etymologie
door Neven Kresic(Water in Karst, Mc Graw Hill, 2013, p. xiii)
“Karst is een wetenschappelijke term genoemd naar het geografische district tussen Slovenië en Triëst, Italië, dat een zeer duidelijk landschap heeft. Het is een Germaniseerd woord voor “carso” (in het Italiaans) en” kras ” (Sloveens); alle drie de woorden zijn afgeleid van het Indo-Europese woord “kar” of “karra”, wat rots betekent…sommige gemeenschappelijke woorden uit de Slavische talen van de Karst regio zijn internationale wetenschappelijke termen geworden die Karst kenmerken beschrijven, voornamelijk dankzij de Servische geomorfoloog Jovan Cvijić die de eerste was om een doctoraal proefschrift te verdedigen en een wetenschappelijke monografie uitsluitend gewijd aan karst publiceren (Cvijić, 1893).”(Figures 1,2)
Landscape
by Derek Ford & Paul Williams (Karst Hydrogeology and Geomorfology, Wiley, 2007, p. 1)
” we kunnen karst definiëren als een terrein met kenmerkende hydrologie en landvormen die voortkomen uit een combinatie van hoge oplosbaarheid in gesteente en goed ontwikkelde secundaire (breuk) porositeit. Dergelijke gebieden worden gekenmerkt door zinkende beken, grotten, ingesloten depressies, gecanneleerde rotspartijen en grote bronnen. Een aanzienlijke Oplosbaarheid in gesteente alleen is onvoldoende om karst te produceren. Rotsstructuur en lithologie zijn ook belangrijk: dichte, massieve, zuivere en grof gebroken rotsen ontwikkelen de beste karst … de ervaring leert dat veel hydrogeologen ten onrechte veronderstellen dat als karst landvormen ontbreken of niet duidelijk op het oppervlak, dan is het grondwatersysteem niet karstisch zal zijn. Deze veronderstelling kan leiden tot ernstige fouten in grondwaterbeheer en milieueffectrapportage, omdat grondwatercirculatie zich kan ontwikkelen, ook al is Oppervlakte karst niet zichtbaar.”
eigenschappen
de lijst van karsteigenschappen die het resultaat zijn van processen van ontbinding en erosionale karstificatie is lang en omvat een verscheidenheid aan micro-en macrosurficiële en ondergrondse objecten. Onder hen zijn karrens of lapies, dolines of zinkgaten, uvalas, poljes, blinde en hangende valleien, zinkende beken, grotten (Figuur 3), ponors of slikgaten (Figuur 4), kuilen, grotten (Figuur 5).
glossarium voor deze en vele andere termen gebruikt in de karstologie is hier beschikbaar (onderhouden door Alexander Klimchouk et al.)
Classificatie van karst watervoerende pakketten
door Zoran Stevanović (Karst Aquifers – Karakterisering en Engineering, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
“Sedimentaire de kalkstenen rotsen kunnen over het algemeen worden ingedeeld in twee grote groepen:
- carbonaat rotsen
- evaporite rotsen
De carbonaat rotsen zijn gevormd door calcium-en magnesium-mineralen: calciet, dolomiet, aragoniet en magnesiet, en zijn de twee grote groepen:
- kalksteen (CaCO3), en
- Dolomieten (CaCO3 x MgCO3))
met een breed scala aan variëteiten. Tot de evaporietgroep behoren gesteenten en mineralen die SO4 of Cl anionen bevatten .:
- anhydriet (CaSO4),
- gips (CaSO4 x 2H2O)
- haliet (NaCl), en
- sylviet (KCl).
het oplossen van calciet (1) dolomiet (2) en gips (3) wordt uitgedrukt door de volgende vergelijkingen:
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.
rekening houdend met structuren en hydrodynamische eigenschappen, zijn er:
- onbeperkte karsthoudende aquifer (Figuur 6),
- beperkte karsthoudende aquifer,
- Semi-beperkte karsthoudende aquifer.”
hydrogeologische kenmerken van Karst aquifers
door Nico Goldscheider (website van KC, 2009-2013)
“evolutie: Karst aquifers vormen zich door stromend water dat koolstofdioxide (CO2) bevat dat carbonaatgesteenten oplost. Daarom is er een nauwe relatie tussen aquifer evolutie, de vorming van grotten (speleogenese) en grondwaterstroming.Individualiteit: hoewel er veel overeenkomsten zijn tussen verschillende karstsystemen, is elk karstsysteem ook een speciaal geval en generalisatie is moeilijk. Figuur 7 toont een simplistisch model van een typische Karst aquifer.
heterogeniteit: de eigenschappen van karstwatervoerende lagen variëren sterk in de ruimte. Er kunnen grote hoeveelheden water in een grot zijn, maar een boorgat op een paar meter afstand kan volledig droog zijn.
anisotropie: De hydraulische eigenschappen van de aquifer hangen af van de oriëntatie van geologische weefselelementen; bijvoorbeeld, de hydraulische geleidbaarheid is meestal hoog in de richting van grote breuken en leidingen, maar kan laag zijn in andere richtingen.
dualiteit van oplaad: Oplaadwater kan afkomstig zijn van het karstgebied zelf (autogene oplaad) of van aangrenzende niet-karstische gebieden (allogene oplaad).
dualiteit van infiltratie: infiltratie vindt plaats via de bodem en onverzadigde zone (diffuse infiltratie), en kan ook geconcentreerd zijn via slikgaten/gootstenen (puntinfiltratie).Dualiteit van porositeit en stroming: er zijn twee of zelfs drie soorten porositeit in Karst aquifers: intergranulaire poriën in de gesteentenmatrix, gemeenschappelijke gesteente-discontinuïteiten zoals breuken (scheuren) en beddingvlakken, en oplosbaar vergrote holtes zoals kanalen en leidingen ontwikkeld uit de initiële discontinuïteiten. Terwijl de grondwaterstroom in de matrix en kleine spleten meestal traag en laminair is, is de stroom in karstbuizen (grotten) vaak snel en turbulent.
variabiliteit: De grondwaterstand in Karst aquifers kan in korte tijd soms 10s of zelfs 100s meter schommelen, en karstveren vertonen meestal snelle variaties in lozing en waterkwaliteit.”
Karst within the context of regional flow systems
by Judit Mádl-Szőnyi (White, 1969; Mádl-Szőnyi and Tóth 2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider et al. 2010)
Epigene karst: Dit is het product van het corrosieve effect van infiltratie van grondwater op carbonaathoudende aquifers. Het kan evolueren in ondiepe, in principe onbeperkte carbonaten en is gerelateerd aan oplossingseffecten van koud water in lokale stroomsystemen. Dit zijn de typische karstgebieden met karakteristieke oppervlakte-en ondergrondkenmerken.
diep karst: Karst waar het zich uitstrekt tot aanzienlijke diepten onder het basisniveau.
Hypogeen karst: gegenereerd door diepe energie -, vloeistof-en gasbronnen, waaronder retrograde calcietoplosbaarheid, het mengen van corrosie door verschillende vloeistoffen veroorzaakt door cross-formational flow, en het oplossen door geogene zuren. Het kan evolueren in diepe ingesloten karstgebieden geassocieerd met lauwwarm en thermisch water van regionale of intermediaire stromingssystemen zonder enige significante oppervlaktekenmerken.
Recommended references for further reading:
Goldscheider N, Mádl-Szőnyi J, Erőss a, Schill E (2010) Thermal water resources in carbonate rock aquifers. Hydrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) Hypogene speleogenese: hydrogeologisch en morfogenetisch perspectief. Speciaal papier nr. 1, National Cave and Karst Research Institute, Carlsbad, NM
Mádl-Szőnyi J Tóth Á (2015) Basin-scale conceptual groundwater flow model for an unfined and confined thick carbonate region. Hydrogeol J 23 (7): 1359-1380
methoden voor de studie van Karst aquifer systems
door Nico Goldscheider (website van KC, 2009-2013)
“vanwege de hierboven beschreven kenmerken falen conventionele hydrologische en hydrogeologische methoden vaak wanneer ze op karst worden toegepast; hun aanpassingen en karstspecifieke methoden zijn daarom vereist.
geologische methoden: De lithologie, stratigrafie, fracturering, foutenpatroon en vouwstructuren zijn cruciaal voor het begrijpen van de grondwaterstroom in Karst aquifers.
speleologie: leidingen en ondergrondse kanalen zijn van cruciaal belang voor de grondwaterstroom in karstwatervoerende lagen. Grotten maken het mogelijk om de aquifer binnen te gaan en direct een deel van het leidingnet te observeren en te bestuderen.
hydrologische methoden: vanwege de grote variabiliteit van de stroomsnelheden van zinkende stromen, grotstromen en karstbronnen is continue monitoring van de hoeveelheid en kwaliteit van het water cruciaal in hydrogeologische karststudies.
hydraulische methoden: potentiometrische kaarten en hydraulische proeven in boringen en putten worden op grote schaal toegepast in de hydrogeologie, maar vereisen specifieke aanpassingen wanneer deze op karst worden toegepast.
Isotopentechnieken: stabiele en radioactieve isotopen kunnen helpen de oorsprong van het water te bepalen, de transittijden te bepalen en mengprocessen te karakteriseren.
Indicatortests: Tracer-tests (Figuur 8) zijn de krachtigste methode om punt-tot-puntverbindingen te identificeren (meestal tussen slikgaten/spoelbakken en veren), om de stroomgebieden van de karstveer af te bakenen en om de stroom en het transport in de leidingnetwerken te karakteriseren.Geofysische methoden: Geofysica kan helpen bij het identificeren van boorputten, het onderzoeken van ondergrondse Holten (potentiële zinkgaten) en het verkrijgen van andere informatie over de structuur van de aquifer.
modellering: wiskundige modellen kunnen helpen om speleogenese, stroming en transport in karstwaterlagen beter te begrijpen. Er zijn echter voorbeelden (bv. figuur 9) waarin de toepassing van conventionele grondwaterstromingsmodellen in karstmilieus catastrofale verkeerde resultaten heeft opgeleverd en heeft geleid tot de afbakening van ernstig inadequate beschermingszones aan de bron, wat heeft geleid tot uitbraken van ziekten, allemaal omdat de specifieke aard van karst niet in acht werd genomen.”
Karst grondwatergebruik
door Zoran Stevanović (Karst Aquifers-Characterization and Engineering, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
waterkwaliteit
” het oplossen van gesteente en de duur van direct contact tussen water en gesteente resulteren in een variabele grondwaterkwaliteit op lozingspunten. De minerale bestanddelen van het karstwater zijn afhankelijk van de samenstelling van de rotsen waardoor het water sijpelt: Hydrocarbonaat (HCO3) – calcium Ca) watersoort ontstaat door het oplossen van calciumcarbonaat, een overheersend watertype in kalksteen, terwijl het hydrocarbonaattype (HCO3) – magnesium (Mg) grondwater in mindere mate aanwezig is en regelmatig verbonden is met Dolomieten.
Langmuir (Physical and chemical characteristics of carbonate water, 1984) somde processen op die de kwaliteit van het grondwater controleren en beïnvloeden voordat het de bron of bronkop bereikt. Deze processen zijn als volgt::
- De samenstelling van de geïnfiltreerd atmosferische neerslag;
- Evapotranspiratie verliezen van grondwater op te laden en ondiep grondwater;
- De zuurgraad en de mate van undersaturation van het grondwater te laden;
- de beschikbaarheid en De oplosbaarheid van calciumcarbonaat en bijbehorende rotsen, met inbegrip van halite, gips en anhydriet;
- de Tarieven van de oplossing van de rotsen en neem contact op met tijd;
- Hydrologisch processen zoals verdunning met zoet water op te laden en mengen van verschillende grondwater; Antropogene processen, waaronder grondwaterverontreiniging door afvalstoffen en percolaten uit vaste afvalstoffen.
het is bijna een regel dat grondwater in open karststructuren laag gemineraliseerd is, hetgeen het gevolg is van de intensieve wateruitwisseling en snelle filtratie. In diepere delen van de aquifer resulteert een tragere filtratie in een toename van de mineralisatie. Deze variatie is vaak minimaal, maar wijst niettemin op een zekere differentiatie die onder specifieke omstandigheden (bijvoorbeeld wanneer er sprake is van vervuiling) belangrijk kan zijn. Daarom is in het geval van carbonaatkarst de kwaliteit van het natuurlijke karstwater bijna per definitie uitstekend: op veel plaatsen wereldwijd wordt bevestigd dat water dat afkomstig is uit niet-bevolkte stroomgebieden op bergmassieven, hygiënisch en zuiver is, terwijl er slechts bij uitzondering een kleine hoeveelheid bacteriën aanwezig kan zijn. Maar als er verontreinigingsbronnen aanwezig zijn in het stroomgebied van een ongebreidelde karsthoudende aquifer, dan volgen er ernstige gevaren.
tappen van karstwater
tappen van grondwater is nooit een gemakkelijke taak, vooral omdat we te maken hebben met een “onzichtbare hulpbron”. De situatie is echter nog ingewikkelder als we te maken hebben met een niet-homogene en anisotrope aquifer zoals karst: het is heel vaak nodig om grondwater te bereiken, te vangen en op te vangen dat circuleert door holten of door poreuze blokken die geïsoleerd zijn van de rest van de rotsmassa.
we kunnen de twee belangrijkste soorten tapwater in karst onderscheiden:
- aftappen van de karstische grondwaterstroom op lozingspunten-bronnen (Figuur 10).
- aftappen van karstisch grondwater in het stroomgebied van de aquifer-kunstmatige structuren zoals putten, galerijen of andere soortgelijke structuren (Figuur 11).
grondwater wordt niet alleen gebruikt voor drink -, industriële, warmte-extractie-of irrigatiedoeleinden, maar ook voor ontwatering in mijnputten, stedelijke gebieden of cultuurgrond die tegen een hoge grondwatertafel moet worden beschermd.
gebruik voor verschillende doeleinden
de karstveren worden op grote schaal gebruikt als bron van drinkwatervoorziening. Veel landen maken gebruik van karstbronnen simpelweg omdat er geen andere alternatieven zijn, maar in veel andere landen is het bewustzijn van hun belang en de goede waterkwaliteit die ze bieden een belangrijke factor voor een dergelijke beslissing. De karstachtige aquifers hebben een aanzienlijk deel van de watervoorziening in de volgende regio ‘ s: Zuidoost-Europa (Alpen en Karpaten), het Middellandse-Zeegebied, het Nabije Oosten en Midden-Oosten, het Arabische schiereiland en de Hoorn van Afrika, Zuidoost-Azië, Noord-Afrika, Het Caribische bekken en Midden-Amerika, en het zuidelijke deel van de VS.
natuurlijke drainage van aquifers door bronnen kan de waterbehoefte op grote schaal dekken: van de voorziening tot miljoenen steden op regionaal niveau, tot het zeer lokale niveau wanneer het gaat om de levering aan slechts één of meerdere huizen. Hoewel dit laatste geen groot probleem is in termen van hoeveelheid water, zijn voor de grote consument een zeer grote aquifer en veerafvoer nodig. Er is een breed scala aan toepassingen van karstische wateren. In droge gebieden in het Nabije Oosten en het Midden-Oosten is het bijvoorbeeld heel gebruikelijk om karstbronnen aan te boren en zwaartekrachtkanalen aan te leggen voor het irrigeren van bouwland. Bronwater wordt ook veel gebruikt voor het drenken van dieren, en zoet water van goede kwaliteit biedt zekerheid voor de gezondheid van dieren en groei.
het gebruik van karstisch water bij de opwekking van waterkracht door gebruik te maken van een hoge hydraulische kop is voornamelijk beperkt tot de Alpen (Oostenrijk, Zwitserland), terwijl de thermische eigenschappen van karstisch water en bronnen elders worden gebruikt. Tot slot, het aantal karstische bronnen gebruikt in ’s werelds water bottelen industrie die een jaarlijkse omzet van ongeveer $13 miljard loopt is zeer groot en karstische aquifers waarschijnlijk leiden de lijst van aquifers waar dergelijke bronnen vandaan komen”.
aanbevolen referenties voor verdere lezing:
Bakalowicz m (2005) Karst grondwater: een uitdaging voor nieuwe hulpbronnen. Hydrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Karst hydrologie met speciale verwijzing naar de Dinarische Karst. Springer-Verlag, Berlin, 184 pp.Burger A, Dubertret L (eds) (1984) Hydrogeology of karstic terreins. Anamnese. International Contributions to Hydrogeology, IAH, vol 1, Verlag Heinz Heise, Hannover, 264 pp.
Drew D, Hötzl H (1999) Karst Hydrogeology and Human Activities. Gevolgen, gevolgen en implicaties. Balkema, Rotterdam, 322 pp.
Ford D, Williams P (2007) Karst Hydrogeology and Geomorfology. Wiley, 576 pp.
Goldscheider N, Drew D (Eds.) (2007) Methods in Karst Hydrogeology. Taylor & Francis, London, 264 pp.
Käss W (1998) Tracing Technique in geohydrologie. Balkema, Rotterdam, 581 pp.
Kresic N, Stevanović Z (Eds.) (2010) grondwater hydrologie van bronnen. Engineering, theorie, Management en duurzaamheid. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 pp.
Kresic N (2013) Water in Karst. Beheer, kwetsbaarheid en herstel. McGraw Hill, New York, 708 pp. Milanović P (2004) Water Resources Engineering in Karst. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 pp.Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Eds.) (1999) Karst Modeling. Speciale publicatie 5, Karst water Institute, Charles Town, WV, 256 pp.
Parise, M. & Gunn, J. (eds) 2007. Natuurlijke en antropogene gevaren in karstgebieden: herkenning, analyse en mitigatie. Geol. Soc. London, sp. publ., 279 pp.
Stevanović Z (Ed.) (2015) Karst Aquifers-karakterisering en techniek. Serie: professionele praktijk in Aardwetenschappen, Springer stagiair. Publ., 692 pp. White WB (1988) geomorfologie en hydrologie van karstgebieden. Oxford University Press, New York, NY, 464 pp.