etymologi
af Neven Kresic (vand i Karst, Mc Grav Hill, 2013)
“Karst er et videnskabeligt udtryk opkaldt efter det geografiske distrikt mellem Slovenien og Trieste, Italien, som har et meget tydeligt landskab. Det er et tysk ord for ” carso “(på italiensk) og “kras” på (slovensk); alle de tre ord er afledt af det indoeuropæiske ord “kar” eller “karra”, hvilket betyder rock…nogle almindelige ord fra de slaviske sprog i Karst-regionen er blevet internationale videnskabelige udtryk, der beskriver karst-træk, hovedsageligt takket være den serbiske geomorfolog Jovan Cviji Karr, der var den første til at forsvare en doktorafhandling og offentliggøre en videnskabelig monografi, der udelukkende er afsat til karst (Cviji Karr, 1893).”(Figur 1,2)
landskab
af Derek Ford & Paul Vilhelms (Karst hydrogeologi og geomorfologi, Viley, 2007, s. 1)
” vi kan definere karst som omfattende terræn med karakteristisk hydrologi og landformer, der stammer fra en kombination af høj stenopløselighed og veludviklet sekundær (brud) porøsitet. Sådanne områder er kendetegnet ved synkende vandløb, huler, lukkede fordybninger, riflede klippeudskæringer og store fjedre. Betydelig stenopløselighed alene er utilstrækkelig til at producere karst. Stenstruktur og litologi er også vigtige: tætte, massive, rene og groft brudte klipper udvikler den bedste karst…erfaringen viser, at mange hydrogeologer fejlagtigt antager, at hvis karstlandformer er fraværende eller ikke indlysende på overfladen, vil grundvandssystemet ikke være karstisk. Denne antagelse kan føre til alvorlige fejl i grundvandsforvaltningen og miljøkonsekvensvurderingen, fordi grundvandscirkulationen kan udvikle sig, selvom overfladekarst ikke er synlig.”
funktioner
listen over karstfunktioner, der er resultatet af opløsning og erosionelle karstificeringsprocesser, er lang og inkluderer forskellige mikro-og makrooverfladiske og underjordiske objekter. Blandt dem er karrens eller lapies, doliner eller synkehuller, uvalas, poljes, blinde og hængende Dale, synkende vandløb, huler (figur 3), ponorer eller sluge huller (figur 4), huller, huler (figur 5).
ordliste for disse og mange andre udtryk anvendt i karstologi er tilgængelig her (vedligeholdt af Aleksandr Klimchouk et al.)
klassificering af karst-akviferer
af karst – akviferer-karakterisering og teknik, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
“sedimentære karstiske klipper kan generelt klassificeres i de to hovedgrupper:
- carbonat klipper
- evaporit klipper
carbonat klipper er dannet af calcium og magnesium mineraler: calcit, dolomit, aragonit og magnesit, og omfatter de to store grupper:
- kalksten (CaCO3) og
- dolomitter (CaCO3 * MgCO3)
med en bred vifte af sorter.
til evaporitgruppen hører klipper og mineraler, der indeholder SO4-eller Cl-anioner:
- anhydrit (CaSO4),
- gips (CaSO4 2H2O)
- Halit (NaCl) og
- sylvite (KCl).
opløsningen af calcit (1) dolomit (2) og gips (3) udtrykkes ved følgende ligninger:
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3 (1)
CaMg(CO3)2 + 2H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3 (2)
CaSO4 x 2H2O → Ca2+ + SO4 2- + 2H2O (3)
According to the dominant type of rocks of which karstic aquifer consists the following classification can be made:
- Carbonate karst aquifer,
- Dolomitic karst aquifer,
- Marble karst aquifer,
- Chalky karst aquifer,
- Anhydritic karst aquifer,
- Gypsum karst aquifer,
- Halitic karst aquifer.
under hensyntagen til strukturer og hydrodynamiske egenskaber er der:
- ikke-raffineret karstisk akvifer (figur 6),
- begrænset karstisk akvifer,
- Semi-begrænset karstisk akvifer.”
hydrogeologiske egenskaber ved karstakviferer
af Nico Goldscheider (KC ‘ s hjemmeside, 2009-2013)
“Evolution: karst-akviferer dannes ved strømmende vand indeholdende kulsyre (CO2), der opløser karbonatsten. Derfor er der en tæt sammenhæng mellem akviferudvikling, dannelse af huler (speleogenese) og grundvandsstrøm.
individualitet: selvom der er mange ligheder mellem forskellige karst-systemer, er hvert karst-system også et specielt tilfælde, og generalisering er vanskelig. Figur 7 præsenterer en forenklet model af en typisk karstakvifer.
heterogenitet: karst-akvifers egenskaber varierer meget i rummet. Der kan være store mængder vand i en hule, men et borehul et par meter væk kan være helt tørt.
anisotropi: Akviferens hydrauliske egenskaber afhænger af orienteringen af geologiske stofelementer; for eksempel er den hydrauliske ledningsevne typisk høj i retning af store brud og ledninger, men kan være lav i andre retninger.
dualitet af genopladning: Genoplad vand kan stamme fra selve karstområdet (autogen genopladning) eller fra tilstødende ikke-karstiske områder (allogen genopladning).
dualitet af infiltration: Infiltration forekommer gennem jorden og umættet område (diffus infiltration) og kan også koncentreres via svalehuller/dræn (punktinfiltration).
dualitet af porøsitet og strømning: der er to eller endda tre typer porøsitet i karst-akviferer: intergranulære porer i klippematricen, almindelige sten-diskontinuiteter såsom brud (sprækker) og sengetøjsplaner og opløseligt forstørrede hulrum såsom kanaler og ledninger udviklet fra de indledende diskontinuiteter. Mens grundvandsstrømmen i matricen og små sprækker typisk er langsom og laminær, er strømmen i karstledninger (huler) ofte hurtig og turbulent.
variabilitet: Vandbordet i karst-akviferer kan undertiden svinge 10 ‘erne eller endda 100’ erne meter i korte perioder, og karst-fjedre viser typisk hurtige variationer i udledning og vandkvalitet.”
Karst inden for rammerne af regionale strømningssystemer
af Judit M. 2010)
Epigene karst: dette er produktet af den ætsende virkning af infiltrerende grundvand på karbonatakviferer. Det kan udvikle sig i lavvandede, dybest set ukonfinerede carbonater og er relateret til opløsningseffekter af koldt vand i lokale strømningssystemer. Dette er de typiske karstområder med karakteristiske overflade-og undergrundsfunktioner.
Dyb karst: Karst, hvor den strækker sig til betydelige dybder under basisniveau.
Hypogen karst: genereret af dyb energi, væske-og gaskilder inklusive retrograd calcitopløselighed, blanding af korrosion af forskellige væsker induceret af tværformationsstrøm og opløsning af geogene syrer. Det kan udvikle sig i dybe begrænsede karstområder forbundet med lunkent og termisk vand i regionale eller mellemliggende strømningssystemer uden nogen væsentlige overfladefunktioner.
anbefalede referencer til videre læsning:
Goldscheider N, M. Hydrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) Hypogen speleogenese: hydrogeologisk og morfogenetisk perspektiv. Specialpapir nr. 1, Nationale Cave og Karst Research Institute, Carlsbad, NM,
Mádl-Szonyi J Tóth Μ (2015) Bassin-skala konceptuelle grundvand flow model for en unconfined og begrænset tyk karbonat-regionen. Hydrogeol J 23 (7): 1359-1380
metoder til at studere karst akvifersystemer
af Nico Goldscheider (KC ‘ s hjemmeside, 2009-2013)
“på grund af de ovenfor beskrevne egenskaber mislykkes konventionelle hydrologiske og hydrogeologiske metoder ofte, når de anvendes på karst; deres tilpasninger og karst-specifikke metoder er derfor påkrævet.
geologiske metoder: Litologien, stratigrafi, brud, fejlmønster og foldestrukturer er afgørende for forståelsen af grundvandsstrømmen i karstakviferer.
speleologi: ledninger og underjordiske kanaler er afgørende for grundvandsstrømmen i karst-akviferer. Huler gør det muligt at komme ind i akviferen og direkte observere og studere en del af kanalkanalnetværket.
hydrologiske metoder: på grund af den høje variation i strømningshastigheder for synkende vandløb, hulestrømme og karstfjedre er kontinuerlig overvågning af vandmængde og kvalitet afgørende i karsthydrogeologiske undersøgelser.
hydrauliske metoder: potentiometriske kort og hydrauliske test i borehuller og brønde anvendes i vid udstrækning i hydrogeologi, men kræver specifikke tilpasninger, når de anvendes på karst.
Isotopteknikker: stabile og radioaktive isotoper kan hjælpe med at identificere vandets Oprindelse, bestemme transittider og karakterisere blandingsprocesser.
Sporprøver: Sporingstest (figur 8) er den mest kraftfulde metode til at identificere punkt-til-punkt-forbindelser (typisk mellem svalehuller/dræn og fjedre), til at afgrænse karstfjederafvandinger og til at karakterisere strømning og transport i ledningsnetene.
geofysiske metoder: Geofysik kan hjælpe med at identificere placeringer til brøndboring, undersøge hulrum under jorden (potentielle synkehuller) og få anden information om akviferstrukturen.
modellering: matematiske modeller kan bidrage til bedre at forstå speleogenese, strømning og transport i karst-akviferer. Figur 9), hvor anvendelsen af konventionelle grundvandsstrømningsmodeller i karst-miljøer gav katastrofalt forkerte resultater og resulterede i afgrænsning af groft utilstrækkelige kildebeskyttelsesområder, hvilket førte til sygdomsudbrud, alt sammen fordi karst ‘ s specifikke karakter blev ignoreret.”
karst grundvandsudnyttelse
af karst Stevanovi Karst (Karst akviferer-karakterisering og teknik, Springer, 2015, s. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
vandkvalitet
“opløsningen af klipper og varigheden af direkte vand – stenkontakt resulterer i variabel grundvandskvalitet ved udledningspunkter. Mineralkomponenterne i karstvand afhænger af sammensætningen af klipperne, gennem hvilke vand siver: Hydrocarbonat (HCO3) – calcium Ca) type vand skabes ved opløsning af calciumcarbonat, som er en dominerende type vand i kalksten, mens hydrocarbonat (HCO3) – magnesium (Mg) type grundvand er til stede i mindre grad og er regelmæssigt forbundet med dolomitiske klipper.
Langmuir (fysiske og kemiske egenskaber ved karbonatvand, 1984) opregnede processer, der styrer og påvirker grundvandets kvalitet, inden det når fjederstedet eller brøndhovedet. Disse processer er som følger:
- sammensætningen af den infiltrerede atmosfæriske nedbør;
- Evapotranspirationstab fra grundvandsopladning og lavt grundvand;
- surheden og graden af undermætning af grundvandsopladning;
- tilgængeligheden og opløseligheden af carbonat og tilhørende klipper, herunder Halit, gips og anhydrit;
- opløsningshastigheder for klipperne og kontakttid;
- hydrologiske processer såsom fortynding ved genopladning af ferskvand og blanding af forskelligt grundvand;
- menneskeskabte processer, herunder grundvandsforurening forårsaget af affald og udvaskning fra fast affald.
det er næsten en regel, at grundvand i åbne karststrukturer er lavmineraliseret, hvilket er et resultat af den intensive vandudveksling og hurtig filtrering. I dybere dele af akviferen resulterer langsommere filtrering i en stigning i mineralisering. Denne variation er ofte minimal, men indikerer ikke desto mindre en vis differentiering, der kan være vigtig under særlige omstændigheder (f.eks.
for karbonatkarst er kvaliteten af naturlige karstvand derfor næsten pr.definition fremragende: det bekræftes mange steder over hele verden, at vand, der udsendes fra ubefolkede afvandingsområder på bjergmassiver, er hygiejnisk og rent, mens der kun undtagelsesvis kunne være en lille mængde bakterier til stede. Men hvis forureningskilder er til stede i oplandet af en ubestemt karstisk akvifer, følger der alvorlige farer.
Tapping af karstvand
Tapping af grundvand er aldrig en let opgave, stort set fordi vi har at gøre med en “usynlig ressource”. Situationen er dog endnu mere kompliceret, når vi beskæftiger os med en ikke-homogen og anisotropisk akvifer som karst: det er meget ofte nødvendigt at nå, fange og fange grundvand, der cirkulerer gennem hulrum eller gennem porøse blokke isoleret fra resten af klippemassen.
vi kan skelne mellem de to vigtigste former for aflytning grundvand i karst:
- Tapping af karstisk grundvandsstrøm ved udledningspunkter – fjedre (Figur 10).
- Tapping af karstisk grundvandsstrøm inden for akviferens afvandingsområde – kunstige strukturer såsom brønde, gallerier eller andre lignende strukturer (Figur 11).
grundvand udnyttes ikke kun til at udnytte det til drikke -, industri -, varmeudvindings-eller kunstvandingsformål, men også til afvanding i tilfælde af miner, byområder eller dyrkede arealer, der skal beskyttes mod et højt grundvandsbord.
brug til forskellige formål
de karstiske fjedre anvendes i vid udstrækning som kilde til drikkevandsforsyning. Mange lande udnytter karstiske kilder, simpelthen fordi der ikke er andre alternativer, men i mange andre lande er bevidstheden om deres betydning og den gode vandkvalitet, de giver, en vigtig faktor for en sådan beslutning. De karstiske akviferer har en betydelig del af vandforsyningen i følgende regioner: Sydøsteuropa (Alperne og Karpaterne), Middelhavsområdet, Mellemøsten og Mellemøsten, den arabiske halvø og Afrikas Horn, det sydøstlige Asien, Nordafrika, Det Caribiske bassin og Mellemamerika og den sydlige del af USA.
naturlig dræning af akviferer gennem kilder kan dække vandbehov i vid udstrækning: fra forsyning til multimillioner af byer på regionalt plan til det meget lokale niveau, hvor forsyningen til kun et eller flere huse vedrører. Selvom sidstnævnte ikke er et stort problem med hensyn til mængden af vand, kræves der for den store forbruger en meget stor akvifer og fjederudladning. Der er en bred vifte af anvendelser af karstiske farvande. I tørre områder i Mellemøsten og Mellemøsten er det for eksempel meget almindeligt at tappe på karstiske kilder og konstruere tyngdekraftskanaler til vanding af agerjord. Kildevand bruges også i vid udstrækning til vanding af dyr, og ferskvand af god kvalitet giver sikkerhed for dyresundhed og vækst.
brugen af karstiske farvande i vandkraftproduktion ved at udnytte højt hydraulisk hoved er hovedsagelig begrænset til Alperne, mens termiske egenskaber ved karstiske farvande og kilder anvendes andre steder. Endelig er antallet af karstiske kilder, der anvendes i verdens vandflaskeindustri, der har en årlig omsætning på omkring 13 milliarder dollars, meget stort, og karstiske akviferer fører sandsynligvis listen over akviferer, hvor sådanne kilder stammer fra”.
anbefalede referencer til videre læsning:
Bakalovic M (2005) Karst grundvand: en udfordring for nye ressourcer. Hydrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Karst hydrologi med særlig henvisning til den Dinariske Karst. Springer-Verlag, Berlin, 184 s.
Burger a, Dubertet L (eds) (1984) Hydrogeologi af karstiske terræn. Sagshistorier. Internationale Bidrag til Hydrogeologi, IAH, bind 1, Verlag Heins Heise, Hannover, 264 s.
Karst hydrogeologi og menneskelige aktiviteter. Konsekvenser, konsekvenser og implikationer. Balkema, Rotterdam, 322 s.
Ford D, Vilhelm P (2007) Karst hydrogeologi og geomorfologi. 576 s.
Goldscheider N, Trak D (Eds.) (2007) metoder i Karst Hydrogeologi. Taylor & Francis, London, 264 s.
K Krisss V (1998) Sporingsteknik i Geohydrologi. Balkema, Rotterdam, 581 s.
Kresic N, Stevanovi) (2010) Grundvandshydrologi af fjedre. Teknik, teori, ledelse og bæredygtighed. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 s.
Kresic N (2013) vand i Karst. Ledelse, sårbarhed og restaurering. Mcgrave Hill, København, 708 pp.
Milanovi Kurt P (2004) Vandressourceteknik i Karst. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 pp.
Palmer an, Palmer MV, Sasovsky ID (Eds.) (1999) Karst Modellering. Særlig publikation 5, Karst Vandinstitut, Charles by, VV, 256 s.
Parise, M. & Gunn, J. (eds) 2007. Naturlige og menneskeskabte farer i Karstområder: anerkendelse, analyse og afbødning. Geol. Soc. London, sp. publ., 279 s.
Stevanovi) (2015) Karst akviferer – karakterisering og teknik. Serie: professionel praksis i Jordvidenskab, Springer praktikant. Publ., 692 s.
hvid VB (1988) geomorfologi og hydrologi af Karst terræn. University Press, Ny, NY, 464 s.