GEOLOGIJA 49/1, 103–112, Ljubljana 2006
Izotopske raziskave na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union Isotopic investigations in the area of the Union brewery water body
Branka TR^EK Geolo{ki zavod Slovenije, Dimi~eva ul. 14, 1000 Ljubljana, Slovenija, e-mail:branka.trcek@geo-zs.si
Klju~ne besede: urbani vodonosnik, viri pitne vode, vodno telo Pivovarne Union, izo-topske raziskave
Key words: urban aquifer, drinking-water resources, Union brewery water body, iso-topic researches
Kratka vsebina
Na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union se je za~el izvajati leta 2003 ob{iren {tudij toka podzemne vode in prenosa snovi, katerega namen je, da se a) dolo~i in napove {irjenje podzemne vode in urbanega onesna‘enja skozi pleistocenski aluvialni prodni vodonosnik ter b) analizira tveganje prenosa onesna‘enja do vira pitne vode v spodnjem prodnem vodonosniku. Prvi dve raziskovalni fazi sta temeljili na izotopskih raziskavah. V 16 opazovalnih vrtinah se je vzpostavil monitoring sestave stabinih izotopov ?18O in ?2H ter osnovih fizikalno-kemi~nih parametrov vode. Rezultati so omogo~ili vpogled v hidrodi-namiko opazovanega vodonosnika, pa tudi v starostno strukturo vzor~enih vod. Identificirana je bil vertikalna komponenta toka, ki je glavni faktor za prenos in {irjenje one-sna‘enja do podzemnega vira pitne vode.
Abstract
A study of groundwater flow and solute transport commenced in the area of the Union Brewery water body in 2003 with the intention of a) assessing and predicting the movement of groundwater and urban contaminants through the Pleistocene alluvial gravel aquifer and of b) analysing the risk of contaminat transport to drinking-water resources in the lower gravel aquifer. The first two research phases based on isotopic researches. The monitoring of groundwater composition of ?18O in ?2H stable isotopes and basic physico-chemical parameters was established in 16 observation wells. The results have produced general information on the hydrodynamic functioning of the study area and they provided, an insight into age structure of sampled water. The vertical flow component was identified, which is the main influence on contaminant transport towards the drinking-water reso-
Uvod
Podzemna voda pleistocenskega aluvialnega prodnega vodonosnika je vse pomeb-nej{i vir pitne vode za obmo~je mesta Ljubljane. Ta vodni vir je neprecenljiv tudi za Pivovarno Union d.d., ki le‘i v urbanem in industrijskem okolju, v neposredni bli‘ini centra Ljubljane. Pivovarna izkori{~a s {ti-
rimi produkcijskimi vodnjaki kvalitetno podzemnov vodo spodnjega pleistocenkega prodnega vodonosnika in jo uporablja za proizvodnjo ustekleni~ene vode, brezalkoholnih pija~ in piva. Omenjeni vodonosnik je lo~en z neprepustno bariero od zgornjega prodnega vodonosnika, za katerega pa so dosedanje raziskave pokazale, da je onesna-‘en tako mikrobiolo{ko kot kemi~no. Dose-
urce.
104
danje meritve hkrati ka‘ejo, da onesna‘ena voda zgornjega vodonosnika ne vpliva na vodnjake pivovarne. Le-ti so bili uspe{no obnovljeni tekom zadnje dekade, tako da specifi~na geolo{ka sestava njihovega vplivnega obmo~ja {e vedno omogo~a izkori{~a-nje zelo kakovostnega podzemnega vodnega vira spodnjega prodnega vodonosnika.
Da bi za{~itili vodno telo v urbanem okolju pred onesna‘enjem in vzpostavili nadzor, ki bo omogo~al zgodnje odkrivanje mo‘-nega onesna‘enja podzemnega vodnega vira, se je za~el izvajati leta 2003 na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union ob{iren {tu-dij toka podzemne vode in prenosa snovi. Le-ta je tesno povezan z uporabo zanesljive in u~inkovite raziskovalne metodologije, ki zagotavlja a) znanstveno razumevanja mehanizmov, ki nadzirajo tok in prenos snovi/ onesna‘enja v vodonosniku in b) monitoring teh procesov (Tr~ek, 2001; 2003). Glede na to se zdru‘uje klasi~ne neposredne geolo{ke in hidrogeolo{ke metode s posrednimi - analizo prevladujo~ih organskih, anorganskih in mikrobiolo{kih substanc ter izotopske sestave vodika in kisika.
[tudij toka in prenosa snovi zahteva zadovoljivo {tevilo fizikalno-kemijskih podatkov, ki omogo~ajo statisti~no obdelavo, pa tudi numeri~no modeliranje. Projekt se zato obravnava dolgoro~no. Izvaja se po raziskovalnih fazah, ki druga drugo dopolnjujejo in nadgrajujejo. Tema tega ~lanka so izotopske raziskave ?18O in ?2H, ki so se izvajale v okviru prvih dveh letnih faz: julij 2003- junij 2004 in julij 2004-junij 2005.
Raziskovalno obmo~je
Raziskovalno obmo~je obsega napajalno zaledje podzemnih vodnih virov, ki jih izko-ri{~a Pivovarna Union d.d. (slika 1). @e v uvodu je bilo omenjeno, da je tu obmo~je pleistocenskega aluvialni prodnega vodono-snika, ki ga bariere, sestavljene iz le~ neprepustnih sedimentov, lo~ujejo v zgornij in spodnji prodni vodonosnik. Hidrogeolo{ke in geolo{ke lastnosti raziskovalnega obmo~-ja so opisane podrobno v poro~ilih In{tituta za rudarstvo, geotehnologijo in okolje (Ve -seli~, 2000) ter GeoSi In{tituta za zemlje-slovje d.o.o ( J u r e n , 2004).
Raziskovalni poligon (slika 1) je razdeljen na 3 cone: obmo~je pivovarne (cona I), bli‘-
Branka Tr~ek
nja okolica pivovarne (cona II) in {ir{a okolica pivovarne, ki obsega celotno napajalno zaledje obravnavanih vodnih virov (cona III). V okviru I. in II. raziskovalne faze se je pro-u~eval tok in prenos snovi s pomo~jo monitoringa, ki se je vzpostavil v 16 opazovalnih vrtinah (piezometrih), predstavljenih na sliki 2. Piezometri zajemajo a) podzemno vodo spodnjega prodnega vodonosnika, b) podzemno vodo zgornjega prodnega vodonosnika ali pa c) podzemno vodo obeh vodonosnikov.
V  coni I je sedem piezometrov:
• PU- vr1, PU-vr2, PU-vr3, PU-vr4, PU-vr9, PU-vr10 in PU-vr11 (slika 1).
V  coni II so trije piezometri:
•  PU-vr5, PU-vr6 in PU-vr7 (slika 1).
V  coni III pa je {est piezometrov:
•  PU-vr35, PU-vr36, PU-vr37, PU-vr38, PU-vr39 in PU-vr40.
Metode in tehnike
Izotopske raziskave temeljijo na stabilnih izotopih kisika in devterija (?18O in ?2H), ki sta idealni konzervativni sledili, posebej primerni za spremljanje prenosa infiltrirane padavinske vode v vodonosniku, saj se po vstopu v nizko temperaturni vodonosnik ve~inoma ne spreminjata (C l a r k & F r i t z , 1997; K endall & McDonell,1998). Ena~-ba globalne meteorne premice (GMWL – Global Meteoric Water Line) opisuje njun linearni odnos v padavinah (Craig , 1961; Rozanski et al., 1993):
? 2H = 8 ? ? 18O + 10                    (1)
Za posamezne regije pa so zna~ilne lokalne meteorne premice (LMWL - Local Meteoric Water Line), ki se od globalne lahko razlikujejo tako po odseku kot koeficientu nagiba premice. Odsek na osi y (10±5) in koeficient nagiba premice (8±0.5) se spreminjata v odvisnosti od podnebnih lastnosti -procesov evaporacije in kondenzacije (Clark & Fritz, 1997). Odvisnost izotop-ske sestave kisika in vodika (?2H in ?18O) od temperature ima za posledico efekte izotop-ske frakcionacije: podnebni, sezonski in vi{inski efekt (Hoefs, 1997; Clark & Fritz, 1997; Pezdi~, 1999). Izotopske raziskave slonijo prav na analizi omenjenih izo-topskih efektov. Vi{inski efekt se uporablja za dolo~evanje obmo~ja napajanja podzemnih vod (ni‘je vrednosti odsevajo obmo~je z vi{jo nadmorsko vi{ino), sezonsko nihanja
Izotopske raziskave na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union
105
Slika 1. Raziskovalno obmo~je Figure 1. Study site
106
Branka Tr~ek
?2H in ?18O v padavinah pa predstavlja vhodni signal, ki se lahko uporablja za datiranje podzemnih vod. Padavine, ki napajajo vodo-nosnik, se namre~ v njem me{ajo s predhodno uskladi{~eno podzemno vodo, kar je funkcija fizikalno-kemi~nih in hidravli~nih lastnosti vodonosnika. V vodonosniku se pri~ne amplituda vhodnega signala zmanj-{evati. Razli~ne stopnje me{anja in homoge-nizacije povzro~ajo razlike v ?2H in ?18O podzemnih vod vodonosnika oziroma razlike v amplitudah njenega sezonskega nihanja. Te razlike omogo~ajo lo~evanje vod z razli~ni-mi zadr‘evalnimi ~asi. Dalj{i je zadr‘evalni ~as podzemne vode v vodonosniku, manj{a je amplituda sezonskega nihanja ?2H in ?18O v njej. Na podlagi primerjave med izotopsko sestavo padavin (vhodni podatek) ter vod vodonosnika je torej mogo~e dobiti informacije o dinamiki vod v opazovanem sistemu, pa tudi o starostni strukturi (Tr~ek et al., 2001; 2006).
V okviru I. in II. raziskovalne faze se je izvajalo mese~no vzor~enje podzemne vode za izotopske analize ?18O in ?2H. Vzor~enje je potekalo na 16 pizometrih, opisanih v prej{njem poglavju. So~asno so se vzor~ile padavine na postaji, ki je bila narejene v neposredni bli‘ini Pivovarne Union, pri vhodu v lizimeter (slika 1), potekale pa so tudi ”in situ” meritve osnovnih fizikalno-kemij-skih parametrov: pH, temperatura in elek-troprevodnost (v ~lanku je obravnavan le slednji parameter, ki opozarja na onesna‘e-nje). Pri vzor~enju vode so se upo{tevala navodila, ki sta jih zbrala Clark in Fritz (1997).
Izotopske analize je opravil laboratorij GSF - Institute of Groundwater Ecology, Neuherberg, Nem~ija. Vrednosti izotopske
sestave 180 in 2H so podane z relativno vrednostjo ?,
Sx (%o) =   (Rx / Rst - 1) ¦ 1000                 (2)
kjer je Rx izotopsko razmerje med težjim in lažjim izotopom elementa v snovi (na primer 180/160), Rst pa izotopsko razmerje v ustreznem mednarodno sprejetem standardnem vzorcu. Standardna napaka meritev je ±0.05/6o za kisik in ±0.5%o za vodik.
Podatki so statistično obdelani s pomočjo škatlastih diagramov (Helsel & Hirsch, 1992), ki nazorno prikazujejo razpon ter porazdelitev podatkov, omogočajo pa tudi vizualno primerjavo in ločevanje posameznih vzorčnih mest. Skatlasti diagram ponazarja srednjo vrednost (srednja črta škatle), razpršenost (višina škatle, ki predstavlja 50% podatkov), asimetričnost (z razmerjem višin posameznih polovic škatle) in prisotnost skrajnih vrednosti (oddaljene in zelo oddaljene vrednosti).
Rezultati in razprava
Rezultati meritev ?lsO in ?2H ter elektro-prevodnosti v mesečno vzorčenih vodah so prikazani v tabeli 1 ter na slikah 3-7. Za obe raziskovalni fazi predstavlja tabela 1 srednje vrednosti obravnavanih parametrov, medtem ko so prikazane njihove statistične lastnosti bolj detajlno s škatlastimi diagrami na slikah 3 in 4. Ker sta ?lsO in ?2H linearno odvisni [enačba (1)], interpretacija izo-topskih podatkov sloni le na izotopski sestavi kisika, ki se obravnava kot vodilni parameter. Sama linearna odvisnost med ?180 in ?2H se ni proučevala v okviru II. raziskovalne faze, ker je število opazovanj premajhno za podrobnejšo statistično obdelavo
5		PU-vr1	PU-w2	PU-ui3	PU-UT4	PU-w9	PU-vr1Q	PU-ur11	PU-vr5	pu-vie	PU-VT7	PU-VI35	PU-W37	PU-UT40	PU-VI39	PU-W33	PU-W36	pad7precip.
	&°0(atoo)	-9.05	-9,08	¦9.02	-9C2	-8.70	-9,21	-6 .S3	-9.13	-8.64	-8.72	-S .55	-8.92	-9.03	-9.03	-8.76	-8.95	-9.07
	6"H (D/OO)	-60.15	-60,08	-59.88	-59.70	-58,35	-61.68	-59.40	-60.73	-59.25	-58.30	-59.85	-59.63	-60.40	-60.28	-58,23	-59.65	-67. DO
	D	12.22	12.58	12.39	12.57	10.9B	12,03	11,87	'2 4C	11.43	11.20	11.60	11.75	11.60	11.97	11.91	11.94	10.45
	EP: EC tu S* ni j	463 5	468.5	422.5	424,5	895	334.5	876.5	386	622	858.5	454	693	370	436.5	420	449.5	
																		
		PJ-v-1	PU-w2	PU-vr3	PU-UT4	PU-w9	PU-vrIC	PU-urll	PU-w5	PU-YI6	PU-OT7	PJ-vr3!	PJ-v-37	PU-UT40	PU-VI39	PL'-vr36	PU--.T36	pad7pracip.
	¦ "'0 :<;¦¦;»:	-8.94	-9C2	-8.94	-8,87	-8 80	-9,17	-8.87	-9.02	-8.78	-s ¦:•	-8.86	-8.83	-9.M	-3.97	-8,77	-8.84	-8.12
	ä"H (oft»)	-K). 3	¦60,95	-55.35	-59	-59.5	-61.25	-59.7	¦60,5	¦60	-59.25	-59,45	-59.1	-60.3	-60	-56.45	-59.2	-56.95
	D (oft»)	11,44	11,14	11,32	11,97	i C.65	11,83	11,26	11,51	13.56	0.67	11,16	11,31	11,77	11.6	11,66	12	11.72
	EP/EC (iiS*ni)	SM	470	432	438	902	351	862	390	639	894	442	705	367	441	430	443	
Tabela 1. Srednje vrednosti ?18O, ?2H, 2H odseka (D = ?2H - 8·?18O) ter elektroprevodnosti vzor~enih
vod
Table 1. Mean values of ?18, ?2H, 2H intercept (D = ?2H - 8·?18O) and electoconductivity of sampled
waters
Izotopske raziskave na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union
107
Slika 2. Opazovalne vrtine, na katerih je potekal monitoring ?18O in ?2H ter osnovnih fizikalno-kemijskih parametrov vode
Figure 2. Observation well for monitoring of groundwater composition of ?18O in ?2H and basic
physico-chemical parameters
in jo bo bolj smiselno obravnavati ob koncu III. raziskovalne faze. V tej fazi se je pri~elo tudi vzor~enje najpomembnej{ih povr{inskih vodotokov, ki lahko vplivajo na izotopsko sestavo obravnavanega vodonosnika.
Primerjava srednjih vrednosti ?18O in elektroprevodnosti I. in II. raziskovalne faze v tabeli 1 ka‘e, da so vrednosti obeh parametrov na splo{no vi{je v obdobju II. faze, kar je razvidno tudi iz {katlastih diagramov na slikah 3 in 4. V II. fazi raziskav je nihala ?18O padavin med –3,91 in –16,10 ‰, srednja vrednost pa je bila –8,12 ‰. V podzemnih vodah so se gibale vrednosti parametra med –8,55 in –9,26 ‰, medtem ko so bile srednje vrednosti ?18O od –8,73 do –9,17 ‰.
V obeh raziskovalnih fazah je razpon vrednosti ?18O v padavinah veliko ve~ji kot v podzemnih vodah (tabela 1), kar odseva dalj{i zadr‘evalni ~as vod v vodonosniku. Vrednosti podzemnih vod na sliki 5 se precej razlikujejo med seboj, kar je lahko posledica dveh faktorjev - razli~nega zadr‘evalnega ~asa vzor~enih vod in razli~ne nadmorske vi{ine obmo~ja, s katerega se te vode napajajo.
Na podlagi podatkov, prikazanih na sliki 3, so bile razdeljene vzor~ene podzemne vode v {tiri skupine:
•  skupina A – vode vzor~nih mest PU-vr9, PU-vr7 in PU-vr38 (vode z najvi{jimi vrednostmi ?18O);
•  skupina B – vode vzor~nih mest PU-vr11, PU-vr6, PU-vr35, PU-vr37 in PU-vr36;
•  skupina C – vode vzor~nih mest PU-vr1, PU-vr2, PU-vr3, PU-vr4, PU-vr40 in PU-vr39;
•  skupina D – vode vzor~nih mest PU-vr10 in PU-vr5 (vode z najni‘jimi vrednostmi ?18O).
Pri tem je treba opozoriti na dolo~ene spremembe, ki jih je najverjetneje povzro~i-lo razli~no hidrodinami~no obna{anje vodnega telesa med I. in II. raziskovalno fazo. Padavine – njihova razporeditev, koli~ina in intenziteta, so glavni faktorji, ki nadzirajo hidrodinami~no obna{anje raziskovanega obmo~ja. Za obe raziskovalni fazi so prikazane dnevne padavine na slikah 6 a-d. Le-ta hkrati ilustrirata ~asovno nihanje ?18O v obdobju obeh raziskovalnih faz in, v povezavi s slikami 3-5 in 7, odsevata tok in prenos snovi v opazovanem vodnem telesu.
V skupini A so statisti~ne lastnosti ?18O vode piezometrov PU-vr7 in PU-vr38 podobne v obeh raziskovalnih fazah, spremembe pa so o~itne za piezometer PU-vr9 (slika 3). Razpon vrednosti ?18O piezometra PU-
108
Slika 3. Rezultati meritev izotopske sestave kisika v podzemnih vodah
Figure 3. Results of measurements of groundwater oxygen isotopic composition
Slika 4. Rezultati meritev specifi~ne elektroprevodnosti (SEC) v podzemnih vodah
Figure 4. Results of measurements of groundwater specific electroconductivity (SEC)
Branka Tr~ek
vr9 je sicer v obeh raziskovalnih fazah podoben, razlikuje pa se njihova porazdelitev. V II. raziskovalni fazi so podatki asimetri~-no razporejeni in sicer bolj proti negativnim vrednostim, ki so zna~ilne za podzemne vode skupine B (npr. PU-vr11 in PU-vr6). Kljub opisanim razlikam, pa je mogo~e privzeti, da so podzemne vode skupine A izotop-sko sorodne, zato je njihovo napajanje najverjetneje vezano na isto obmo~je (slika 1).
Slika 5. ^asovno nihanje izotopske sestave kisika v vzor~evanih vodah
Figure 5. Time-trend plot of sampled water oxygen isotopic composition
Izotopske raziskave na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union
109
Vrednosti ?18O podzemnih vod skupine A so najvi{je izmed vseh, vendar to ne pomeni, da so te vode tudi najmlaj{e (slika 3). Vode Pu-vr9 in PU-vr7 so sorodne tudi po elektropre-vodnosti (slika 4). Visoke vrednosti parametra opozarjajo na onesna‘enje in s tem na lokalno   napajanje.  Voda  piezometra   PU-
Slika 6. ^asovno nihanje izotopske sestave kisika v podzemnih vodah
Figure 6. Time-trend plot of groundwater oxygen isotopic composition
vr38 ni kemijsko onesna‘ena (sliki 4 in 7), vendar se predvideva, da je tudi napajanje te vrtine lokalno vezano na obmo~ja Ro‘ni-ka.
Sinteza informacij ka‘e, da je podzemna voda skupine A uskladi{~ena v plasteh zgornjega prodnega vodonosnika, ki so lokalno pod vplivom napajanja z obmo~ja [i{enske-ga hriba in Ro‘nika (slika 1).
V skupini B so izpostavljene vrednosti pi-ezometra PU-vr6. Tudi v tem primeru se razlikuje razporeditev podatkov med obema raziskovalnima fazama (slika 3). V II. fazi se velik odstotek vrednosti prekriva s tistimi, ki so zna~ilne za skupino A, kar odseva podobnost med podzemnimi vodami piezome-trov PU-vr6 in PU-vr7. Kot za prej{njo skupino podzemnih vod, je mogo~e zaklju~iti, da pripada podzemna voda piezometrov PU-vr6 in PU-vr11 zgornjemu prodnemu vodo-nosniku, ki je pod vplivom lokalnega one-sna‘enja, kar je {e posebej o~itno v primeru vode PU-vr11 (sliki 4 in 7). Skupini B pripada tudi voda piezometra PU-vr37, ki ima podobno izotopsko sestavo kot voda PU-vr11 (slika 6b), medtem ko niha njena elektropre-vodnost podobno kot v vodi PU-vr6 (slika 7). Tudi ta voda je kemijsko onesna‘ena, kar odseva lokalne vplive. Podzemne vode pi-ezometrov PU-vr35 in PU-vr36 imajo podobne izotopske lastnosti, le da te vode niso pod vplivom kemijskega onesna‘enja (sliki 4 in 7).
Predstavljeni podatki ka‘ejo, da je tudi podzemna voda skupine B uskladi{~ena v dolo~enih plasteh zgornjega prodnega vodo-nosnika, ki pa se ob dolo~enih hidrodina-mi~nih pogojih lahko me{a s podzemno vodo, uskladi{~eno v vi{jih plasteh tega vodonosnika.
V  skupino C spadajo podzemne vode pi-ezometrov PU-vr1, PU-vr2, PU-vr3 in PU-vr4, ki zajemajo vodo spodnjega prodnega vodonosnika in podzemne vode dveh piezo-metrov z barjanskega obrobja (PU-vr39 in PU-vr40). Vrednosti ?18O te skupine vod so ni‘je od prej{njih skupin, meritve elektro-prevodnosti pa ne odsevajo kemijskega one-sna‘enja (slike 3-7). V I. raziskovalni fazi so imele vode PU-vr1 in PU-vr2 podobne razpone vrednosti in srednje vrednosti, kar velja tudi za vode PU-vr3 in PU-vr4. V II. raziskovalni fazi so razlike v ?18O med obravnavanimi pari vod ve~je. Izstopajo predvsem vrednosti PU-vr4 (sliki 3 in 6c), ki
110
Branka Tr~ek
Slika 7. ^asovno nihanje specifi~ne elektroprevodnosti (SEC) v podzemnih vodah Figure 7. Time-trend plot of groundwaterspecific electroconductivity (SEC)
se prekrivajo v II. fazi v znatnem dele‘u z vrednostmi sosednjega piezometra PU-vr9 (slika 6a). Ta informacija je zelo pomembna in opozarja, da je pri dolo~enih hidrodina-mi~nih pogojih pri{lo verjetno do vertikalnega preboja vode iz zgornjega v spodnji prodni vodonosnik. Za vode PU-vr39 in PU-vr40 je mogo~e ugotoviti, da so izotopsko zelo sorodne (sliki 3 in 6c), kar odseva podobno obmo~je napajanja, medtem ko se po kemijski sestavi precej razlikujejo (sliki 4 in 7).
Podzemna voda skupine C je torej uskla-di{~ena v plasteh spodnjega prodnega vodo-nosnika, ki se lahko ob ekstremnih hidrodi-nami~nih pogojih napaja iz zgornjega prodnega vodonosnika.
Za podzemne vode skupine D, vode pi-ezometrov Pu-vr10 in PU-vr5, so zna~ilne najni‘je vrednosti izotopske in kemijske sestave (slike 3-7), kar najverjetneje odseva lokalno napajanje z obmo~ja [i{enskega hriba (slika1).
Pozornost je treba nameniti {e slikam 5 in 6a-d, ki predstavljajo ~asove trende ?18O vzor~enih vod. Le-te ka‘ejo, da so izmerjene v I. raziskovalni fazi najvi{je vrednosti fe-
bruarja 2004. Na podlagi meritev elektro-prevodnosti, prikazanih na sliki 7, se predvideva, da je pri{lo takrat do intenzivne in-filtracije padavinske vode in stopljenega snega v vodonosnik, kar je hkrati povzro~ilo tudi izpodrivanje predhodno uskladi{~ene vode iz vi{jih v ni‘ja obmo~ja prou~evanega vodnega telesa. Podoben pojav je mogo~e zaslediti tudi v obdobju II. raziskovalne faze - novembra 2004 (slike 4-6). Takrat je padla velika koli~ina padavin, ki je morala, glede na vrednosti ?18O na slikah 4-6, povzro~iti intenzivno vertikalno napajanje vodnega telesa. Meritve elektroprevodnosti na sliki 7 opozarjajo, da je infiltrirana padavinska voda povzro~ila batni efekt – nova voda je izpodrinila predhodno uskladi{~eno vodo v ni‘ja obmo~ja vodnega telesa.
Sklepi
Rezultati I. in II. faze izotopskih raziskav so omogo~ili vpogled v hidrodinamiko opazovanega pleistocenskega aluvialnega prodnega vodonosnika in mehanizme toka in prenosa snovi. Identificiran je bil vertikalen
Izotopske raziskave na obmo~ju vodnega telesa Pivovarne Union
111
proces napajanja, ki ima zelo veliko vlogo pri analizi ranljivosti spodnjega prodnega vodonosnika. Vertikalni tok je glavni faktor za prenos in {irjenje onesna‘enja do tega pomembnega vira pitne vode, zato bo vertikalno napajanje ena glavnih tem nadaljnjih raziskovalnih faz. Predvsem se bo prou~ilo, kdaj in kako pogosto se pojavlja vertikalni tok. Hkrati bomo sku{ali odgovoriti tudi na odprta vpra{anja, povezana s starostjo vzor-~enih vod in z me{anjem razli~nih tipov vod na raziskovalnem poligonu. Sinteza rezultatov vseh raziskav bo omogo~ila, da se a) do-lo~i in napove {irjenje podzemne vode in urbanega onesna‘enja skozi pleistocenski prodni vodonosnik ter b) analizira tveganje prenosa onesna‘enja do vira pitne vode v spodnjem prodnem vodonosniku. Predvideni rezultati bodo ozna~ili lokalne hidroge-olo{ke razmere, omogo~ili razumevanje procesov in vzrokov za spreminjanje okolja in pripomogli k izbolj{anju kriterijev za upravljanje in gospodarjenje z vodnimi viri v urbanem okolju.
Isotopic investigations in the
area of the Union brewery
water body
Summary
In order to protect the urban drinking-water resources from pollution an extensive study of groundwater flow and solute transport commenced in the area of the Union Brewery water body in 2003 with the intention of a) assessing and predicting the movement of groundwater and urban contaminants through the Pleistocene alluvial gravel aquifer and of b) analysing the risk of conta-minat transport to drinking-water resources in the lower gravel aquifer.
The first two research phases based on isotopic researches. The monitoring of gro-undwater composition of 18O in 2H stable isotopes and basic physico-chemical parameters was established in 16 observation wells (piezometers), located inside of a research polygon that is divided into three zones: zone I - the brewery area (PU- vr1, PU-vr2, PU-vr3, PU-vr4, PU-vr9, PU-vr10, PU-vr11), zone II - the brewery vicinity (PU-vr5, PU-vr6 in PU-vr7) and zone III - the brewery catchment area (PU-vr35, PU-vr36, PU-vr37, PU-vr38, PU-vr39, PU-vr40) (Fig.
1). The piezometers (Fig. 2) capture a) gro-undwater of the lower gravel aquifer, b) gro-undwater of the upper gravel aquifer or c) both of them.
Data of the groundwater ?18O, ?2H and electroconductivity composition are presented in Table 1 and on Figures 4-9. Their interpretation bases on a leader parameter -?18O.
The statistical characteristics of ground-water and precipitation ?18O are graphically illustrated with boxplots on Figures 4 and 5. The distributions of data sets significantly distinguish among themselves, which should result from two factors – different residence times of groundwater and different altitudes of groundwater recharge areas. According to Figure 5 sampled groundwaters were devided into four groups:
•  group A – waters of piezometers PU-vr9, PU-vr7 and PU-vr38 (waters with the highest values of ?18O);
•  group B – waters of piezometers PU-vr11, PU-vr6, PU-vr35, PU-vr37 and PU-vr36;
•  group C – waters of piezometers PU-vr1, PU-vr2, PU-vr3, PU-vr4, PU-vr40 and PU-vr39;
•  group D – waters of piezometers PU-vr10 and PU-vr5 (waters with the lowest values of ?18O).
The electroconductivity data (Fig. 6 and 9) completes information obtained by the leader parameter (Figs. 4, 5, 7 and 8) and the results of previous investigations (Juren, 2004; Veseli~, 2000), which provides an insight into the flow and solute transport processes in the urban water body. It was estimated that groundwaters of groups A and B belong to the upper gravel aquifer, which is influenced by local contamination. Groundwaters of group C belong to the lower gravel aquifer, while groundwaters of group D belong to the upper gravel aquifer, which is mixing with waters that flow from the hill [i{enski hrib (Fig. 1).
An additional comment refers to outstanding values. In Figures 5 and 8 the attention should be given to PU-vr4 and PU-vr9 data. During the II. research phase a significant portion of their ?18O values coincided, which reflects a vertical breakthrough of ground-water of the upper gravel aquifer into the lower gravel aquifer under specific hydrody-namic conditions. On the other hand in Fe-
112
Branka Tr~ek
bruar 2004 and November 2004 the timetrend plot of ?18O (Figs. 7 and 8) points out the piston effect – new event water displaced prestored water into aquifer lower parts. It could be concluded that the results of the I. and II. research phases have produced general information on the hydrodynamic functioning of the study area and provided an insight into age structure of sampled water. The vertical flow component was identified, which is the main influence on contaminant transport towards the drinking-water resource of the lower gravel aquifer. Hence, investigation of the occurrence and frequency of rapid recharge events represents one of the main themes of the next research phases.
Zahvala
Za sofinanciranje {tudije se zahvaljujem Pivovarni Union d.d., podjetjema JP Vodovod - Kanalizacija d.o.o. in Snaga d.o.o. pa za pomo~ pri izvajanju monitoringa.
References
C l a r k , I.D. & F r i t z , P. 1997: Environmental Isotopes in Hydrogeology. - Lewis Publishers, 311 pp., New York.
C r a i g , H. 1961: Isotopic variations in meteoric waters. - Science, 133, 1702-1703.
H e l s e l , D.R. & H i r s c h , R.M. 1992: Statistical Methods in Water Resources. - Elsevier, 522 pp., Amsterdam.
H o e f s , J. 1997: Stable Isotope Geochemistry, Fourth Completely Revised, Updated and Enlarged Edition. - Springer-Verlag, 168 pp., BerlinHeidelberg.
J u r e n , A. 2004: Hidrogeolo{ke razmere na vplivnem obmo~ju vodnih virov Pivovarne Union d.d. - GeoSi In{titut za zemljeslovje d.o.o., Ljubljana.
K e n d a l l , C. & M c D o n e l l , J.J. 1998: Isotope tracers in catchment hydrology. - Elsevier, 722 pp., Amsterdam.
P e z d i ~ , J. 1999: Isotopes and geochemical processes: University textbook. - University of Ljubljana, Faculty of natural sciences, Department of geology, 269 pp., Ljubljana.
Rozanski, K., Araguds-Araguds , L. & G o n f i a n t i n i , R. 1993: Isotopic patterns in modem global precipitation. V: Swart, P.K., Lohman, K.C., McKenzie J. & Savin S. (ur.), Climate Change in Continental Isotopic Records, Geophysical Monograph 78. - American Geophysical Union, 1-36, Washington, D.C.
T r ~ e k , B., P e z d i ~ , J., V e s e l i ~ , M. & S t i c -h l e r , W. 2001: Changes in d18O composition of the Hubelj spring under different hydrogeological conditions. V: Seiler, P. & Wohnlich, S. (eds.), Proceedings of the Conference on New Approaches Characterizing Groundwater Flow. - Balkema Publishers, 207-211, Lisse.
T r ~ e k , B. 2001: Solute transport monitoring in the unsaturated zone of the karst aquifer by natural tracers: PhD thesis. - University of Ljubljana, 125 pp., Ljubljana.
T r ~ e k , B. 2003: Epikarst zone and the karst aquifer behaviour, a case study of the Hubelj catchment, Slovenia. - Geological Survey of Slovenia, 100 pp., Ljubljana.
T r ~ e k , B., V e s e l i ~ , M. & P e z d i ~ , J. 2006: The vulnerability of karst springs – a case study of the Hubelj spring (SW Slovenia). - Environmental geology, 49/6, 865-874.
V e s e l i ~ , M. 2000: Geolo{ke in hidrogeolo{ke raziskave na vplivnem obmo~ju vodnih virov Pivovarne Union, kon~no poro~ilo. - In{titut za rudarstvo, geotehnologijo in okolje, Ljubljana.