > o c _Q —_ r"\ m a. ro ^ : 0) ro d u > o C JD ^ o aj ro aj 2 CT!-"- E a. ro ^ : Parameter Estimated 95% percent confidence limits value lower limit upper limit p1 7.557500E-04 6.520884E-04 8.758906E-04 p6 9.328 900E-06 3.603578E-06 2.415054E-05 p7 9.378700E-06 2.484762E-06 3.539977E-05 Slika 23: Prikaz optimiziranih parametrov Fig. 23: Results of the parameter optimization process Po končanem postopku umerjanja sem popravil vrednosti umerjanih parametrov z optimiziranimi in ponovno zagnal simulacijo za obdobje umerjanja. Slika 24 prikazuje primerjavo računskih in opazovanih gladin za obdobje umerjanja od leta 2003 do 2006 s popravljenimi vrednostmi parametrov, ki si bili določeni s postopkom umerjanja. Primerjava izmerjenih in izračunanih gladin, ki je prikazana na sliki 25, kaže odstopanje izračunanih gladin od izmerjenih piezometrov, kjer so bile opravljane meritve. Varianca izračunanih in izmerjenih vrednosti znaša 0,224. Iz slike 25 je tudi razvidno, da so razhajanja med izračunanimi in izmerjenimi gladinami najvišja za piezometra Arja vas 1500 in Levec 1772. 250.00 249.00 I 248.00 £ 247.00 > 246.00 I 245.00 I 244.00 £ 243.00 .§ 242.00 241.00 240.00 -Arja vas 1500 -opazovane -Levec 1772 - opazovane Medlog 1730 - opazovane Medlog 1941 - opazovane -X- Arja vas 1500 izračunane -X- Levec 1772 - izračunane -X- Medlog 1730 - izračunane -X- Medlog 1941 - izračunane 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 mesec Slika 24: Grafični prikaz izračunanih in izmerjenih gladin v piezometrih Fig. 24: Relation between observed and calculated groundwater level + Arja vas 1500 + Levec 1772 + Medlog 1730 + Medlog 1941 Slika 25: Primerjava izračunanih in izmerjenih gladin v piezometrih Fig. 25: Relation between observed and calculated groundwater level 3.3 Simulacija povečanja črpanja podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu V podjetju Vodovod - kanalizacija, d.o.o. iz Celja, ki je upravljavec vodnjakov za črpanje pitne vode v Medlogu, si želijo povečati količine načrpane vode iz vodnjakov, saj se občasno pojavljajo večje potrebe po količini načrpane, kot so dovoljene v vodnem dovoljenju. Vodni vir Medlog je namreč nadomestni vodni vir za vodovodni sistem Celje in se uporablja, kadar prihaja do pomanjkanja vode iz ostalih virov. V normalnih razmerah potrebuje vodovodni sistem povprečno 255 l/s pitne vode. S povečanjem količin zajete vode, bi lahko potrebno količino vode zagotovili tudi samo z uporabo vodnjakov v Medlogu. Preglednica 7 prikazuje podatke javnega podjetja Vodovod - kanalizacija, d.o.o. o trenutni maksimalni količini vode, ki jo načrpajo iz posameznega vodnjaka, in količine, ki bi jih želeli črpati v prihodnje. Preglednica 7: Prikaz trenutnih in želenih količin črpanja podzemne vode v Medlogu Table 7: Present and desired pumping rates of groundwater in Medlog Vodnjak A B C D E F G skupaj dovoljeno v vodnem dovoljenju [l/s] 35 32 10 10 60 15 50 212 trenutni max. odvzem [l/s] 35 32 10 10 42 15 50 194 želeni max. odvzem [l/s] 45 45 0 15 65 30 60 260 Za preverjanje, ali je možno povečati količine črpanja in za določanje vpliva povečanega črpanja podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu, sem se odločil z umerjenim modelom izvesti simulacijo toka podzemne vode v sušnih razmerah. V sušnih razmerah so potrebe po vodi iz vodnjakov v Medlogu največje, hkrati pa so takrat gladine podzemne vode najnižje, kar pomeni, da se pojavi v takšnih razmerah najbolj kritično stanje. Tako sem za razmere v letu 2003, ko je bila količina padavin v mesecih od januarja do septembra izjemno nizka (slika 16), kar je bilo opazno tudi pri znižanju gladin podzemne vode (slika 20), izvedel tri simulacije. Najprej sem izvedel simulacijo ob črpanju trenutnih maksimalnih količin skozi vse leto. Drugo simulacijo pa sem izvedel za primer, ko bi skozi vse leto črpali povečane maksimalne količine. Rezultate obeh simulacij sem primerjal s stanjem gladin podzemne vode v primeru, da se voda iz vodnjakov vse leto ne bi uporabljala. Pred pričetkom izvajanja opisanih simulacij sem opravil še primerjavo rezultatov, ki jih dajeta statični in dinamični model v razmerah iz leta 2003. Izkazalo se je, da dajeta statični in dinamični model nekoliko različne rezultate. Razlika je najopaznejša v 8 periodi (razmere iz meseca avgusta 2003), ko so gladine najnižje. Primerjava izračunanih hidroizohips z dinamičnim in statičnim modelom za razmere v avgustu 2003 so prikazane v sliki 26. Statični model daje rezultate z nižjimi gladinami podzemne vode preko celotnega modela razen ob vzhodnem robu, kjer zaradi robnega pogoja s fiksno gladino daje rezultate z višjimi gladinami kot dinamični model. Dinamični model pri izračunu upošteva spremembe v nivoju podzemne vode tudi v celicah s fiksno gladino. Rezultati statičnega modela tudi kažejo, da se severni del vodonosnika razmerah iz avgusta 2003 osuši. Slika 26: Primerjava izračunanih gladin podzemne vode s statičnim (modre hidroizohipse) in dinamičnim (rdeče hidroizohipse) modelom v avgustu 2003 Fig. 26: Relation between groundwater level calculated made by steady - state (blue contours) and transient (red contours) simulation in august 2003 modelom. Model in opisano umerjanje parametrov je bilo izvedeno z dinamično simulacijo, zato so rezultati dinamičnega modela po moji oceni realnejši. 3.3.1 Simulacija črpanja trenutno maksimalnih količin Modelu sem na območju vodnjakov določil mrežo celic z večjo ločljivostjo tako, da sem celice, v katerih se nahajajo vodnjaki, razdelil na 9 manjših velikosti 8,33 m x 8,33 m. Modelu sem v orodju za modeliranje vodnjakov količine črpanja iz posameznih vodnjakov nastavil maksimalne količine, ki se trenutno črpajo iz vodnjakov (preglednica 7, druga vrstica). Za vodnjake A, B, C, D, G in F so to maksimalne količine, ki so opredeljene v vodnem dovoljenju, za vodnjak E pa trenutna maksimalna količina odvzema znaša 42 l/s, kolikor omogoča trenutno nameščena črpalka. Prvi izračuni so pokazali, da je potrebno v modelu upoštevati drenaže, s katerimi so opremljeni vodnjaki A, E in G, saj so se ti vodnjaki brez upoštevanih drenaž posušili ob črpanju trenutnih maksimalnih količin. Drenaže sem upošteval tako, da sem kot vodnjak definiral tudi celice, skozi katere poteka drenaža, in skupno količino načrpane vode iz vodnjaka enakomerno razporedil med posamezne celice vodnjaka. Na območjih drenaž sem predhodno zgostil računsko mrežo iz osnovne velikosti na velikost 8,33 x 8,33 m - vsako celico sem razdelil na 9 manjših, enako velikih celic. Končni izračun, v katerem so bile upoštevane drenaže za vodnjake A, E in G, je pokazal, da ob sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov, v sušnih razmerah ni mogoče vse leto črpati trenutne maksimalne količine vode, ki znaša 194 l/s. Vodnjak C se posuši po v začetku meseca aprila 2003, po 94 dneh kontinuiranega črpanja iz vseh vodnjakov hkrati. Ostali vodnjaki pa lahko celo leto zagotavljajo želene količine vode. To pokaže vodna bilanca sliki 27, ki je izdelana za avgust leta 2003, ko so bile tudi izmerjene gladine podzemne vode najnižje. Maksimalna skupna količina iz vodnjakov zajete vode je takrat znašala 184 l/s. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 31 IN STRESS PERIOD 8 CUMULATIVE VOLUMES L* *3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 3541677 .0000 STORAGE = 0.1527 CONSTANT HEAD = 1510980 . 6300 CONSTANT HEAD = 9 . 2963E-02 WELLS = 0 .0000 WELLS = 0.0000 RIVER LEAKAGE = 17264 .3555 RIVER LEAKAGE = 1 .4382E-03 RECHARGE = 3196334 .0000 RECHARGE = 0.1259 TOTAL IN = 8266256 .0000 TOTAL IN = 0.3730 OUT : OUT: STORAGE = 665265 .5000 STORAGE = 1 .1191E-02 CONSTANT HEAD = 3180092 .7500 CONSTANT HEAD = 0.1114 WELLS = 3948545 .2500 WELLS = 0.1842 RIVER LEAKAGE = 1808812 .0000 RIVER LEAKAGE = 6 •7143E-02 RECHARGE = 0 .0000 RECHARGE = 0.0000 TOTAL OUT = 9602716 .0000 TOTAL OUT = 0.3739 IN - OUT = -1336460 .0000 IN - OUT = -8 .9425E-04 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 31 IN STRESS PERIOD 8 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 86400 . 1440.0 24.000 1.0000 2 .73785E-03 STRESS PERIOD TIME 2 .6784 0E+06 44640. 744.00 31.000 8 . 4 8734E-02 TOTAL TIME 2 .0 9952E+07 3. 49920E+05 5832.0 243.00 0 . 66530 Slika 27: Vodna bilanca modela pri trenutno maksimalnih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003 Fig. 27: Water budget at the present pumping rates from the wells in august 2003 Stanje gladin podzemne vode na območju vodnjakov na koncu osme periode pri trenutnih maksimalnih količinah črpanja je prikazano na sliki 28. Iz slike je razvidno, da pride do posušitve vodnjaka C. Celotna izhodna datoteka simulacije črpanja trenutnih količin podzemne vode se v digitalni obliki nahaja na priloženi zgoščenki. Slika 28: Stanje gladin na območju vodnjakov ob trenutnih maksimalnih količinah črpanja (pri sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov v sušnih razmerah) v avgustu 2003 Fig. 28: Groundwater level on the area of wells in Medlog at the present pumping rates (at simultaneous pumping from all the wells) in august 2003 V nadaljevanju je v sliki 29 prikazana volumetrična bilanca za celotno leto 2003, ki pokaže da je bilo iz vodnjakov načrpanih 5.890.175 m3 podzemne vode, pri čemer je znašala trenutna skupna količina črpanja iz vseh vodnjakov 184 l/s. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 31 IN STRESS PERIOD 12 CUMULATIVE VOLUMES L**3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 3716954 .0000 STORAGE = 4 .0916E-03 CONSTANT HEAD = 2284383 . 7500 CONSTANT HEAD = 7 .8500E-02 WELLS = 0 .0000 WELLS = 0 .0000 RIVER LEAKAGE = 45491 .2148 RIVER LEAKAGE = 2 .3 4 8 4E-03 RECHARGE = 7529206 .0000 RECHARGE = 0.2768 TOTAL IN = 13576035 .0000 TOTAL IN = 0.3617 OUT: OUT: STORAGE = 1841175 .5000 STORAGE = 2 .9379E-03 CONSTANT HEAD = 4467144 .0000 CONSTANT HEAD = 0.1101 WELLS = 5890175 .0000 WELLS = 0.1842 RIVER LEAKAGE = 2532493 . 7500 RIVER LEAKAGE = 7 .8 7 60E-02 RECHARGE = 0 .0000 RECHARGE = 0 .0000 TOTAL OUT = 14730988 .0000 TOTAL OUT = 0.3760 IN - OUT = -1154953 .0000 IN - OUT = -1 .42 93E-02 TIME SUMMARY AT END OF TIME STEP 31 IN STRESS PERIOD 12 SECONDS MINUTES HOURS DAYS YEARS TIME STEP LENGTH 8 6400 . 1440.0 24.000 1.0000 2 .73785E-03 STRESS PERIOD TIME 2.67840E+06 44640. 744.00 31.000 8 .4 8 73 4E-02 TOTAL TIME 3.15360E+07 5. 25600E+05 8760.0 365.00 0 .99932 Slika 29: Vodna bilanca modela pri trenutno maksimalnih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) za leto 2003 Fig. 29: Water budget at the present pumping rates from the wells (pumping rates are marked in grey) in year 2003 Slike od 30 do 35 prikazujejo prečne in podolžne prereze vodonosnika ter potek gladin v sušnih razmerah (avgust 2003) na mestih vodnjakov A, B, D, E, G in F ob črpanju trenutnih količin. Hidroizohipse podzemne vode so risane z ekvidistanco 20 cm. Slika 30: Prečni in podolžni prerez vodnjaka A ob črpanju 35 l/s v avgustu 2003 Fig. 30: Cross-section of the well A at pumping rate 35 l/s in august 2003 Slika 31: Prečni in podolžni prerez vodnjaka B ob črpanju 32 l/s v avgustu 2003 Slika 32: Prečni in podolžni prerez vodnjaka D ob črpanju 10 l/s v avgustu 2003 Fig. 32: Cross-section of the well D at pumping rate 10 l/s in august 2003 Slika 34: Prečni in podolžni prerez vodnjaka G ob črpanju 50 l/s v avgustu 2003 Fig. 34: Cross-section of the well G at pumping rate 50 l/s in august 2003 3.3.2 Simulacija črpanja povečanih količin vode iz vodnjakov Za izračun povečanja maksimalnih količin črpanja iz vodnjakov v Medlogu sem izvedel simulacijo črpanja iz vodnjakov v sušnih razmerah in v modelu povečal količine načrpane vode iz posameznih vodnjakov na količine prikazane v preglednici 7. Pri tem sem upošteval rezultate simulacije trenutnih maksimalnih količin črpanja vode iz posameznih vodnjakov, ki so pokazali, da pride ob sočasnem konstantnem črpanju iz vseh vodnjakov na območju stare vodarne, do osušitve vodnjaka C. Rezultate simulacije potrjujejo tudi opazovanja podjetja Vodovod - kanalizacija, d.o.o., kjer opažajo, da ob sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov na območju stare vodarne vodnjakom upade izdatnost. Zato se vodnjak C uporablja zelo redko (v zadnjih letih sploh ni bil v uporabi). Preglednica 8: Primerjava med želenim povečanjem količin načrpane vode iz vodnjakov in povečanimi količinami, ki so določene z modelom za razmere v avgustu 2003 Table 8: Comparison between desired and model - calculated maximum pumping rates in august 2003 Vodnjak A B C D E F G skupaj želeni maksimalni. odvzem [l/s] 35 32 0 10 65 30 60 232 možni maksimalni odvzem 22 16 0 10 65 30 60 203 Po zagonu modela sem med pregledom rezultatov ugotovil, da pride do težav z zagotavljanjem želenih količin iz vodnjaka B. Rezultati kažejo, da vodnjak B presahne v povečanju črpanja vode iz vodnjakov A in D. V nadaljevanju sem zato zniževal količine načrpane vode iz vodnjakov A in B, da bi ugotovil, koliko vode še lahko zagotavljata v razmerah iz avgusta 2003. Rezultati modela so pokazali, da je mogoče povečati črpanje le iz posameznih vodnjakov, vendar se na ta račun zmanjša izdatnost drugih vodnjakov. Vpliv povečanega črpanja se najprej opazi v vodnjaku C, ki kot je bilo ugotovljeno v simulaciji trenutnih maksimalnih količin črpanja, v razmerah iz leta 2003 presahne po 94 dneh črpanja. Ob povečanju količin črpanja iz vodnjakov G, E in F na količine iz tabele 8, po 135 dneh kontinuiranega črpanja upade izdatnost vodnjakov A in B. Izdatnost obeh vodnjakov nato upada vse do konca avgusta, ko se zniža za skupnih 29 l/s. Vodna bilanca pred upadom izdatnosti vodnjakov v maju 2003 je prikazana v sliki 36. Sliki 37 pa je prikazana vodna bilanca iz konca avgust 2003, ko izdatnost vodnjakov najnižja. Iz obeh vodnih bilanc je razvidno, da se zniža količina načrpane vode na območju stare vodarne, ki je v vodnih bilancah označena kot »zone 1«, medtem ko se na območju novih vodnjakov (v vodni bilanci so označeni kot »zone 2«) količina načrpane vode ne spremeni. PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 1 OF STRESS PERIOD 5 WATER BUDGET OF ZONES OVER THE ENTIRE MODEL ZONE: 1 IN OUT IN-OUT STORAGE 1.8131064E-02 2.18 9 918 9E-0 6 1.8128874E-02 WELLS 0.0000000E+00 7.6500028E-02 -7.6500028E-02 RECHARGE RIVER LEAKAGE SUM OF ZONE( 1) ZONE: 2 5.8801239E-03 1. 4302455E-03 1.138 9205E-01 0.0000000E+00 1.5504482E-03 1.148 604 6E-01 5.8801239E-03 -1.2020278E-04 -9.68 41156E-04 IN OUT IN-OUT STORAGE 2.0822721E-02 0.0000000E+00 2.0822721E-02 WELLS 0.0000000E+00 1.5439209E-01 -1.5439209E-01 RECHARGE 6.5064384E-03 0.0000000E+00 6.5064384E-03 RIVER LEAKAGE 7.8309997E-05 0.0000000E+00 7.8309997E-05 SUM OF ZONE( 2) 2.1515159E-01 2.1585098E-01 -6.9 938 600E-0 4 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM STORAGE CONSTANT HEAD IN 2.2647886E-01 7 . 7401057E-02 OUT 2 .451579 6E-02 9.559 4 8 61E-02 IN-OUT 2.019 6307E-01 -1.8193804E-02 WELLS 0.0000000E+00 2.3160000E-01 -2.3160000E-01 RECHARGE 1.2298445E-01 0.0000000E+00 1.2298445E-01 RIVER LEAKAGE 1.77 503 61E-03 8.12 9777 0E-02 -7.9522736E-02 SUM 4.2863941E-01 4.330 08 4 3E-01 -4.3690205E-03 Slika 36: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v maju 2003 Fig. 36: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in may 2003 Maksimalna skupna količina trenutno načrpane vode v razmerah v avgustu 2003 znaša 203 l/s, kar prikazuje vodna bilanca na sliki 37. Na sliki 38 pa je prikazana volumetrična vodna bilanca na koncu leta 2003 pri povečanih količinah črpanja, ki kaže, da znaša maksimalna letna količina načrpane vode iz vseh vodnjakov pri povečanih količinah črpanja 6.506.845 m3, kar je precej več kot je maksimalna letna količina načrpane vode dovoljena z vodnim dovoljenjem. Maksimalna trenutna črpanja, ki jo je mogoče tudi v sušnih razmerah načrpati iz obstoječih vodnjakov pa znaša 203 l/s PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 31 OF STRESS PERIOD 8 ZONE: 1 IN OUT IN- OUT STORAGE 6. . 0653631E- 03 2 . 8570983E-06 6. 0625058E -03 WELLS 0. 0000000E+00 4 . . 2 4 99993E-02 -4. 2499993E -02 RECHARGE 5 . 9831217E- 03 0. 0000000E+00 5. 9831217E -03 RIVER LEAKAGE 2 . 0145723E- 03 2 . 3873470E-04 1. 7758375E -03 SUM OF ZONE( 1) 6. . 5 04 6579E- 02 6. 5473795E-02 -4. . 2721629E- -04 ZONE: 2 IN OUT IN- OUT STORAGE 1. 3853150E- 02 0. 0000000E+00 1. 3853150E -02 WELLS 0. 0000000E+00 1. 5968370E-01 -1. 5968370E -01 RECHARGE 6. . 6625848E- 03 0. 0000000E+00 6. 6625848E -03 RIVER LEAKAGE 6. 0204352E- 06 0. 0000000E+00 6. 0204352E -06 SUM OF ZONE( 2) 1. 8653083E- 01 1. 8742087E-01 -8. . 9004636E- -04 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM STORAGE CONSTANT HEAD WELLS RECHARGE RIVER LEAKAGE IN 1.0976455E-01 1. 0595039E-01 0.0000000E+00 1.2575361E-01 2 .3077140E-03 OUT 1.2844534E-02 8 . 1874490E-02 2.0259996E-01 0.0000000E+00 4 . 8234515E-02 IN-OUT 9.6920013E-02 2.4075896E-02 -2.0259996E-01 1.2575361E-01 -4.592 6802E-02 SUM 3 . 437762 6E-01 3.4555349E-01 -1.7772317E-03 Slika 37: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003 Fig. 37: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in august 2003 Iz volumetrične bilance na sliki 38 je tudi razvidno, da največji vnos vode v vodonosnik predstavljajo padavine (na sliki »recharge«) v katerih pa je upoštevan tudi vpliv manjših potokov. Ob povečanem črpanju je bila v letu 2003 vsota odtokov iz modela za 16.800 m3 večja od vsote dotokov. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 31 IN STRESS PERIOD 12 CUMULATIVE VOLUMES L**3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 4694271 0000 STORAGE = 9 . 5971E-03 CONSTANT HEAD = 2435665 7500 CONSTANT HEAD = 8 . 5222E-02 WELLS = 0 0000 WELLS = 0.0000 RIVER LEAKAGE = 66185 2578 RIVER LEAKAGE = 3 .0 62 7E-03 RECHARGE = 7524255 0000 RECHARGE = 0.2766 TOTAL IN = 14720377 0000 TOTAL IN = 0.3744 OUT: OUT: STORAGE = 2282228 7500 STORAGE = 1 . 0437E-02 CONSTANT HEAD = 3765928 5000 CONSTANT HEAD = 9 . 4149E-02 WELLS = 6506845 5000 WELLS = 0.2026 RIVER LEAKAGE = 2182175 2500 RIVER LEAKAGE = 6 . 9025E-02 RECHARGE = 0 0000 RECHARGE = 0.0000 TOTAL OUT = 14737177 0000 TOTAL OUT = 0.3762 IN - OUT = -16800 0000 IN - OUT = -1 . 7 7 64E-03 Slika 38: Vodna bilanca modela pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov (s sivo so označene količine črpanja) v avgustu 2003 Fig. 38: Water budget at higher groundwater pumping rates (pumping rates are marked in grey) in august 2003 Izračuni so pokazali, da je na območju starih vodnjakov, to so vodnjaki A, B, C in D, ki se nahajajo relativno blizu drug drugega, prisoten velik medsebojni vpliv med vodnjaki. Na izdatnost vodnjakov na območju stare vodarne v sušnih razmerah vpliva tudi povečanje črpanja iz vodnjaka G. Gladine podzemne vode na območju vodnjakov pri povečanem črpanju so prikazane na sliki 39. Primerjava med gladinami podzemne vode brez črpanja, ob trenutnih količinah črpanja in ob povečanju črpanja vode iz vodnjakov na območju vodnjakov je prikazana na sliki 40, za območje celotnega modela pa v prilogi E. Celotna izhodna datoteka simulacije povečanih količin črpanja podzemne vode se v digitalni obliki nahaja na priloženi zgoščenki. V slikah od 41 do 46 so prikazane gladine podzemne vode ter podolžni in prečni prerezi vodonosnika skozi vodnjake E, F in G po povečanju količin črpanja v avgustu 2003. Slika 39: Hidroizohipse gladin podzemne vode ob povečanih količinah črpanja iz vodnjakov v avgustu 2003 Fig. 39: Groundwater level on the area of wells in Medlog at the higher pumping rates in august 2003 Slika 40: Primerjava gladin v primeru brez črpanja (zelene konture), ob trenutnem maksimalnem črpanju (modre konture) ter povečanih količinah črpanja (rdeče konture) v avgustu 2003 Fig. 40: Comparison of groundwater levels at no exploitation (green contours), at preset (blue contours) and higher (red contours) exploitation quantities in august 2003 Slika 41: Prečni in podolžni prerez vodnjaka A ob črpanju 22 l/s v avgustu 2003 Fig. 41: Cross-section of the well A at pumping rate 22 l/s in august 2003 Slika 43: Prečni in podolžni prerez vodnjaka D ob črpanju 10 l/s v avgustu 2003 Fig. 43: Cross-section of the well D at pumping rate 10 l/s in august 2003 Slika 45: Prečni in podolžni prerez vodnjaka G ob črpanju 60 l/s v avgustu 2003 Fig. 45: Cross-section of the well G at pumping rate 60 l/s in august 2003 3.4 Simulacija različnih variant umetnega bogatenja Umetno bogatenje se je v svetu že dokazalo kot zelo učinkovit postopek aktivne zaščite podzemne vode pred onesnaženjem in tudi učinkovit postopek priprave pitne vode ter metode za povečanje izdatnosti vodnjakov. Kot sem opisal v prvem poglavju, je bila že izdelana študija o možnostih uporabe umetnega bogatenja na območju Medloga, in sicer z namenom priprave pitne vode in zagotavljanja večjih količin pitne vode iz posameznih vodnjakov. V študiji prof. Rismala (1986) je predlagana rešitev umetnega bogatenja s predhodno pripravo vode iz struge Savinje s postopkom usedanja v lamelnem usedalniku, filtriranja na horizontalnih filtrih ter aeracije na kaskadah. Tako pripravljena voda naj bi se infiltrirala v vodonosnik z uporabo infiltracijskih polj. Infiltrirana voda in naravna podzemna voda bi se iz vodonosnika zajemala z uporabo drenaže, ki bi bila povezana z vodnjaki A, B, C in D. Po omenjeni študiji je bila predvidena infiltracija 100 l/s vode. Po pregledu literature in primerov uporabe umetnega bogatenja v tujini (Zürich) in pri nas (Maribor) sem se odločil, da namesto infiltracijskih pol za infiltracijo vode v vodonosnik uporabim nalivalni vodnjak z drenažama, ki bi omogočale večjo infiltriracijo vode v vodonosnik in bi pripomogle k enakomernejši porazdelitvi infiltrirane vode med vodnjaki. Nalivalni vodnjak bi bil lociran na enaki oddaljenosti od vodnjakov A, B, C in D kot infiltracijska polja, kar pomeni 100 m gorvodno od vodnjaka A. Nalivalni vodnjak z drenažami zahteva v primerjavi z nalivalnimi polji manjšo površino za infiltracijo, ker je pokrit, ščiti vodo (ki se infiltrira) pred atmosferskimi vplivi. Za infiltracijo sem predvidel drenaže v takšni dolžini, da bi se porazdelile med vodnjaki A in D. Skupna dolžina drenaž za infiltracijo vode iz nalivalnih vodnjakov bi znašala približno 550 m. Poleg te možnosti, ki je obdelana z omenjeno študijo, v podjetju Vodovod - kanalizacija, d.o.o. razmišljajo o možnosti, da bi za nalivalni vodnjak uporabili vodnjak C. Njihove izkušnje kažejo, da je črpanje iz vodnjaka A močno vpliva na izdatnost vodnjaka C. Izdatnost vodnjaka C je relativno nizka glede na ostale vodnjake, črpanje vodnjaka A pa njegovo izdatnost še zmanjša. Ta vpliv je bil ugotovljen tudi z matematičnim modelom, ki je pokazal, da je izdatnost vodnjaka C ob sočasnem črpanju iz ostalih vodnjakov 10 l/s. Vodnjak C na skupno količino načrpane vode bistveno ne vpliva, poleg tega zadnjih nekaj let sploh ni bil v uporabi. Iz teh razlogov bi se vodnjaku C lahko odrekli kot črpalnemu vodnjaku in ga raje uporabili kot nalivalni vodnjak, v katerem bi infiltrirali vodo iz Savinje. Infiltrirano vodo bi nato skupaj z naravno podzemno vodo črpali iz vodnjaka A. Ob tem bi se verjetno povečala tudi izdatnost vodnjaka B. Za infiltracijo bi lahko uporabili tudi obrežni vodonosnik, vendar Savinja in vodonosnik v okolici vodnjaka C nista v stiku, razen ob ekstremno visokih vodostajih Savinje. Tako bi bilo potrebno zajeti obrežni filtrat nekaj 100 m gorvodno ob Savinji, kjer ta vodonosnik napaja. V nadaljevanju bom zato izvedel simulacijo obeh variant umetnega bogatenja in prikazal rezultate. Za izračun bom uporabil enako vrsto simulacije, kot je bila uporabljena za izračun povečanih količin črpanja podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu. 3.4.1 Simulacija umetnega bogatenja z uporabo nalivalnega vodnjaka in drenaž po predlogu preteklih študij Za simulacijo umetnega bogatenja sem najprej sledil študiji prof. Rismala (1986), upoštevajoč spremembe, ki sem jih opisal v poglavju 3.4. Nalivalni vodnjak sem lociral 100 m vzvodno od vodnjaka A (slika 47). Iz nalivalnega vodnjaka sem predvidel dve drenaži: prva bi potekala v smeri severovzhodno od nalivalnega vodnjaka in bi se končala 100 m gorvodno od vodnjaka D, druga drenaža pa bi potekala v smeri jugozahodno od nalivalnega vodnjaka in bi se končala 100 m gorvodno od nalivalnega vodnjaka. Tako se želena količina vode enakomerno infiltrira na območju gorvodno od vodnjakov A, B, C in D. Lokacija nalivalnega vodnjaka in drenaž je grafično v prostoru prikazana v prilogi F. Slika 47: Prikaz območja nalivalnega vodnjaka z drenažami (modra polja) za umetno bogatenje Fig. 47: Area of infiltration well with infiltration drainage (blue cells) for artificial groundwater recharge Pri vnosu podatkov sem moral drenaže za infiltracijo vode v vodonosnik prikazati z orodjem vodnjak - »Well«, ker orodje za modeliranje drenaž ne omogoča modeliranja drenaže, ki bi napajala vodonosnik. Tako sem vzdolž predvidenih drenaž zgostil računsko mrežo, tako da sem osnovno celico 25 x 25 m razdelil na devet celic 8,33 x 8,33 m. Skupno količino vode za infiltracijo sem enakomerno porazdelil med celice, skozi katere poteka drenaža. Za zajem infiltrirane vode sem uporabil vodnjake A, B, C in D. V modelu sem pri teh vodnjakih povečal količine črpanja vode na vrednosti prikazane v preglednici 9. Črpanje vode iz vodnjakov A, B, C in D sem povečal za skupno 100 l/, kolikor znaša količina infiltrirane vode skozi nalivalni vodnjak. Iz vodnjakov E, F in G pa sem upošteval, da se črpajo povečane količine naravne podzemne vode iz poglavja 2.3.2. Preglednica 9: Količine črpanja iz posameznega črpalnega vodnjaka ob uporabi umetnega bogatenja Table 9: Pumping rates from the wells with artificial recharge Vodnjak A B C D E F G skupaj skupna količina [l/s] 85 52 10 30 65 30 60 332 količina naravne podzemne vode [l/s] 35 32 0 10 65 30 60 232 količina infiltrirane vode [l/s] 50 20 10 20 0 0 0 100 Po prvem izračunu sem ugotovil, da so se nekateri vodnjaki ob črpanju količin iz preglednice 6 posušijo, zato sem z več poizkusi prerazporedil količine načrpane vode med vodnjaki, da so vsi vodnjaki skupaj zajeli kar največjo količino vode, vendar želenih 332 l/s ni bilo mogoče tako prerazporediti, da se kateri od vodnjakov ne bi posušil. Zato sem v nadaljevanju zmanjševal količino načrpane vode iz posameznih vodnjakov in ponavljal izračun. Končno stanje količin, ki jih lahko ob umetnem bogatenju s 100 l/s skozi nalivalni vodnjak načrpamo iz vodnjakov A, B, C in D, je prikazano v preglednici 10. Preglednica 10: Maksimalne količine črpanja iz posameznega črpalnega vodnjaka ob uporabi umetnega bogatenja - izračunane z modelom in august 2003 Table 10: Maximum pumping rates from the wells with artificial recharge - calculated with model in august 2003 Vodnjak A B C D E F G skupaj skupna količina [l/s] 65 45 4 30 65 30 60 299 količina naravne podzemne vode [l/s] 22 16 0 10 65 30 60 203 količina infiltrirane vode [l/s] 43 29 4 20 0 0 0 96 Rezultati simulacije kažejo, da znaša maksimalna skupna količina načrpane vode iz vodnjakov 298 l/s, kar je razvidno iz vodne bilance na sliki 48. Če od tega odštejemo količino infiltrirane vode, znaša količina načrpane naravne podzemne vode 199 l/s, kar je 4 l/s manj, kot je bila maksimalna količina načrpane podzemne vode iz simulacije povečanega črpanje v avgustu 2003. Rezultati kažejo, da je mogoče na ta način zajeti 96 % infiltrirane vode. Vodna bilanca tudi pokaže, da je mogoče z uporabo umetnega bogatenja s predvidenim nalivalnim vodnjakov močno povečati izdatnosti vodnjakov. Celotna izhodna datoteka simulacije umetnega bogatenja z nalivalnim vodnjakom se v digitalni obliki nahaja na priloženi zgoščenki. PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 31 OF STRESS PERIOD 8 WATER BUDGET OF ZONES OVER THE ENTIRE MODEL ZONE: 1 IN OUT IN- OUT STORAGE 1 . 6375927E-02 0 . 0000000E+00 1 . 6375927E -02 WELLS 9 . 9999942E-02 1 .4349997E-01 -4 .3500029E -02 RECHARGE 6 . 0252389E-03 0 . 0000000E+00 6 . 0252389E -03 RIVER LEAKAGE 4 . 8173909E-04 1 . 8 62 4 44 0E-03 -1 ■3 8 070 49E -03 SUM OF ZONE( 1) 1. 8 6 63 621E-01 1. 8754952E-01 - -9. 1330707E- 04 ZONE: 2 IN OUT IN- OUT STORAGE 2 ■0683983E-02 0 . 0000000E+00 2 ■0683983E -02 WELLS 0 . 0000000E+00 1 . 5 45 0 85 6E-01 -1 .5450856E -01 RECHARGE 6 . 6625685E-03 0 . 0000000E+00 6 .6625685E -03 RIVER LEAKAGE 6 ■0204147E-06 0 . 0000000E+00 6 .0204147E -06 SUM OF ZONE( 2) 1 ■9860995E-01 1 . 9879341E-01 -1 ■8346310E -04 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM IN OUT IN- OUT STORAGE 1 . 6225787E-01 1 . 08 9722 7E-02 1 ■5136063E -01 CONSTANT HEAD 9 . 4804049E-02 1 .1015400E-01 -1 .5349954E -02 WELLS 9 . 9999942E-02 2 . 98 60 005E-01 -1 .98 60011E -01 RECHARGE 1 .2 58 95 02E-01 0 . 0000000E+00 1 . 2589502E -01 RIVER LEAKAGE 6 ■1427813E-04 6 . 6272065E-02 -6 ■5657787E -02 SUM 4 . 8357117E-01 4 . 8592335E-01 -2 . 3521781E -03 Slika 48: Vodna bilanca simulacije umetnega bogatenja z nalivalnim vodnjakom v avgustu 2003 Fig. 48: Water budget of artificial recharge simulation with infiltration through infiltration well in august 2003 Na sliki 49 so prikazane gladine podzemne vode na območju vodnjakov, na sliki 50 pa so prikazane tokovnice podzemne vode pri simulaciji umetnega bogatenja. Območje celotnega modela s hidroizohipsami podzemne vode je prikazano v prilogi G. Slika 49: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov pri simulaciji umetnega bogatenja skozi nalivalni vodnjak z drenažo ter prereza skozi vodnjak A v avgustu 2003 Fig. 49: Groundwater level on the area of wells at artificial recharge simulation through infiltration well and cross-section of the well A in august 2003 Slika 50: Prikaz tokovnic podzemne vode na območju vodnjakov A, B, C in D pri simulaciji umetnega bogatenja skozi nalivalni vodnjak z drenažo v avgustu 2003 Fig. 50: Groundwater path lines on the area of wells A, B, C and D at simulation of artificial recharge trough infiltration well with drainage in august 2003 3.4.2 Simulacija umetnega bogatenja z uporabo vodnjaka C kot nalivalnega vodnjaka Kot je bilo omenjeno že na začetku tega poglavja, vodnjak C ob sočasnem črpanju iz vodnjaka A ne zmore zagotavljati več kot 10 l/s vode, kar je v primerjavi z izdatnostmi ostalih vodnjakov malo in se posledično vodnjak C v praksi ne uporablja. Glede na ugotovitve, da črpanje iz vodnjaka A vpliva na gladino vode v vodnjaku C, bi bilo mogoče uporabiti vodnjak C kot infiltracijski vodnjak, v katerega bi nalivali vodo, zajemali pa bi jo z vodnjakom A. Tako sem v model vnesel vodnjak C kot nalivalni vodnjak, v katerega infiltriramo vodo. Poskušal sem z različno količino infiltrirane vode in ugotovil, da je maksimalna količina vode, ki jo lahko infiltriramo v vodnjak C (pri tem pa ne pride do poplavljanja okoliškega zemljišča), 30 l/s. mogoče načrpati količine črpanja naravne podzemne vode (22 l/s), povečane za količino infiltrirane vode (30 l/s), kar pomeni skupno 57 l/s. Pri poskusih, da bi zajel čim več infiltrirane vode, sem v modelu spreminjal količine črpanja iz vodnjaka A. Maksimalna količina načrpane vode iz vodnjaka A je bila 50 l/s, kar je 28 l/s več, kot je znašala povečana količina načrpane vode v avgustu 2003. Izračuni kažejo (preglednica 11), da se je skupna količina načrpane vode pri infiltraciji 30 l/s vode v vodnjak C poveča za 28 l/s, kar pomeni da je izkoristek bogatenja 93 %. Preglednica 11: Količine načrpane vode iz vodnjakov pri infiltraciji 30 l/s vode v vodnjak C in august 2003 Table 11: Pumping rates from the wells at infiltration rate 30 l/s through well C in august 2003 Vodnjak A B D E F G skupaj povečana količina črpanja [l/s] 22 16 10 65 30 60 203 črpanje ob umet. bogatenju z vodnjakom C [l/s] 50 16 10 65 30 60 231 Vodna bilanca simulacije infiltracije 30 l/s v vodnjak C je prikazana na sliki 51. Iz prereza na sliki 51 je razviden potek gladine podzemne vode od vodnjaka C proti vodnjaku A. Slika 52 prikazuje hidroizohipse območja vodnjakov A, B, C in D, v njej pa je prikazan tudi prerez vodonosnika skozi vodnjak C. Tokovnice infiltrirane vode na sliki 53 in 54 pa prikazujejo smer toka vode na območju med vodnjakoma C in A v razmerah meseca marca 2003 in v razmerah meseca avgusta 2003. Celotna izhodna datoteka simulacije umetnega bogatenja z vodnjakom C kot nalivalnim vodnjakom se nahaja na priloženi zgoščenki. Hidroizohipse po končani simulaciji za območje celotnega modela so prikazane v prilogi H. PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 31 OF STRESS PERIOD 8 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM IN STORAGE 1. 6099204E-01 CONSTANT HEAD 9.5694900E-02 WELLS 2.9999999E-02 RECHARGE 1.25 89030E-01 RIVER LEAKAGE 1.37 84230E-0 3 SUM 4.1395566E-01 OUT IN-OUT 1.1333949E-02 1.4965810E-01 1.0832068E-01 -1.2 625784E-02 2.3059997E-01 -2.0059997E-01 0.0000000E+00 1.2589030E-01 6.2 8167 69E-02 -6.1438344E-02 4.1307136E-01 8.8429451E-04 Slika 51: Vodna bilanca modela v primeru bogatenja podzemne vode z vodnjakom C v avgustu 2003 Fig. 51: Water budget of artificial recharge simulation through well C in august 2003 Slika 52: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov A, B in C ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C in prečni ter podolžni prerez skozi vodnjak C v avgustu 2003 Fig. 52: Groundwater level contours on the area of wells A, B, C at artificial recharge simulation through well C in august 2003 Slika 53: Prikaz tokovnic podzemne in infiltrirane vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C v marcu 2003 Fig. 53: Infiltration water and groundwater path lines on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in March 2003 Slika 54: Prikaz tokovnic infiltrirane vode na območju vodnjakov A, B in C ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C v avgustu 2003 Fig. 54: Infiltration water path lines on the area of wells A, B, C at artificial recharge simulation through well C in august 2003 3.4.3 Simulacija umetnega bogatenja z uporabo vodnjakov B in C kot nalivalnih vodnjakov V prejšnjem primeru bogatenja podzemne vode z uporabo vodnjaka C kot nalivalnega vodnjaka se je izkazalo, da precej infiltrirane vode odteče mimo črpalnih vodnjakov, zato sem izvedel še simulacijo za primer, ko bi kot nalivalni vodnjak uporabili še vodnjak B, ki mu poleg vodnjaka C najbolj upade izdatnost v primeru suše, hkrati pa se nahaja med vodnjakoma A in B, ki bi lahko zajela vodo, ki bi jo infiltrirali skozi vodnjak B. Tako sem v model poleg vodnjaka C vnesel še za vodnjak B nalivanje v količini 45 l/s vode. Simulacija je pokazala, da lahko v takšnem primeru načrpamo največ 260 l/s, kar je razvidno iz vodne bilance v sliki 55. Količina načrpane vode brez količine infiltrirane vode je znašala 185 l/s. Izkoristek umetnega bogatenja pa znaša v tem primeru 75 %. Slabši izkoristek je viden tudi na sliki 57, ki prikazuje tokovnice infiltrirane vode iz katerih je razvidno da del vode, ki je nalivamo v vodnjake odteče mimo črpalnih vodnjakov. V sliki 56 pa so prikazane gladine podzemne vode na območju vodnjakov. PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 31 OF STRESS PERIOD 8 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM STORAGE CONSTANT HEAD IN 1.6312431E-01 9 .2589758E-02 OUT 1.0649459E-02 1.184705 0E-01 IN-OUT 1.5247485E-01 -2.5880747E-02 WELLS 7 . 5000003E-02 2.6010001E-01 -1.8510000E-01 RECHARGE RIVER LEAKAGE SUM 1.2590228E-01 8 . 6036604E-04 4 . 5747671E-01 0 . 0000000E + 00 6. 6428564E-02 4.5564854E-01 1.2590228E-01 -6.5568201E-02 1. 828163 9E-03 Slika 55: Vodna bilanca modela v primeru bogatenja podzemne vode z vodnjakoma B in C v avgustu 2003 Fig. 55: Water budget of artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003 Slika 56: Prikaz gladin podzemne vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C ter prerez skozi vodnjak C v avgustu 2003 Fig. 56: Groundwater level contours on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003 i f{0) "7 V / ----- - - -' ~ Slika 57: Prikaz tokovnic infiltrirane vode na območju vodnjakov ob umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakoma B in C v avgustu 2003 Fig. 57: Infiltration water path lines on the area of wells at artificial recharge simulation through wells B and C in august 2003 3.5 Razširjeni model Iz rezultatov v prilogah E, F, G in H je razvidno, da prihaja pri črpanju večjih količin vode do pojava ko vzhodni rob modela, ki ima za robni pogoj nastavljene celice s fiksno gladino držijo te gladine previsoko, in zato prihaja do vdora vode skozi vzhodni rob nazaj v model. Vodna bilanca modela simulacije povečanih količin črpanja, ki je prikazana na sliki 57 kaže, skozi vzhodni rob modela odteka 91.44 l/s doteka pa 16,61 l/s, kar pomeni, da znaša dotok skozi vzhodni rob modela 16 % odtoka. V vodni bilanci na sliki 58 je zahodni rob modela označen kot »zone 3«, vzhodni rob pa koz »zone 4«. PMWBLF (SUBREGIONAL WATER BUDGET) RUN RECORD FLOWS ARE CONSIDERED "IN" IF THEY ARE ENTERING A SUBREGION THE UNIT OF THE FLOWS IS [LA3/T] TIME STEP 1 OF STRESS PERIOD 8 WATER BUDGET OF ZONES OVER THE ENTIRE MODEL ZONE: 3 STORAGE IN 1.2150516E-05 OUT IN-OUT 4.3441949E-04 -4.2226896E-04 CONSTANT HEAD 5.9093777E-02 4.4973131E-04 5.8644045E-02 HORIZ. EXCHANGE RECHARGE RIVER LEAKAGE SUM OF ZONE( 3) 4 . 2373512E-04 5.8899896E-04 1. 1599731E-04 6. 02 605 90E-02 5.9148017E-02 -5.8724280E-02 0.0000000E+00 5.8899896E-04 2.8352 621E-05 6.0239162E-02 8.7 644 687E-05 2.1427870E-05 ZONE: 4 STORAGE IN 7 . 0642540E-07 OUT IN-OUT 4.2721664E-04 -4.2 65102 0E-04 CONSTANT HEAD 1.4 616271E-02 9.144 4135E-02 -7.68278 61E-02 HORIZ. EXCHANGE 8.5655816E-02 8.5454341E-03 7.7110380E-02 RECHARGE 3.6400009E-04 0.0000000E+00 3.6400009E-04 RIVER LEAKAGE 0.0000000E+00 1.4043140E-04 -1.4043140E-04 SUM OF ZONE( 4) 1.00728 44E-01 1.0064401E-01 8.4437430E-05 WATER BUDGET OF THE WHOLE MODEL DOMAIN: FLOW TERM STORAGE IN 1.5251437E-01 OUT 1.254 6787E-03 IN-OUT 1. 5125969E-01 CONSTANT HEAD 7.3710032E-02 9.18938 67E-02 -1.8183835E-02 WELLS 0.0000000E+00 2.0359996E-01 RECHARGE 1.25 84 68 0E-01 0.0000000E+00 RIVER LEAKAGE 1.8865608E-03 5.7347640E-02 -2.0359996E-01 1. 25 84 68 0E-01 -5.54 61079E-02 SUM 3. 5395777E-01 3.5409614E-01 -1.3837218E-04 Slika 58: Vodna bilanca simulacije povečanih količin črpanja v avgustu 2003 Fig. 58: Water budget simulation at higher pumping rates in august 2003 V nadaljevanju sem z namenom odpraviti opisane težave in preveriti točnost rezultatov izdelal model s proti vzhodu razširjenim območjem modeliranja. 3.5.1 Opis razširjenega modela podzemne vode Območje modeliranja sem iz prvotnega modela razširil do sotočja rek Voglajne na vzhodu in Hudinje in na jugu do sotočja rek Savinje in Voglajne. Območje modeliranja je na situaciji prikazano v prilogi I. neaktivne celice □ aktivne celice ■ vodotok celice z fiksirano gladino, ki se spreminja s časom Slika 59: Območje razširjenega modela s prikazom robnih pogojev Fig. 59: Area of the extended model with boundary conditions Robni pogoji razširjenega modela na južnem robu predstavlja vzdolž celotnega modela reka Savinja, na vzhodnem robu pa reka Voglajna oz v nadaljevanju rob vodonosnika. Robni pogoj na zahodnem robu modela je ostal nespremenjen. Pri razširitvi modela sem zaradi pomanjkanja podatkov o geometriji in hidrogeoloških karakteristikah vodonosnika privzel, da se vodonosnik proti vzhodu nadaljuje enakomerno v smeri struge Savinje, pri čemer se hidrogeološke karakteristike vodonosnika ne spreminjajo. Velikost celice razširjenega modela znaša 50 x 50 m, model je sestavljen iz dveh slojev, spodnjega slabo prepustnega in zgornjega bolje prepustnega. Koeficienti hidravlične prepustnosti, efektivna poroznost in ostali parametri vodonosnika so ostali nespremenjeni. Območje razširjenega modela z prikazanimi robnimi pogoji je prikazano v sliki 59. Razširjeni model je izdelan kot dinamičen model območja vodonosnika spodnje Svinjske doline od Žalca do sotočja Savinje in Voglajne za razmere v letu 2003. 241.00 239.00 237.00 i!= T3 75) 235.00 ■S o j* 233.00 231.00 I □ 6720 □ 6120 □ 6140 □ 6630 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 mesec 1 Slika 60: Srednji mesečni vodostaji rek izmerjenih na vodomernih postajah na območju modela v letu 2003 (Ulaga, 2008) Fig. 60: Monthly average water levels of the rivers on the model area in year 2003 (Ulaga, 2008) V razširjeni model sem poleg podatkov iz prvotnega modela vnesel tudi podatke o geometriji strug reke Savinje od sotočja z Ložnico do sotočja z Voglajno, reke Voglajne od sotočja z Hudinjo do sotočja s Savinjo in reke Koprivnice od roba vodonosnika do sotočja z Ložnico. Podatke o geometriji navedenih strug sem povzel iz temeljnega topografskega načrta v merilu 1:1000. Za odsek Savinje od sotočja z Ložnico do sotočja z Voglajno sem uporabil podatke o vodostajih z vodomerne postaje št. 6140, za odsek Voglajne pa podatke o vodostajih izmerjenih na vodomerni postaji 6670 in pri tem privzel, da se vodostaj vzdolž odseka ne spreminja. Za odsek Koprivnice, ki je vnesena v razširjeni model, sem predpostavil, da se vodostaji v njej spreminjajo enako kot v reki Ložnici, katere vodostaji se beležijo na vodomerni postaji št 6630. Podatke z vodomernih postaj sem pridobil od Agencije RS za okolje in so prikazani v sliki 60. V razširjenem modelu sem spremenil tudi način vnosa padavin in sicer pri vnosu nisem upošteval, da se infiltrira 50 % količine padavin, temveč sem vnesel celotno količino padavin, pri čemer sem predpostavil, da na območju vodnjakov ni površinskega odtoka. Vpliv evapotrenspiracije sem v model vnesel za vsak mesec posebej z uporabo funkcije »evapotranspiration«. Podatke o mesečnih vrednostih potencialne evapotranspiracije v letu 2003 sem pridobili s spletnih strani Agencije RS za okolje in so prikazani v preglednici 12. Pri vnosu sem upošteval dejanske vrednosti evapotranspiracije in po priporočilih Penmana množil pvrednosti koeficientov potencialne evapotranspiracije z koeficientom 0,7. Za globino vpliva evapotranspiracije sem na območju celotnega modela privzeli vrednost 1,70 m, kot jo za travnate površine na meljastih peskih priporočajo Shah s sodelavci. Preglednica 12: Mesečne količine padavin ter vrednosti potencialne in efektivne evapotranspiracije v letu 2003 Table 12: Monthly values of rainfall, potential evapotranspiration end effective evapotranspiration Padavine [mm] Potencialna evapotranspiracija [mm] Dejanska evapotranspiracija [mm] 55 13 9 44 21 15 4 40 28 58 69 48 34 119 83 34 142 99 37 135 95 34 130 91 130 69 48 126 36 25 88 17 12 61 11 8 3.5.2 Umerjanje modela Razširjeni model je bilo potrebno po vnosu vseh podatkov umeriti. Umerjanje je potekalo ročno glede na podatke o srednjem mesečnem nivoju podzemne vode v letu 2003. S postopkom umerjanja so bili določeni koeficienti hidravlične prepustnosti strug rek, ki so bile dodane v model ter korigirane tudi vrednosti strug vodotokov, ki so bile vnesene v že prvotni model. Končen vrednosti so prikazane v sliki 61. V postopku umerjanja je bilo potrebno popraviti tudi nekatere koeficiente hidravlične prevodnosti v zgornjem sloji, končne vrednosti le teh so prikazane v sliki 62. Slika 61: Odseki rek z umerjeno hidravlično prevodnostjo strug Fig. 61: River reaches with calibrated hydraulic riverbed conductance Slika 62: Prikaz vrednosti umerjenih koeficientov hidravlične prepustnosti zgornjega sloja Fig. 62: Values of horizontal hydraulic conductance of the upper layer Rezultati modela v primerjavi z meritvami po končanem umerjanju za razmere v letu 2003 so prikazani v sliki 63 in 64. Razvidno je, da znaša varianca rezultatov 0,16. V sliki 65 so prikazane hidroizohipse podzemne vode v razmerah avgusta 2003 izračunane z razširjenim modelom ter hidroizohipse podzemne vode izračunane s prvotnim modelom v enakih razmerah. E C JE u ■c o > u C E u N ■c O Q. tO O j* 255 254 253 252 251 250 249 248 247 246 245 244 243 242 241 240 y-X- 67 mesec 10 11 12 Zalec V-5272 - izračunane Levec 1772 - izračunane Medlog 1941 - izračunane Arja vas 1500 - izmerjene Medlog 1730 - izmerjene Arja vas 1500 - izračunane -X— Medlog 1730 - izračunane -Zalec V-5272 - izmerjene -Levec 1772 - izmerjene -Medlog 1941 - izmerjene 1 2 3 4 5 8 9 Slika 63: Prikaz izračunanih in izmerjenih gladin podzemne vode v letu 2003 Fig. 63: Calculated and observed groundwater heads in year 2003 Comparison of Calculated and Observed Heads 240.5853 253.31 Observed Heads Variance = .1624405 Slika 64: Primerjava izračunanih in izmerjenih gladin podzemne vode v letu 2003 Fig. 64: Comparison of calculated and observed groundwater heads in year 2003 Slika 65: Hidroizohipse podzemne izračunane z razširjenim in s prvotnim modelom vode v avgustu 2003. Fig. 65: Groundwater contours calculated with extended and primary model in august 2003 3.5.3 Ponovitev simulacij črpanja in umetnega bogatenja z razširjenim modelom Z umerjenim modelom sem v nadaljevanju ponovno izvedel simulacije črpanja trenutnih količin črpanja ter povečanih količin črpanja podzemne vode iz vodnjakov ter simulacijo umetnega bogatenja z nalivalnim vodnjakom opremljenim z infiltracijsko drenažo. Pred vnosom podatkov o količinah črpanja iz posameznega vodnjaka sem velikost celic na območju vodnjakov z velikosti 50 x 50 m zmanjšal na 16,66 x 16,66 m. 3.5.3.1 Simulacija trenutnih količin črpanja V razširjeni model sem namesto količin črpanja iz leta 2003 vnesel trenutne maksimalne količine črpanja kot so prikazane v preglednici 7 v poglavju 3.3. ter izvedel simulacijo. V sliki 66 je prikazana volumetrična vodna bilanca za leto 2003. Vodna bilanca kaže, da je znašala maksimalna trenutna količina črpanja iz vseh vodnjakov 164 l/s, skupna količina načrpane vode v letu 2003 pa je znašala 5.385.856 m3. Pri simulaciji črpanja trenutnih količin z razširjenim modelom se je v razmerah iz leta 2003 vodnjak C posušil v mesecu februarju, v mesecu avgustu pa je pričelo primanjkovati vode tudi vodnjaku A.. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 12 CUMULATIVE VOLUMES L**3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 3737922 7500 STORAGE = 1 . 1929E-02 CONSTANT HEAD = 1323327 7500 CONSTANT HEAD = 3 .6770E-02 WELLS = 0 0000 WELLS = 0.0000 RIVER LEAKAGE = 83397 3984 RIVER LEAKAGE = 7 .4724E-04 ET = 0 0000 ET = 0.0000 RECHARGE = 17423262 0000 RECHARGE = 0.5709 TOTAL IN = 22567910 0000 TOTAL IN = 0.6203 OUT: OUT: STORAGE = 6053662 5000 STORAGE = 3 .7996E-02 CONSTANT HEAD = 2261954 2500 CONSTANT HEAD = 8 . 5514E-02 WELLS = 5385856 5000 WELLS = 0.1642 RIVER LEAKAGE = 7088824 0000 RIVER LEAKAGE = 0.3143 ET = 1768753 3800 ET = 1 . 8085E-02 RECHARGE = 0 0000 RECHARGE = 0.0000 TOTAL OUT = 22559052 0000 TOTAL OUT = 0.6201 IN - OUT = 8858 0000 IN - OUT = 2 . 2435E-04 Slika 66: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003 pri trenutnih količinah črpanja. Fig. 66: Volumetric water budget of the extended model for year 2003 at current pumping rates Izračunane gladine podzemne vode v mesecu avgustu leta 2003 so z hidroizohipsami prikazane v prilogi I. Poleg rezultatov razširjenega modela so za primerjavo prikazane tudi hidroizohipse gladin izračunanih s prvotnim modelom. 3.5.3.2 Simulacija _povečanih količin črpanja V nadaljevanju sem v razširjenem modelu povečal količine črpanja na vrednosti, kot so prikazane v preglednici 8 v poglavju 3.3.2. ter izvedel simulacijo. V sliki 67 je prikazana volumetrična vodna bilanca za leto 2003. Simulacija sočasnega črpanja povečanih količin iz vseh vodnjakov z razširjenim modelom je pokazala, da v mesecu avgustu 2003 upade izdatnost vodnjaka A in vodnjaka B. Vodna bilanca kaže, da je znašala maksimalna trenutna količina črpanja iz vseh vodnjakov 198 l/s, skupna količina načrpane vode v letu 2003 pa je znašala 6.300.937 m3. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 12 CUMULATIVE VOLUMES L**3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 4147025 0000 STORAGE = 1 .5420E-02 CONSTANT HEAD = 1324041 5000 CONSTANT HEAD = 3 .6838E-02 WELLS = 0 0000 WELLS = 0.0000 RIVER LEAKAGE = 88099 4219 RIVER LEAKAGE = 8 .9731E-04 ET = 0 0000 ET = 0.0000 RECHARGE = 17412506 0000 RECHARGE = 0.5703 TOTAL IN = 22971672 0000 TOTAL IN = 0.6235 OUT: OUT: STORAGE = 5879985 0000 STORAGE = 2 . 9928E-02 CONSTANT HEAD = 2245639 5000 CONSTANT HEAD = 8 .3540E-02 WELLS = 6300937 0000 WELLS = 0.1981 RIVER LEAKAGE = 6871730 0000 RIVER LEAKAGE = 0.2953 ET = 1669377 5000 ET = 1 .5780E-02 RECHARGE = 0 0000 RECHARGE = 0.0000 TOTAL OUT = 22967670 0000 TOTAL OUT = 0.6227 IN - OUT = 4002 0000 IN - OUT = 7 .9662E-04 Slika 67: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003 pri povečanih količinah črpanja Fig. 67: Volumetric water budget of the extended model for year 2003 at higher pumping rates Izračunane gladine podzemne vode pri povečanih količinah črpanja iz vodnjakov v mesecu avgustu leta 2003 so z hidroizohipsami prikazane v prilogi J. Poleg rezultatov razširjenega modela so za primerjavo prikazane tudi hidroizohipse gladin izračunanih s prvotnim modelom. 3.5.3.3 Simulacija umetnega bogatenja Pri simulaciji umetnega bogatenja z nalivalnim vodnjakom in infiltracijskima drenažama sem na enak način kot v prvotnem modelu vnesel količine infiltracije ter črpanja iz posameznih celic. Vrednosti črpanja in infiltracije so prikazane v preglednici 10. V sliki 68 je prikazana vodna bilanca za avgust 2003. Vodna bilanca kaže, da je znašala, ob infiltriranju 100 l/s vode, maksimalna trenutna količina črpanja iz vseh vodnjakov 284 l/s. Skupna količina načrpane vode v letu 2003 bi v primeru umetnega bogatenja znašala 8.955.909 m3, ob tem pa bi znašala letna količina infiltrirane vode 3.156.753 m3. VOLUMETRIC BUDGET FOR ENTIRE MODEL AT END OF TIME STEP 1 IN STRESS PERIOD 12 CUMULATIVE VOLUMES L**3 RATES FOR THIS TIME STEP L **3/T IN: IN: STORAGE = 3998603 2500 STORAGE = 1 . 4 669E-02 CONSTANT HEAD = 1323820 6300 CONSTANT HEAD = 3 . 6818E-02 WELLS = 3156753 5000 WELLS = 0.1001 RIVER LEAKAGE = 61460 1172 RIVER LEAKAGE = 8 . 4753E-04 ET = 0 0000 ET = 0.0000 RECHARGE = 17424304 0000 RECHARGE = 0.5709 TOTAL IN = 25964942 0000 TOTAL IN = 0.7234 OUT : OUT : STORAGE = 5921677 5000 STORAGE = 2 .9954E-02 CONSTANT HEAD = 2260061 2500 CONSTANT HEAD = 8 . 4561E-02 WELLS = 8955909 0000 WELLS = 0.2840 RIVER LEAKAGE = 7104543 0000 RIVER LEAKAGE = 0.3076 ET = 1724112 2500 ET = 1 .653 9E-02 RECHARGE = 0 0000 RECHARGE = 0.0000 TOTAL OUT = 25966304 0000 TOTAL OUT = 0.7226 IN - OUT = -1362 0000 IN - OUT = 7 .64 01E-04 Slika 68: Volumetrična vodna bilanca razširjenega modela za leto 2003. Fig. 68: Volumetric water budget of the extended model for year 2003 Izračunane gladine podzemne vode v mesecu avgustu leta 2003 so z hidroizohipsami prikazane v prilogi K. Poleg rezultatov razširjenega modela so za primerjavo prikazane tudi hidroizohipse gladin izračunanih s prvotnim modelom. 4 DISKUSIJA REZULTATOV 4.1 Umerjanje modela Umerjanje modela je bilo izvedeno na osnovi srednjih mesečnih gladin podzemne vode v petih piezometrih. Rezultati umerjanja s programom PMPEST kažejo, da je varianca izračunanih in izmerjenih gladin 0,22 (glej sliko 22). Primerjava prostorskega poteka izračunanih hidroizohips s karto gladin podzemne vode za razmere v avgustu 2000 v sliki 19 kaže precejšnje ujemanje. V sliki 23, v kateri je prikazana primerjava med izračunanimi ter izmerjenimi gladinami podzemne vode, pa je mogoče razbrati, da model v sušnih razmerah daje točnejše rezultate, kot v bolj vodnatih razmerah. Največji razkorak med izmerjenimi in izračunanimi gladinami podzemne vode se pojavi v piezometrih, ki so locirani na severnem območju modela v mesecih, ko je vodostaj Ložnice najvišji. Razlog za slabše rezultate modela v bolj vodnatih razmerah je po mojem mnenju v tem, da model nima dovolj realno upoštevanega vpliva manjših vodotokov, ki dotekajo s severnega roba modela. Iz rezultatov sklepam, da vodostaji v teh potokih nihajo podobno kot v reki Ložnici ,v katero se izlivajo in v vodnatih razmerah vplivajo na gladino podzemne vode na severnem območju modela. Zaradi pomanjkanja meritev in podatkov o vodostajih in geometriji strug teh vodotokov pri izgradnji modela ni bilo mogoče vnesti v model kot reke, temveč sem njihov vpliv upošteval z uporabo paketa »rechrge«. Glede na rezultate umerjanja ocenjujem, da je natančnost modela je dovolj dobra za izvedbo izračunov v sušnih razmerah, da se lahko preverijo hipoteze, postavljene v prvem poglavju. V prvem poglavju sta bili postavljeni naslednji hipotezi: • povečane količine črpanja iz posameznih vodnjakov ne bodo bistveno vplivale na naravni tok podzemne vode; • umetno bogatenje podzemne vode je ustrezna rešitev za povečanje izdatnosti vodnjakov v Medlogu ter za znižanje koncentracij nitratov in drugih onesnažil v načrpani vodi, saj iz Savinje obogatena čistejša voda odrine onesnaženo podzemno vodo. 4.2 Preveritev prve hipoteze Simulacija trenutno maksimalnih količin črpanja je pokazala, da vsi vodnjaki v sušnih razmerah, kot so se pojavile v letu 2003, ob kontinuiranem črpanju vode iz vseh vodnjakov hkrati, ne morejo vse leto zagotavljati te količine vode. Leto 2003 je bil sušno, saj je bila količina padavin, ki je zapadla v obdobju od januarja do avgusta, zelo nizka. V simulaciji trenutnih količin črpanja so sušne razmere vplivale predvsem na vodnjak C, ki je presahnil po 94 dneh črpanja, medtem ko so ostali vodnjaki celo leto 2003 uspeli zagotavljati trenutno maksimalne količine vode. V nadaljevanju je bila v enakih razmerah izvedena še simulacija povečanih količin črpanja iz posameznih vodnjakov. Količine črpanja so bile s trenutnih povečane na količine, ki bi jih podjetje Vodovod - kanalizacija, d.o.o. želelo črpati v prihodnje. Izračun je pokazal, da je mogoče črpanje povečati količine črpanja le iz vodnjakov E, F in G, saj so količine črpanja iz vodnjakov na območju stare vodarne že maksimalne. V primeru večjega črpanja iz katerega izmed vodnjakov se v sušnih razmerah najprej se zniža izdatnost vodnjaka B, nato pa prične vode primanjkovati še vodnjaku A. Kot zadnjemu pa prične na območju stare vodarne primanjkovati vode vodnjaku D. Ta pojav lahko razložimo s tem, da je vodonosnik na območju vodnjakov A, B in C najplitvejši in njegova debelina počasi raste v smeri J-S, Zaloge podzemne vode so tako tukaj najmanjše, poleg tega pa na nivoje podzemne vode vpliva tudi Savinja, ki gorvodno od navedenih vodnjakov drenira vodonosnik. Rezultati iz simulacije trenutnih in povečanih količin črpanja podzemne vode kažejo, da prve hipoteze ni mogoče popolnoma potrditi. Količine črpanja ni mogoče povečati v vseh vodnjakih. Vsak posamezni vodnjak lahko sam zase zagotavlja precej višje količine vode, kot pa so te v primeru, sočasno delujejo vsi vodnjaki. Na izdatnost vodnjakov vpliva tudi dolžina zveznega črpanja iz njih. V primeru kontinuiranega črpanja iz vseh vodnjakov hkrati znaša trenutna maksimalna količina vode, ki mogoče načrpati v sušnih razmerah 203 l/s, skupna letna količina pa znaša 6.650.000 m3 vode. Maksimalne količine črpanja za posamezne vodnjake, določene z modelom, so prikazane v zadnji vrstici preglednice 13. Preglednica 13: Trenutne, dovoljene, želene ter z modelom določenih maksimalnih količin črpanja iz vodnjakov v Medlogu Table 13: Present, allowed, desired and maximum calculated pumping rates from wells in Medlog Vodnjak A B C D E F G skupaj maksimalna količina črpanja dovoljena z vodnim dovoljenjem [l/s] 35 32 10 10 60 15 50 212 maksimalna trenutna količina črpanja [l/s] 35 32 10 10 42 15 50 194 željena povečana količina črpanja [l/s] 45 45 0 15 65 30 60 260 maksimalna količina črpanja določena z modelom ob razmerah od januarja do maja 35 32 0 10 65 30 60 232 2003 [l/s] maksimalna količina črpanja določena z modelom ob razmerah avgusta 2003 [l/s] 22 16 0 10 65 30 60 203 Rezultati modela kažejo, da imajo vodnjaki A, B, C in D, ki ležijo južno od ceste Celje-Ljubljana, velik medsebojni vpliv. Ta vpliv na območju vodnjakov E, F in G ni viden, vodnjaki pa brez težav omogočajo črpanje želenih povečanih količin vode. Razlog za to vidim v večji debelini vodonosnika na območju vodnjakov E, F in G v primerjavi z debelino vodonosnika na območju vodnjakov A, B, C in D. Poleg tega so izračuni modela pokazali, da drenaže zelo močno vplivajo na količino vode, ki jo je mogoče zajeti iz vodnjaka. Prepustnosti vodonosnika v zgornjem sloju, kjer se nahajajo vodnjaki, so relativno visoke, saj znašajo med 1,7*10-2 do 5*10-3, tako večje črpanje iz enega izmed vodnjakov v sušnih razmerah vpliva na izdatnost bližnjih vodnjakov. V primeru, ko je potrebno v sušnih razmerah načrpati maksimalne količine vode, se kažeta možnosti dveh režimov črpanja podzemne vode in sicer • Črpanje poteka iz vseh vodnjakov hkrati, vendar pri tem črpalke v vodnjakih na območju stare vodarne ne delujejo s polno močjo, • Črpanje poteka z manjšim številom vodnjakov, na območju stare vodarne delujeta le vodnjaka A in D, ki črpata z maksimalno močjo, ostali vodnjaki pa ne obratujejo. Preglednica 14 prikazuje gladine v vodnjakih in piezometrih Levec 1772 in Medlog 1730 ob različnih količinah črpanja. Padec gladin zaradi povečanja črpanja v piezometrih znaša med 20 in 90 cm glede na lokacijo piezometra, medtem ko je padec gladin v vodnjakih večji in znaša od približno 50 do 160 cm. Primerjava hidroizohips različnih količin črpanja na sliki 39 pokaže, da povečanje količin črpanja vpliva na znižanje gladin na širšem območju vodnjakov. Preglednica 14: Gladine v vodnjakih in piezometrih Levec 1772 in Medlog 1730 ob simulaciji različnih količin črpanja Table 14: Groundwater levels in wells and boreholes at simulating different pumping rates Vodnjak, piezometer Kota gladine podzemne vode Znižanje gladin glede na razmere brez črpanja brez črpanja trenutna količina črpanja povečana količina črpanja trenutna količina črpanja povečana količina črpanja Arja vas 1500 247.12 247.13 246.92 -0.01 0.20 Levec 1772 242.48 241.93 241.35 0.55 1.13 Medlog 1730 240.51 239.99 239.83 0.52 0.68 Medlog 1941 241.95 241.13 240.23 0.82 1.72 B 239.79 237.50 237.04 2.29 2.75 D 239.86 238.18 237.47 1.67 2.39 E 241.17 239.42 237.74 1.75 3.44 F 241.25 239.84 238.24 1.42 3.02 G 240.93 238.86 237.07 2.07 3.86 Povečanje količin načrpane vode iz vodnjakov A, B, C in D ni smiselno, saj se ob povečanju črpanja iz enega vodnjak zmanjša izdatnost ostalih. Črpanje večjih količin vode na območju teh vodnjakov bi omogočilo umetno bogatenje vodonosnika, saj bi to vneslo v vodonosnik dodatne količine razpoložljive vode. Povečati je tako smiselno črpanje iz vodnjakov E, F in G. Glede na karakteristike A, E in G, pa je smiselna tudi izdelava drenaže za vodnjak F, ki bi mu še precej povečala izdatnost. Pri modeliranju se je namreč izkazalo, da so drenaže pri črpanju večjih količin vode - iz vodnjakov, ki jih že imajo - bistvenega pomena. 4.3 Preveritev druge hipoteze Primera umetnega bogatenja, ki sta bila simulirana in opisana v poglavju 3.4, prikazujeta, kako infiltracija vode vpliva na količine načrpane vode. Uporaba umetnega bogatenja je smiselna na območju vodnjakov A, B, C in D iz več razlogov. Prvi razlog je ta, da so količine naravne podzemne vode, ki jo je mogoče zajeti s temi vodnjaki, omejene; drugi pa v tem, da je relativno blizu reka Savinja, ki predstavlja potencialen vir vode za bogatenje. Umetno bogatenje bi omogočalo aktivno zaščito vodnjakov pred onesnaženjem, ki bi se v podzemno vodo infiltriralo gorvodno od vodnjakov, hkrati pa bi se s tem zmanjšale koncentracije nitratov, saj bi se podzemna voda redčila z infiltrirano vodo. Kot je bilo navedeno v prvem poglavju so najvišje koncentracije nitratov izmerjene ravno v vodnjaku A. Umetno bogatenje s količino 100 l/s infiltrirane vode skozi nalivalni vodnjak in drenaže bi omogočilo povečanje črpanja iz vodnjakov A, B, C in D za 96 l/s (preglednica 10). Izkoristek umetnega bogatenja v tem primeru zanaša 96 %. Predvideno drenažo nalivalnega vodnjaka bi bilo glede na tokovnice v sliki 49 smiselno podaljšati še nekoliko v smeri vodnjaka C tako, da bi se infiltrirana voda enakomerneje razporedila gorvodno nad vodnjakom C in bi tako lahko zajel tisto količino vode, ki je sicer odtekla mimo. Drugi primer kaže, da je vodnjak C možno uporabiti kot nalivalni vodnjak, izkoristek takšnega postopka pa je še vedno precej ugoden. Ob infiltraciji 30 l/s bi bilo mogoče v sušnih razmerah načrpati iz vodnjaka A dodatnih 28 l/s, kar pomeni, da je izkoristek takšnega postopka umetnega bogatenja 93 %. V ugodnejših hidroloških razmerah je tok naravne podzemne vode močnejši pa vodnjak A zajame manj infiltrirane vode saj jo naravna podzemna voda odrine dolvodno, kot je to razvidno 52 in 53. Iz primerjave prve in druge variante umetnega bogatenja vidimo, da je umetno bogatenje postopek, ki ga je mogoče uporabiti za povečanje izdatnosti, zmanjševanje koncentracij nitratov v načrpani vodi in aktivno zaščito vodnjakov v Medlogu, vendar je pri načrtovanju tega postopka ključnega pomena lokacija infiltracije vode za bogatenje. Druga varianta umetnega bogatenja, to je uporaba vodnjaka C, se je izkazala za manj uspešno, saj ob vodnatih razmerah naravna podzemna voda odrine infiltrirano vodo stran od črpalnega vodnjaka A, s tem pa ni zagotovljena aktivna zaščita vodnjaka. Na obravnavanem območju je mogoče uporabiti obe varianti umetnega bogatenja, vendar prva zaradi bolj optimalne pozicije infiltracije omogoča uporabo umetnega bogatenja tudi v bolj vodnatih razmera in aktivno zaščito črpalni vodnjakov pred onesnaženjem, ki bi se pojavilo gorvodno. 4.4 Preverjanje rezultatov prvotnega modela z razširjenim modelom Razširjeni model je bil izdelan predvsem z namenom preveriti kolikšen je vpliv vzhodnega robnega pogoja v prvotnem modelu, ki je bil določen s celicami s fiksno gladino na rezultate simulacij različnih količin črpanja v sušnih razmerah, kot so se pojavile v letu 2003. Iz rezultatov prvotnega modela (glej priloge E, F, G in H) je namreč razvidno, da vzhodni robni model drži gladine podzemne vode na enaki koti, ne glede na količino črpanja. V model tako pri črpanju večjih količin vode prične skozi vzhodni rob dotekati voda, ki lahko vpliva, da so izračunane gladine podzemen vode in izdatnosti vodnjakov višje, kot bi bile v realnosti, kjer tega dotoka vode z vzhoda ni prisotnega. Ob izračunu vodne bilance ob tem robu se je izkazalo, da ob povečanem maksimalnem črpanju vode iz vseh vodnjakov, 16% vode ki odteče skozi vzhodni rob, skozi ta rob tudi doteka v model. V nadaljevanju je bil tako za obdobje leta 2003 izdelan dinamični model, ki ima proti vzhodu in jugu razširjeno območje modeliranja. Z razširitvijo modela se robni pogoj na vzhodu odmaknil od območja vodnjakov vodarne Medlog, hkrati pa predstavlja vzhodni robni v razširjenem modelu reka Voglajna, kar posnema razmere v naravi. Poleg razširitve območja modela je pri razširjenem modelu pri vnosu padavin bolj realno vnesen vpliv evapotranspiracije. Prvotni model je predvideval da se infiltrira 50% padavin, pri razširjenem modelu pa so v medel vnesene mesečne vrednosti evapotranspiracija na območju Celja v letu 2003. Z navedenimi korekcijami modela je bila pri umerjanju modela doseženo boljše ujemanje izračunanih gladin podzemne vode v letu 2003 z izmerjenimi, varianca rezultatov se je iz 0,22 zmanjšala na 0,16. Primerjava rezultatov prvotnega modela in razširjenega modela, ki je prikazana v preglednici 15 ter v prilogah I, J in K. Preglednica 15: Primerjava rezultatov prvotnega modela in razširjenega modela Table 15: Comparison of results between primary and extended groundwater model Količine črpanja Prvotni model Razširjeni model Razlika Trenutne količine črpanja 184 l/s 164 l/s -10,8 % Povečane količine črpanja 203 l/s 198 l/s -2,5 % Umetno bogatenje z nalivalnim vodnjakom 298 l/s 284 l/s -4,7 % Primerjava rezultatov pokaže, da se največje razlike pojavijo pri simulaciji trenutnih količin črpanja. Pri simulaciji trenutnih količin črpanja z razširjenim modelom pride na območju vodnjakov A, B, C in D, do večjega padca gladin kot pri osnovnem modelu in zato izdatnosti teh vodnjakov prej upadejo. Nižje izdatnosti vodnjakov pri simulaciji črpanja z razširjenim modelom so posledica spremenjenega robnega pogoja na vzhodnem robu, ki ne omogoča dotokov vode z vzhoda in pa upoštevanje vpliva evapotranspiracije, ki v sušnem obdobju pomembno vpliva na vodno bilanco vodonosnika. Vpliv evapotranspiracije je še posebej močan na območju stare vodarne, kjer ja vodonosnik precej plitvejši, kot pa na območju novejših vodnjakov. 4.5 Priporočila za nadaljnji razvoj modela podzemne vode na območju Spodnje Savinjske doline V nadaljevanju raziskovanja in modeliranja podzemen vode na obravnavanem območju bi bilo potrebno pridobiti dodatne meritve gladin podzemne vode in več podatkov o potokih, ki pritekajo iz hribovja severno od obravnavanega območja. S temi podatki bi bilo mogoče natančneje v določiti vpliv potokov na severnem delu območja na podzemno vodo in le te pravilneje vključiti v model. Za natančnejše umerjanje bi bilo potrebno izvesti tudi meritve gladin podzemne vode v dodatnih piezometrih, ki bi bili enakomerno razporejeni preko celotnega območja. Za večjo zanesljivost modela ter boljše umerjanje bi bilo potrebno z meritvami pretokov vodotokov na več odsekih ovrednotiti dejanski vpliv vodotokov na podzemno vodo ter pridobiti dejanske podatke o koeficientih hidravlične prevodnosti vodonosnika. V razpoložljivi literaturi so na voljo le koeficienti o hidravlični prepustnosti vodonosnika na območju vodnjakov za črpanje pitne vode v Medlogu. Na preostalih delih območja modela pa so ti koeficienti ocenjeni in ročno umerjeni glede na meritve gladin podzemne vode. Za natančnejše podatke o koeficientih hidravlične prepustnosti vodonosnika bi bilo potrebno izvesti črpalne preizkuse. Možnosti za izboljšanje modela v prihodnjih raziskavah bi torej bile predvsem: • umerjanje na osnovi meritev gladin podzemne vode v več kot petih točkah, • z meritvami preveriti vpliv vodotokov na posameznih odsekih na vodonosnik, • uporaba koeficientov prepustnosti vodonosnika pridobljenih s črpalnimi preizkusi, • pri modeliranju je potrebno upoštevati vrednosti evapotrenspiracije, saj ta v sušnem obdobju pomembno vpliva na vodno bilanco. V prihodnjih raziskavah in nadgradnjah modela bi bilo smiselno uporabiti transportni modul programskega paketa PEST za modeliranje koncentracij nitratov v podzemni vodi. Rezultati takšne simulacije bi pokazali, kakšen bi bil učinek umetnega bogatenja na predvideno znižanje koncentracij nitratov v načrpani vodi iz vodnjakov. 5 ZAKLJUČEK Za izdelavo matematičnega modela za potrebe magistrskega dela so bili uporabljeni podatki iz razpoložljive literature, podatki iz arhiva javnega podjetja Vodovod - kanalizacija, d.o.o. ter podatki Agencije RS za okolje. Umerjanje modela je bilo izvedeno glede na srednje mesečne gladine podzemne vode. Po končanem umerjanju je zanašala varianca izračunanih in izmerjenih gladin 0,22. Za natančnejše umerjanje bi bilo potrebno pridobiti dodatne meritve gladin podzemne vode ter narediti nekatere popravke modela. Z umerjenim dinamičnim modelom so bile izvedene simulacije črpanja različnih količin podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu v sušnih razmerah (leto 2003) ter ob sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov. Poleg prvotnega modela je bil izdelan tudi razširjeni model, s katerim so bile ponovljene simulacije različnih količin črpanja ter preverjen vpliv vzhodnega robnega pogoja modela na rezultate. Primerjava rezultatov prvotnega in razširjenega modela je pokazala, da so maksimalne količine načrpane vode iz vodnjakov na območju Medloga v sušnih razmerah, izračunane z razširjenim modelom, 10 % nižje od maksimalnih količin črpanja izračunanih z prvotnim modelom. Na osnovi rezultatov izračunov je bilo ugotovljeno, da se lahko povečajo količine črpanja iz vodnjakov E, F ter G in sicer na količine, ki so prikazane v preglednici 16. Povečanje količin črpanja iz vodnjakov A, B, C in D ni smiselno, saj se v sušnih razmerah pojavijo težave že z zagotavljanjem trenutnih količin črpanja. Skupna letna količina podzemne vode, ki jo je v sušnih razmerah mogoče odvzeti iz vodonosnika pa znaša 6.300.000 m3. Pri tem so upoštevani rezultati razširjenega modela, ki daje nižje rezultate. Preglednica 16: Maksimalne količine črpanja vode iz vodnjakov in maksimalne količine letno zajete vode Table 16: Maximal pumping rates and exploitation quantities from the wells per year Vodnjak A B D E F G Skupaj maksimalna količina črpanja [l/s] 35 32 10 65 30 60 234 Rezultati modela so pokazali, da drenaže, ki so izdelane v nekaterih vodnjakov, pomembno povečajo izdatnost vodnjaka. V nadaljevanju sta bili izvedeni še simulaciji dveh variant uporabe umetnega bogatenja na območju vodnjakov v Medlogu. Prva varianta predvideva izgradnjo nalivalnega vodnjaka z drenažami 100 m gorvodno od vodnjakov A, B, C in D, v katerega bi se infiltrirala voda iz Savinje v količini 100 l/s. Vodo bi bilo potrebno pred infiltracijo ustrezno pripraviti. Infiltrirana voda bi se nato črpala za vodnjaki A, B, C in D. Simulacija je pokazala, da bi lahko poleg količine naravne podzemne vode zajeli približno 96 % infiltrirane vode. Maksimalna količina načrpane vode bi tako znašala 332 l/s vode. Rezultati kažejo, da takšen postopek umetnega bogatenja primeren za uporabo na področju vodnjakov v Medlogu in bi omogočil povečanje izdatnosti vodnjakov ter znižanje koncentracij nitratov v načrpani vodi. V drugi varianti umetnega bogatenja je bila opravljena simulacija infiltracije 30 l/s vode v vodonosnik skozi vodnjak C. Infiltrirana voda se je črpala z vodnjakom A. Rezultati simulacije so pokazali, da bi s takšnim postopkom v sušnih razmerah lahko zajeli 93 % infiltrirane vode. Matematični model, bi bilo pri morebitnem nadaljnjem razvoju priporočljivo nadgraditi z nekaterimi spremembami in sicer: • umerjanje na osnovi meritev gladin podzemne vode v več kot petih točkah, • umerjanje koeficientov prepustnosti strug vodotokov na osnovi dodatnih meritev, • umerjanje z uporabo podatkov o dnevni gladini podzemne vode, dnevni količini padavin ter dnevnem vodostaju vodotokov, • uporaba transportnega modela za simulacijo koncentracij nitratov v podzemni vodi in učinka umetnega bogatenja na znižanje koncentracij v načrpani vodi. Za prihodnje raziskave in modeliranje podzemne vode na obravnavanem območju, bi bile koristne predvsem meritve koeficientov hidravličnih prevodnosti na območju zahodno in vzhodno od vodnjakov, kjer ti niso znani, meritve gladin podzemne vode v dodatnih piezometrih in meritve vpliva posameznih odsekov vodotokov na vodonosnik. Z navedenimi meritvami bi pridobili dodatne oz. manjkajoče podatke za natančnejše umerjanje in posledično točnejše rezultate izračunov. 6 POVZETEK V magistrskem delu je obravnavano matematično modeliranje podzemne vode na območju vodonosnika Spodnje Savinjske doline med naseljema Žalec in Celje. V okviru magistrskega dela je bil izdelan tridimenzionalni napovedovalni model podzemne vode na obravnavanem območju. Model je bil izdelan s programskim paketom Procesing Modflow for Windows (PMWIN). Za izdelavo modela so bili uporabljeni podatki iz razpoložljive literature, podatki iz arhiva javnega podjetja Vodovod - kanalizacija, d.o.o. ter podatki Agencije RS za okolje. Model je bil umerjen glede na srednje mesečne gladine podzemne vode. Po končanem umerjanju je zanašala varianca izračunanih in izmerjenih gladin 0,22. Z umerjenim modelom so bile v nadaljevanju izvedene dinamične simulacije črpanja različnih količin podzemne vode iz vodnjakov v Medlogu v sušnih razmerah ter ob sočasnem črpanju iz vseh vodnjakov. Najprej je bila izvedena simulacija črpanja maksimalnih količin, ki jih trenutno lahko načrpa upravljavec vodnjakov: javno podjetje Vodovod - kanalizacija, d.o.o. Zaradi večje varnosti oskrbe vodovodnega sistema Celje s pitno vodo, želi upravljavec povečati dovoljeno količino načrpane vode iz vodnjakov. Povečanje črpanja je bilo simulirano z modelom. Rezultati kažejo, da je količine črpanja podzemne vode iz vodnjakov mogoče povečati. V nadaljevanju sta bili izvedeni še simulaciji dveh variant uporabe umetnega bogatenja na območju vodnjakov v Medlogu. Prva varianta predvideva izgradnjo nalivalnega vodnjaka z drenažami 100 m gorvodno od vodnjakov A, B, C in D, v katerega bi se infiltrirala voda iz Savinje v količini 100 l/s. Vodo bi bilo potrebno pred infiltracijo ustrezno pripraviti. Infiltrirana voda bi se nato črpala za vodnjaki A, B, C in D. Simulacija je pokazala, da bi bil izkoristek takšnega postopka 96 %. Druga varianta umetnega bogatenja predvideva infiltracijo 30 l/s vode v vodonosnik skozi vodnjak C, črpanje infiltrirane vode pa z vodnjakom A. Rezultati simulacije so pokazali, da bi s takšnim postopkom lahko v sušnih razmerah zajeli 93 % infiltrirane vode. 7 SUMMARY The master thesis deals with groundwater modelling in the area of aquifer in Spodnja Savinjska dolina between Žalec and Celje. As a part of the thesis the three-dimensional predictive groundwater model of that area was developed. It was developed with the programme package Processing Modflow for Windows (PMWIN). For the development the data from the available literature and the archives of the public company Vodovod-kanalizacija d.o.o. and Agencija RS za okolje were used. The model was calibrated by the average monthly measurements of the groundwater levels. After the calibration the variance of calculated and measured levels was 0.22. With the calibrated model later the transient simulations of the extraction of various quantities of groundwater simultaneously from all the Medlog wells in dry conditions were carried out. At first the simulation of the groundwater extraction of maximum quantities possible for the operator of the wells (the public company Vodovod-kanalizacija) to be extracted was carried out. Due to greater safety of the Celje drinking water supply the operator wants to increase the permitted quantity of the water extracted from the wells. Increasing of the extraction was simulated by the model. The results show that it is possible to increase the quantity of groundwater extraction from the wells. Further on the simulations of two possible variants of usage of the artificial recharge of groundwater bodies in the area of the Medlog wells were carried out. The first variant envisages construction of infiltration well with a drainage 100 metres upstream from the wells A, B, C and D where water from the Savinja river in quantity of 100 l/s would be infiltrated. Before the infiltration water should be prepared appropriately. The infiltrated water would then be extracted after the wells A, B, C and D. The simulation has shown that the efficiency of that process would be 96 percent. The second variant of the artificial recharge envisages the infiltration of 30 l/s of water to the aquifer through the well C and the extraction of the infiltrated water with the well A. The results of the simulation have shown that with such process 93 percent of infiltrated water could be captured in droughty conditions. VIRI IN LITERATURA: Agencija RS za okolje, 2008. WFS ARSO, http://gis.arso.gov.si/wfs?STORE=ARSOGIS, (18. 3. 2008). Agencija RS za okolje, 2009. Agrometeorologija - Mesečna poročila, http://www.arso.gov.si/vreme/poro%c4%8dila%20in%20publikacije/agro mesecna.html (22.8.2009) Bear, J., 2007. Hydraulics of groundwater. Mineola, Dover Publications, : 569 str. Brilly, M., Šraj, M., 2005. Osnove hidrologije, UL FGG, 309 str. Brenčič, M., 1998. Strokovne podlage za zaščito virov pitne vode vzdolž priključka Celje zahod. Ljubljana, Geološki zavod Slovenije: 72 str. Brenčič, M., Janža, M., 2002. Vpliv izgradnje bencinskega servisa na zahodni celjski obvoznici na podzemno vodo vodonosnika vodarne Medlog Levec. Ljubljana, Geološki zavod Slovenije: 7 str. Chiang, W. - H. in Kienzelbach, W., 1991-2001: Procesing Modflow for Windows, Version 5.3.0, CD-ROM, (programska oprema in navodila za uporabo). Chiang, W. - H. in Kienzelbach, W., 2003. 3D-groundwater modeling with PMWIN : a simulation system for modeling groundwater flow and pollution, Berlin, Springer, Third corrected printing: 346 str. Drobne, F., 1977. Varstveno območje črpališč pitne vode v Medlogu pri Celju. Ljubljana: Geološki zavod Ljubljana, 14 str. Drobne, F., Mencej, Z., 1984. Mnenje o hidrogeoloških razmerah na širšem področju črpalnih vodnjakov A, B, C in D vodarne Medlog v Celju v obdobju od aprila do decembra 1983. Ljubljana, Geološki zavod Ljubljana: 14 str. Gaberšček, J., 1988. 80 letnica celjskega vodovoda. Celje, Komunala: 16 str. Jesenovec, B., 2008. Podatki o kakovosti reke Savinje v Medlogu, (2.10.2008, elektronska pošta), Ljubljana, Agencija RS za okolje. Ježek, R., 1977. Študija ureditve Savinje: Študija stabilnosti korita reke Savinje v km 24,58038,079. Brno, HDP Brno, Polytechna-Hydroprojekt: Koler - Povh, T., 2004. Navodila za oblikovanje zaključnih izdelkov študijev na FGG in navajanje virov. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 43 str. Mencej, Z., Drobne, F., 1971. Hidrogeološki parametri kvartarnega zasipa na območju vodnjaka E/71 pri Levcu. Ljubljana: Geološki zavod Ljubljana, 23 str. Mencej, Z., Marinko, M., 1980. Poročilo o izdelavi vodnjaka H/80 s predlogom zaščitnih pasov. Ljubljana, Geološki zavod Ljubljana, 19 str. Mencej, Z., Marinko, M., 1980. Predlog varstvenih pasov za zaščito podtalne vode v vodnjaku H/80 v Medlogu. Ljubljana, Geološki zavod Ljubljana: 19 str. Nartnik, M., 2004. Modeliranje podzemne vode Ljubljanskega polja. Diplomsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 121 str. Nartnik, M., 2004. Modeliranje toka podzemne vode s programom Modflow. Seminarska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 329 str. Pravilnik o pitni vodi. Ur. l. RS, št. 19/2004: 2155-2166. Rismal, M., 1986. Študija umetnega bogatenja podzemne vode za povečanje zmogljivosti črpališč vodovoda Celja v Medlogu. Ljubljana, Inštitut za zdravstveno hidrotehniko: 56 str. Rus, A., 1985. Umetno bogatenje podzemne vode za vodovod Celje. Diplomsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo. Shah, N., et al., 2007. Extinction depth and Evapotranspiration from Groundwater under selected Land Covers, National Ground Water Association, http://info.ngwa.org/gwol/pdf/070882078.pdf (22.8.2009) Todd, D. K. in Mays, L. W., 2005. Groundwater hydrology. Hoboken, J. Wiley & Sons, tretja izdaja: 636 str. Uhan, J., 2008, Podatki o gladinah podzemne vode, (14. 2. 2008, elektronska pošta), Ljubljana, Agencija RS za okolje. Uhan, J., 2008. Podatki o gladinah podzemne vode, (14. 2. 2008, elektronska pošta), Ljubljana, Agencija RS za okolje. Uhan, J., 2008. Podatki o količini padavin, (2. 10. 2008, elektronska pošta), Ljubljana, Agencija RS za okolje. Ulaga, F., 2008. Podatki o pretokih in vodostajih rek, (22.9.2008, elektronska pošta), Ljubljana, Agencija RS za okolje. Vodovod - kanalizacija, 2006. Poročilo za leto 2006. Celje, Vodovod - kanalizacija. Vodovod - kanalizacija, 2008. http://www.vo-ka-celje.si/podjetje/dejavnost/vodovod.htm (31. 4. 2008). Vodovod - kanalizacija, 2008. Digitalni kataster podjetja. Volfand, J. (ur.), 1998. 90 let celjskega vodovoda. Celje, Mestna občina Celje, Vodovod -kanalizacija: 31 str. PRILOGE 1. Priloga A: Prikaz območja modela in merilnih mest uporabljenih pri izdelavi modela 2. Priloga B: Izohipse neprepustne podlage in meje med slojema vodonosnika 3. Priloga C: Hidrogeološka karta s prikazom območja modela 4. Priloga D: Karta gladin izdelana za obdobje avgusta 2000 s prikazom območja modela 5. Priloga E: Hidroizohipse podzemne vode pri različnih količinah črpanja 6. Priloga F: Prikaz lokacije nalivalnega vodnjaka in drenaž za umetno bogatenje 7. Priloga G: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z nalivalnim vodnjakom z drenažami 8. Priloga H: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C 9. Priloga I: Hidroizohipse podzemne vode pri črpanju trenutnih maksimalnih količin izračunane s prvotnim in razširjenim modelom 10. Priloga J: Hidroizohipse podzemne vode pri črpanju povečanih maksimalnih količin izračunane s prvotnim in razširjenim modelom 11. Priloga K: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z nalivalnim vodnjakom z drenažami izračunane s prvotnim in razširjenim modelom MEDLOG Medlo! ■MEDIÄG 1730 Meja vodonosnika /\J Območje modela @ Vodnjak Priloga A: Prikaz območja modela in merilnih mest uporabljenih pri izdelavi modela Vodomerna postaja a 1 r j r /\/ Os vodotoka Merilo 1:20.000 ▲ Piezometer Meteorološka postaja postaja. Wjl^zf5 //Ložmcal« T8&T Lopäta S tren ča nov hrib Ložnica -pri Žalcu ■ Korošec0 ^^^Vrecarjev hrib Goto vije iOSTROZNO. ^Medlo^ i, toplarna^. 248.8 247.0 ^ \ «J»' ZALEG- &244.1 V LOZNICA Strays Iv. Wadberiegif ^--^"iraüei-iala. , Blatnik LuknerJ 'Lemez Kuren 11 Beb er nice Sp. Lisce1 M i ros an1' Podčradisče, Teržaii ,Zig. Konec Lisce meja vodonosnika /\y višina meje med slojema vodonosnika /\y višina neprepustne podlage /\J območje modela @ vodnjak /\y Os vodotoka Priloga B: Izohipse neprepustne podlage in meje med slojema vodonosnika Merilo 1 : 20.000 meja vodonosnika /\/ os vodotoka /\/območje modela Hdrogeološka karta Kjer obsežen vodonosnik lezi takoj pod tankim pokrovom Lokalni ali nezvezni izdatni vodonosniki ali obširni vendar nizko do srednje izdatni vodonosniki Manjši vodonosniki z lokalnimi in omejenimi viri podzemne vode Obširni in srednje do visoko izdatni vodonosniki Obširni in visoko do srednje izdatni vodonosniki Plasti dejansko brez virov podzemne vode Priloga C: Hidrogeološka karta s prikazom območja modela Merilo 1 : 20.000 UQvce Mirnikova Gorica Očnfak 288 ' cestninska--postaja 'Zg.| I ■ožnica/i iff^^L Strenčamov hrib f \ 294 Korošec. \ itjjnica. Ložnica--pri Žalcu l^^stfrečarjev hrib Goto vije iOSTROZNO. ^Medlog toplcirriaa iDSTROZ Protfnice ALEC -•{257.4) 247.0 247.0 (silosi Drešinja vas Ä -'t Dobrisa vas jfO Petrov^W_ ^JJ. (248.9) 241 LOŽNICA .r-asovoev 'vinska t v. žradbeiiega-„—-materiala , MEDLOG Blatnik Lukneiv .Holob. Kurenti Beber LISCE. gojnice Sp. Lisce'1 Mirösan1' Zg. Lisce Pri Štefki rmeja vodonosnika prj|oga ^ g|adjn jzde|ana ^ ^^ ^^ ^ g prjkazom območjg mode|g /VHidroizohipse Meril° 1:20.000 /\/ Os vodotoka /\/ Območje modela UQvue Mira i kova Gorica Očnfak ^ 288 cestninska--postaja Podila 'Zg.| I .ožnica/a Lopata Strenčamov hrib tv 294 ■Vrečarjev bril Goto vije OSTROZNO. toplarna^. ^OSTROZ iHE Protfnic .'Križar.' es m ivoe.v Lukner/ "Lemez Kurenti Beber LISCE. Mirösan1' Zg. Lisce Pri Štefki Hidroizohipse pri povečanem črpanju /V Hidroizohipse pri trenutnem črpanju /V Hidroizohipse brez črpanja @ vodnjak Priloga E: Hidroizohipse podzemne vode pri različnih količinah črpanja 264.5 {Zg-I f ■oznical i Lopata Strenčamov hrib te 294 iz m c ■Vrečarjev h rit 295. Goto vije OSTROZNO. toplarna^ Protlnici 5ALEC; 'etrovče {248,9) LOZNICA Blatnik Lukneri Kurenti Bebet* Splljük Mi ros an11 / „J& Lisce Anski vrft /\y hidroizohipse pri povečanem črpanju /\y hidroizohipse pri bogatenju z nalivalnim vodnjakom 0 infiltracijski vodnjak © Vodnjak /\y infiltracijska drenaža drenaža črpalnega vodnjaka meja vodonosnika /\y os vodotoka /\/ območje modela Priloga G: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z nalivalnim vodnjakom z drenažami Mirnikova Gorica Očnjak 288 ' ^ cestninska -postaja A ill /Zß'l I //Ložnica/1 Lopata Strenčsrtov hrib tv 294 ■z ril c. vVrečarjev hrii 295, ;OSTROZNO. toplarna^ Protfnice ALEC - (257.4) I 247.0 \ «I»» ALEC ■ Drešmja vas Dot " ivas 'etrovče (248.9J LOŽNICA Krakove«v .beivega-k ,)a i Blatnik Lukneri 'Leme ji Beber LISCE. igojm.ee Sp. Lisce11 Mi rosan1 ^ Zg. Lisce a nitki vrh vodonosnika /\y Hidroizohipse pri bogatenju z vodnjakom C /\y Hidroizohipse pri bogatenju z vodnjakoma B in C 0 Infiltracijski vodnjak @ Črpal ni vodnjak /\/ Drenaža črplanega vodnjaka /\y Os vodotoka /\y Območje modela Priloga H: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z vodnjakom C lin z vodnjakoma B in C Brstenć esica Dobro"" /Grcgorin Zaloška Gorica Mirni kova Govic&i öcnf&k ^ 288 cestninsk-- postaja Vidmar 264.5 ižmcgl i Lopata Lokrc La-hovna Strcnčanov hrib ^ 294 r**..Vrcc.n/i:') hrti gdKi 335. Škaman ibrava OSTBOZKO. to p Ja ma^ 1STR0ZH( '241,0 sklftdij •resni" V 274" VtCELJE JBDIECW [larjevo 'Lem« Kuren 11 gj^Migojiüce ^ ALJAŽ! MirC'Saji'l Griže AnsJo. TcrSanj ^G. Lisce Konec y SELCI 7A. Griže* y 1,-v, ►ZaholSek i Breoelj BREG Na Uricu MIKLAVŽEV HRIB 7 1 I I Ösenica Mlinari^ 'Sv Miklavä 1334! Bukovica yr^H) fioršek >55 J/ r.jnr. Sebov (i jt Stršio > \ Košec Medved je k 4R4 \ t'Ojäele , Pü:iv::if /\/ Hidroizohipse izračunane z razširjenim modelom /\y Hidroizohipse izračunane s prvotnim modelom Meja vodonosnika Območje modela Vodotoki .dxf Os vodotoka @ Vodnjak Priloga I: Hidroizohipse podzemne vode pri črpanju trenutnih maksimalnih količin izračunane s prvotnim in razširjenim modelom M BB^JVŠBk ~ Vj, /y Os vodotoka Meja vodonosnika /\y Območje razširjenega modela /\/ Hidroizohipse izračunane z prvotnim modelom /\y Hidroizohipse izračunane z razširjenim modelom 0 Infiltracijski vodnjak @ Črpal ni vodnjak /\y Drenaža črplanega vodnjaka Priloga J: Hidroizohipse podzemne vode pri črpanju povečanih maksimalnih količin izračunane s prvotnim in razširjenim modelom "M \ :šica Dobrova /Grcgorin Zaloška Gorica ; Slorepfic Govće Mirni kova Gci-kai Očttfak ^ 288 $ - s I n i: i'-. -postaja Lopata Lokri J.ahovna Strenčanov hrib «tv 294 ' • kit n i TI i"vX - /rc c Falcno Na CiričuV :ev HH1B Osen/ca „ . (H. ' .i, Mlinaric; 'Sy Miklavž J, /394! , 'Porenc.e BUJist iwen Ojštr l>'> Medvedjek /\/ Hidroizohipse izračunane z razžirjenim modelom /\/ Hidroizohipse izračunane s prvotnim modelom Meja vodonosnika Območje razširjenega modela 0 Infiltracijski vodnjak @ Vodnjak.shp Infiltracijska drenaža /\y Os vodotoka Priloga K: Hidroizohipse podzemne vode pri umetnem bogatenju podzemne vode z nalivalnim vodnjakom z drenažami izračunane s prvotnim in razširjenim modelom