Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet
Disertacija, 2010.

Podzemni tokovi u zaleđu krških priobalnih izvora na području Velebitskog kanala

Andrej Stroj

Područje krškog masiva Sjevernog Velebita između ponornih zona rijeka Like i Gacke i priobalnih izvora Velebitskog kanala do sada nije bilo predmet detaljnih hidrogeoloških istraživanja. Trasiranjem podzemnih tokova utvrđeno je vrlo široko područje istjecanja trasera, od izvorišta Novljanska Žrnovnica na sjeveru, pa sve do izvora Kralić kod Karlobaga na jugu. Ukupna širina ovog područja iznosi oko 65 km, dok je izravna udaljenost ponornih zona od mora znatno manja, te iznosi oko 25 km. Uslijed gotovo potpunog prekrivanja područja pojave trasera upuštenih u ponore Like i Gacke, izdvajanje pojedinačnih sljevova značajnijih izvora između Novljanske Žrnovnice i Karlobaga nije moguće. Izravni podzemni slijev ovih izvora uključuje područje između ponornih zona i obale mora, dok ukupni uključuje i cjelokupne sljevove rijeka Like i Gacke. Izvorišna zona Novljanske Žrnovnice dijelom se napaja i s područja jugozapadnih dijelova Velike Kapele, od Lič polja do Vratnika i Brinja. Granice razmatranog slijeva najvećim su dijelom smještene unutar područja izgrađenih od okršenih karbonatnih stijena, te je njihov položaj u velikoj mjeri pretpostavljen.

Glavne hidrogeološke funkcije pojedinih dijelova istraživanog područja određene su interpretacijom litoloških, strukturnih i geomorfoloških značajki terena. Pojava slabo propusnih (klastičnih i magmatskih) stijena na području Senjske drage tvori jedinu potpunu barijeru podzemnim tokovima unutar izravnog slijeva priobalnih izvora. Područja recentno aktivnih rasjednih zona desnog horizontalnog pomaka određena su na temelju analize geomorfoloških značajki terena. Ove zone čine pretežito transkurentni rasjedi pružanja ZSZ-IJI, SZ-JI i SSZ-JJI. Na priobalnoj strani zona Velebitskog rasjeda pružanja S-J prekida kontinuitet spomenutih dijagonalnih i poprečnih rasjeda. Speleološkim istraživanjima dubokih jama Sjevernog Velebita ustanovljena je duboka vadozna zona unutar središnjeg dijela karbonatnog masiva. Znatno više razine podzemne vode na području ponornih zona ukazuju na nagli pad razine u istočnom dijelu masiva. Jedan od uzroka tome može biti hidrogeološka funkcija rasjednih zona koje mogu tvoriti djelomične barijere podzemnim tokovima vode. Aktivni rasjedi uzvodno dijelom usmjeruju podzemne tokove paralelno svom pružanju (prema SSZ), a dijelom ih raštrkano propuštaju izravno prema Velebitskom kanalu. Drugi mogući uzrok je proces retrogradnog napredovanja okršavanja, koji je uzrokovan izdizanjem masiva, tj. spuštanjem erozijske baze. No učinci aktivnih rasjednih zona i napredovanja okršavanja vjerojatno se međusobno dopunjuju. Područja krškog sustava uzvodno (ličko zaleđe) i nizvodno (masiv Velebita) od zone naglog pada razine hidraulički su razdvojena, pa ih se može promatrati kao zasebne dijelove kaskadnog sustava. Ovo omogućuje znatno različite smjerove podzemnih tokova vode unutar pojedinih dijelova sustava.

Rezultati analize satelitske TIC snimke omogućuju prepoznavanje i usporedbu izdašnosti značajnijih priobalnih izvorišnih zona. Na razmatranom području priobalja prepoznate su 24 zone izviranja podzemne vode, od kojih je većina prostorno grupirana u tri glavne zone: područje Novljanske Žrnovnice, šire područje Jurjevske Žrnovnice, te područje južno od Jablanca.

Uspostava opažanja razina i drugih fizikalnih značajki podzemne vode na najznačajnijim priobalnim izvorima i speleološkim objektima u području ponornih zona daje uvid u lokalne i regionalne značajke podzemnih tokova. Analizom i interpretacijom podataka dobivenih uspostavljenim opažanjem, utvrđene su značajne razlike uvjeta istjecanja i strukture vodonosnika na području pojedinih priobalnih izvora. Na području ponornih zona utvrđena je izrazita heterogenost i hidraulička nepovezanost podzemnih tokova. Recesijske značajke Novljanske Žrnovnice svrstavaju vodonosnik u zaleđu izvorišta u regionalni krški sustav sastavljen iz više podsustava. Analizom vremenskih serija utvrđen je značajniji utjecaj oborina s područja Velebita na izvorišta Jurjevsku Žrnovicu i Bačvice, dok na Novljansku Žrnovnicu značajnije utječu oborine s područja južnog dijela Velike Kapele. Maksimalni koeficijenti korelacije promjena hidrološkog stanja izvora i speleoloških objekata znatno su viši u odnosu na korelaciju stanja izvora i pojava oborina u slijevu. Mjerenja razine vode u speleološkim objektima potvrđuje generalni smjer toka u zaleđu Velebita od juga prema sjeveru. Reakcija na uviranje Gacke u Perinku tijekom sušnog razdoblja utvrđena je na Jurjevskoj Žrnovnici uz kašnjenje od jednog dana, a na Novljanskoj Žrnovnici uz kašnjenje od četiri do pet dana.

Rezultati ovog rada u velikoj mjeri povećavaju stupanj poznavanja kompleksnog vodonosnog sustava u zaleđu priobalnih izvora, ali ostavljaju prostor i za nastavak istraživanja. Dodatni uvid u značajke sustava moguće je postići detaljnijom upotrebom primijenjenih metoda, kao i primjenom do sada nekorištenih metoda istraživanja kao sto su izotopna i hidrokemijska istraživanja.


Ključne riječi: hidrogeologija, priobalni krški izvori, analiza vremenskih serija, recesija hidrograma, trasiranja, termalne satelitske snimke, Sjeverni Velebit
 

Andrej Stroj
UNDERGROUND WATER FLOWS IN THE HINTERLAND OF THE VELEBIT CHANNEL COASTAL KARST SPRINGS
DOCTORAL THESIS

ABSTRACT
The North Velebit karst mountain massif situated between the sinking areas of the Lika and Gacka Rivers and the Velebit Channel coastal springs was not a subject of detail hydrogeological investigations until now. A very wide effluent area was identified on the basis of tracing tests results, outspread along the Adriatic coast from the Novljanska Žrnovnica spring in the north all the way to the Kralić spring near town Karlobag in the south. The overall width of the area is approximately 65 km, while the traced swallow holes are approximately 25 km away from the sea. Due to the almost complete overlapping of effluence areas of the tracers admitted into the swallow holes of the Lika and Gacka Rivers, a separation of individual drainage basins of significant springs between Novljanska Žrnovnica and Karlobag is not possible. The direct underground drainage basin of these springs includes the area between the sinking areas and the seashore. The overall underground drainage basin also includes drainage basins of the Lika and Gacka Rivers. Springs in the area of Novljanska Žrnovnica, along with the already mentioned drainage basin are partially filled from the southwest areas of the Velika Kapela Mountain, from the Lič Valley to the Vratnik notch and Brinje town.

Boundaries of the subject drainage basin, serving as an approximate orientation, are mostly within the karstified carbonate rocks. The main hydrogeological functions of individual parts of investigated areas are determined through a common interpretation of lithological, structural and geomorphologic terrain characteristics. The occurrence of low permeability non-karstic rocks (clastic and igneous) in the Senjska draga Bay creates the only complete barrier to the underground flows within the drainage basins of the coastal springs. The areas of recently active fault zones of the right horizontal displacement have been determined on the basis of the geomorphologic terrain characteristics. These zones consist mostly of transcurrent faults, striking WNW-ESE, NW-SE and NNW-SSE. On the coastal side of the Velebit Mountain, the Velebit fault zone, strike N-S cuts the continuity of the above mentioned diagonal and transverse faults.

Speleological investigations of deep caves on the North Velebit Mountain show a very deep vadose zone within the central part of the carbonate massif. Considerably higher underground water level in the sinking areas indicates a sudden fall of the water level in the east part of the massif. One of the reasons for this can be the hydrogeological function of active fault zones which might act as partial barriers for underground water flows. The active faults partially direct underground water flows parallel to their own strike (toward NNW) in the upstream area, but also dispersing and allowing the restrained flows to pass directly toward the Velebit channel at the same time. Another reason is sought in the process of retrograde karstification caused by uplifting of mountain massif, i.e. lowering of the erosion basis. Influence of active fault zones and advancement of the karstification process are not mutually exclusive, but probably act together. The karst areas upstream (Lika hinterland) and downstream (Velebit Mountain Massif) from the zone of sudden water level fall are hydraulically mutually separated, and can be analyzed as separate parts of the cascade system. This enables significantly different directions of underground flow within different parts of the system.

Analysis of the thermal infrared satellite images allows recognition and comparison of the abundance of significant spring zones. A total of 24 springs have been identified on the subject coastal area, most of which are spatially grouped into three main zones: the Novljanska Žrnovnica and adjacent springs area, wider area of Jurjevska Žrnovnica (including Jurjevo town) and the relatively long area south of town Jablanac.

Monitoring of the water level, temperature and electrical conductivity at the major coastal springs and also caves located in the sinking areas enables an insight into the local and regional characteristics of the karst system. Significant difference has been determined in the structure of aquifer in the areas of different coastal springs. Indications of big underground voids in the near hinterland of the Jurjevska Žrnovnica and the Bačvice springs are present, while this is not the case at the Novljanska Žrnovnica spring. Marked heterogeneity and hydraulic discontinuity of underground water flows is determined in the sinking areas. The characteristics of the Novljanska Žrnovnica hydrograph recession place the karst system in the spring hinterland into the regional and complex system comprising of several subsystems. Due to the impossibility of measuring total outflow on the other monitored coastal spring zones, their recession characteristics were not analyzed.

Time series analysis indicate a major influence of precipitations from the Velebit Mountain area on the Jurjevska Žrnovica and Bačvice springs, while the Novljanska Žrnovnica spring is more influenced by precipitations from the southern part of the Velika Kapela Mountain. Maximum crosscorrelation coefficients displayed by the time series analysis of water levels and discharges at the springs and water levels in the caves located in sinking areas are significantly higher in relation to the crosscorrelation of the springs and precipitations in the drainage basin. The water level monitoring in the caves confirms the general direction of flow in the Velebit Mountain hinterland in the north direction. The hydrological reaction of the springs to the inflow of the Gacka River into the Perinka swallow hole (one of the monitored caves) during the dry period is determined at Jurjevska Žrnovnica spring with a delay of one day, and on the Novljanska Žrnovnica spring with a delay of four to five days.

Results of this paper significantly increase the level of understanding of the complex karst system in the hinterland of the Velebit Channel coastal springs, but also leaving room for continuation of future investigations. Further depth in knowledge is possible to gain by more detailed implementation of the methods used in this paper, as well as using new ones, mainly hydrochemical and isotopic methods.

Key words: hydrogeology, coastal karst spring, time series analysis, hydrograph recession, tracing test, thermal satellite image, North Velebit Mountain

Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet
Disertacija, 2010.

Hidrogeološke značajke Parka prirode „Žumberak-Samoborsko gorje“

Tatjana Vujnović

Priroda i prirodne vrijednosti su od interesa za Republiku Hrvatsku i uživaju njezinu osobitu zaštitu. Zastupnički dom Hrvatskog državnog sabora je proglasio područje Žumberka i Samoborskog gorja Parkom prirode 28. svibnja 1999. godine. Površina zaštićena ovim zakonom iznosi 333 km2. Park prirode „Žumberak-Samoborsko gorje“ utemeljen je u svrhu zaštite, očuvanja, održivog korištenja i promocije prirodnih raznolikosti i kulturno povijesnog naslijeđa tog kraja. Iako se područje Samoborskog gorja i Žumberka geološki i hidrogeološki istražuje dugi niz godina ovo je prvo istraživanje koje ovom kompleksnom krškom terenu hidrogeološki pristupa kao cjelini.

Ovim se radom nastojalo pouzdanije odrediti hidrogeološke značajke i prirodnu ranjivost vodonosnika područja Žumberka i Samoborskog gorja pomoću brojnih prikupljenih i izmjerenih hidrogeoloških pokazatelja. U tu svrhu je tijekom nekoliko etapa provedeno višegodišnje hidrogeološko istraživanje. Prva etapa istraživanja je rezultirala s iskartiranih 847 izvora kojima su najmanje jednom izmjereni osnovni fizikalno-kemijski parametri i izdašnost „in-situ“. Većina istraživanih izvora formirana u gornjokrednim fliškim naslagama koji su male izdašnosti jer dreniraju karbonatne proslojke. Brojnošću slijede izvori iz gornjotrijaskih dolomita koji je i dominatni vodonosnik istraživanog područja. Prema izdašnostima dominiraju izvori kapaciteta 0,01-0,1 l/s (35%), a s 30% slijede izvori izdašnosti 0,1-1 /s što pokazuje znatne zalihe vode u vodonosniku. Prema režimu istjecanja registrirano je najviše stalnih izvora. Gornjotrijaski i gornjokredni izvori su analizirani prema nadmorskoj visini na temelju čega se zaključuje da se T3 izvori prihranjuju na većim nadmorskim visinama. Na temelju rezultata prve etape istraživanja i podataka istjecanja glavnih vodotoka Kupčine, Bregane, Lipovečke i Rudarske Gradne je napravljena sezonska vodna bilanca. Proračuni za cijelo područje istraživanja i područje istraživanja bez nepropusnih sedimenata ukazuju na najveće gubitke na fliškim zapadnim dijelovima područja istraživanja gdje voda površinski ili podzemno otječe u Sloveniju i Kupu. Napravljena je analiza prostornog rasporeda izvora primjenom dvije metode koja ukazuje na grupiranje. Složenijom analizom su procijenjeni geološki i geomorfološki faktori koji mogu utjecati na njihovu prostornu pojavnost.

Brojnost speleoloških pojava po litostratigrafskim jedinicama pokazuje najviše objekata u gornjokrednim naslagama. Ovim istraživanjem je otkriveno i istraženo šest novih speleoloških objekata. Utvrđeno je ukupno 72 ponora kojima je određen stalan ili povremen režim utjecanja s površine. Utvrđeno je pet ponorskih zona gdje voda stalno ili povremeno ponire duž korita vodotoka.

Prikupljeni su i prikazani svi dostupni podaci o organiziranoj vodoopskrbi istraživanog područja. Na području istraživanja ne postoji kanalizacijska mreža te se sve otpadne vode iz tradicionalno poljoprivrednih domaćinstava nekontrolirano upuštaju u krško podzemlje što se očituje snižavanjem kvalitete podzemnih voda.

Tijekom druge etape istraživanja je u periodu od veljače 2008. do veljače 2009. godine detaljnije istraživano 12 odabranih izvora na mjesečnoj bazi: 21002, 21018, 31006, 41045, 61001, 61013, 61073, 61156, 71064, 81020, 81023. Načinjene su dvije hidrokemijske analize - u uvjetima visokih i niskih voda na osnovne katione (kalcij, magnezij, natrij, kalij) i anione (hidrogenkarbonati, nitrati, sulfata i kloridi), parcijalni pritisak ugljičnog dioksida, te indeksi zasićenosti kalcitom i dolomitom. Na temelju rezultata bi se moglo pretpostaviti da u većini odabranih izvora Žumberka i Samoborskog gorja dolazi do vremenskog odmaka pojave padalina u izvorima od približno pola godine ili više. Napravljena je analiza odabranih izvora po hidrokemijskim facijesima gdje je izdvojeno pet glavnih grupa: dolomitne vode i izvori; dolomitne vode u uvjetima visokih voda, kalcitne vode u uvjetima niskih voda; kalcitne vode; dolomitno gipsne vode u uvjetima visokih voda, kalcitno gipsne vode u uvjetima niskih voda; subtermalni izvor 61156. Odabranim izvorima je napravljena R - klasterska analiza gdje su izdvojene su dvije grupe: prva definira hidrokemijski facijes podzemnih voda, druga ukazuje na antropogeni utjecaj i utjecaj tla.

Provedeno je simultano trasiranje podzemnih voda tijekom svibnja 2009. godine između ponora 62009, 62010 i izvora 61150 - Jaža i izvora 61013 - Obrv. Korišteni su traseri natrijev fluorescein i naftionat. Trasiranjem nije utvrđena hidraulička veza između ponora 62009, 62010 i izvora Obrv, ali je utvrđena hidraulička veza s izvorom 61150 - Jaža. Dobivena je prividna brzina od 0,59 cm/s uz visok postotak pronosa Na – fluoresceina od oko 85 % (od ponora 62010), te postotak pronosa naftionata od oko 62 % (od ponora 62009). Ovim trasiranjem je izmaknuta na zapad i točnije utvrđena granica sliva Kupčine.

Procijenjena je prirodna ranjivost vodonosmnika područja Parka prirode „Žumberak-Samoborsko gorje“ na temelju Europskog pristupa korištenjem Pojednostavljene metode i modifikacijom COP metode. Modificirana COP metoda je izdvojila pet klasa ranjivosti na području istraživanja: vrlo visoka klasa ranjivosti zauzima 20,2 % površine istraživanja, visoka klasa zauzima 7,3 % površine istraživanja, umjerena ranjivost zauzima 15,4 % površine istraživanja, niska ranjivost zauzima 47,8 % površine istraživanja, vrlo niska klasa ranjivosti zauzima 9,3 % površine istraživanja gdje gotovo nema nikakve opasnosti po zagađenje. Malom modifikacijom metode dobiveno je na točnosti jer su jasnije definirana i izdvojena područja pojačane okršenosti-zone oslabljene stjenske mase oko speleoloških pojava i ponikvi, te zone olakšane infiltracije u zonama kamenoloma. Pojednostavljenom metodom su izdvojene tri klase ranjivosti. Ekstremna klasa ranjivosti zauzima 5,7 % površine istraživanja i odgovara najranjivijim zonama u neposrednoj blizini ponora i ponornica. Visoka klasa ranjivosti zauzima 15,1 % površine istraživanja i odgovara ostalom dijelu slivova ponornica. Umjerena ranjivost zauzima 79,2 % površine istraživanja.

Ovim se radom uspoređuje rezultate dvije različite metode - modificirane COP i Pojednostavljene metode. Modificirana COP metoda pod klase umjerene, niske i vrlo niske ranjivosti smješta 62,5 % površine terena istraživanja, dok Pojednostavljena metoda u iste klase smješta 79,2 % površine istraživanja što i nije velika razlika. Međutim, kod primjene Pojednostavljene metode, radi njezine jednostavnosti, gubi se utjecaj praktički svih parametara, a stogo se naglašava utjecaj ponora i ponornica - što može dovesti do znatno većih razlika i nepouzdanosti u odnosu na primjenu drugih metoda.
Modificirana COP metoda daje realne rezultate i u ovom radu se dokazala dobrom i primjenjivom metodom. Jasno izdvaja sva područja gdje je moguće izravno i brzo zagađenje podzemnih voda koja je nužno spriječiti kako bi se zaštitilo prirodno bogatsvo od vitalnog značaja - podzemna voda.

Potrebno je naglasiti da su metode određivanja ranjivosti „pregledni alat“ koji može korisno poslužiti u određivanju zaštitnih i ostalih zona pri prostornom planiranju. Jedini pouzdan način za određivanje ranjivosti vodonosnika je povezivanje prikladnog mjerila rada sa svim bitnim podacima o geologiji, hidrogeologiji, hidrologiji, tlima, klimi i korištenju zemljišta čemu se u ovom radu težilo od njegova početka do kraja.

KLJUČNE RIJEČI: hidrogeologija, krški izvori, trasiranje, prostorne analize, prirodna ranjivost vodonosnika, Park prirode “Žumberak-Samoborsko gorje”

SUMMARY

Nature and natural values are of interest for the Republic of Croatia and thus are under special protection. Representatives of the Croatian Parliament proclaimed the area of Žumberak and Samoborsko gorje a Nature Park on 28 May 1999. Area protected by this law covers 333 km2. „Žumberak-Samoborsko gorje“ Nature Park was established for the protection, conservation, sustainable use and promotion of its natural diversity and cultural-historical heritage. Geological and hydrogeological researches of the Samoborsko gorje and Žumberak have been conducted over a number of years but this is the first hydrogeological research that approaches this complex karst terrain as a whole.

This research sought to determine more accurately the hydrogeological characteristics and assess intrinsic aquifer vulnerability of the Samoborsko gorje and Žumberak area by using many collected and measured hydrogeological parameters. For this purpose, several stages of hydrogeological research were carried out in several years. The first stage of the research resulted in 847 mapped springs whose basic physico-chemical parameters and discharge „in-situ“ at least once were measured. Most of the researched springs are formed in Upper Cretaceous flysch sediments and they have small discharge because they drain thin carbonate layers. By the abundance, they are followed by the springs from Upper Triassic dolostones that are the dominant aquifer of the researched area. By the discharge, the dominant springs have 0.01-0.1 l/s (35 %), and are followed by the springs (30 %) of 0.1-1 l/s discharge that shows considerable reserves of groundwater in the aquifer. By the discharge regime, most registered springs are permanent. The altitudes of Upper Triassic and Upper Cretaceous springs were analyzed to conclude that T3 springs recharge at higher altitudes than K2 springs. On the basis of the first stage of research and discharge data of the main watercourses of the rivulets Kupčina, Bregana, Lipovečka Gradna and Rudarska Gradna, the seasonal water balance was calculated. Calculations for the entire researched area and for the researched area without impermeable rocks showed the biggest losses at flysch in the western part where water flows at the surface or underground to Slovenia or the Kupa River. Spatial spring analysis made by the two methods showed grouping pattern. Geological and geomorphological factors that could impact on the spatial pattern were assessed by a deeper analysis.

The abundance of the speleological objects by the lithostratigraphic units showed that the most of them are within Upper Cretaceous sediments. Six new speleological objects were found and explored within this research. Seventy-two ponors and five ponors zones were found and their permanent or periodical swallowing regime was determined.

All the available data on organized water supply in researched area were collected and presented in this paper. In the area of research there is no sewerage network and all waste water from traditional agricultural households flows out uncontrolled into the ground, which is reflected in a lower quality of groundwater.

The second stage of this research lasted from February 2008 to February 2009 when 12 selected springs were explored in more detail on a monthly basis: 21002, 21018, 31006, 41045, 61001, 61013, 61073, 61156, 71064, 81020, and 81023. Two hydrochemical analyses were made - at high and low water conditions for the basic cations (calcium, magnesium, natrium, potassium) and anions (hydrogencarbonates, nitrates, sulphates and chlorides), partial pressure of carbon dioxide, and saturation indices for calcite and dolomite. Based on the results, it is assumed that in most of the selected springs of Žumberak and Samoborsko gorje precipitation has a time lag of about a half year or more. The hydrochemical facies analysis of the selected springs was made and it singled out five groups: dolomite waters and springs; dolomite waters at high water conditions, calcite waters at low water conditions; calcite waters; dolomite-gypsum waters at high water conditions, calcite-gypsum waters at low water conditions; subthermal spring 61156. The R-cluster analysis was made on the selected springs and singled out two groups: the first one defined groundwater hydrochemical facies and the second one pointed out anthropogenic and soil impact.

The multitracer test was carried out during May 2009 between the ponors 62009, 62010 and springs 61150 - Jaža, 61013 - Obrv. Natrium fluoresceine and naphtionate were used tracers. Tracer test did not determine hydraulic connection between ponors 62009, 62010 and the Obrv spring, but did determine hydraulic connection with the Jaža (61150) spring. The mean velocity was 0.59 cm/s with total Na - fluoresceine recovery percentage of about 85 % (from the 62010 ponor), and total naphtionate recovery percentage of about 62 % (from the 62009 ponor). That tracer test moved to the west and determined more accurately the borders of the Kupčina recharge area.

Intrinsic aquifer vulnerability of the „Žumberak-Samoborsko gorje“ Nature Park area was assessed on the basis of European approach by the simplified method and by modifying the COP method. The modified COP method highlighted five vulnerability classes at the researched area: very high vulnerability class covers 20.2 % of the researched area, high vulnerability class covers 7.3 % of the researched area, medium vulnerability class covers 15.4 % of the researched area, low vulnerability class covers 47.8 % of the researched area, very low vulnerability class covers 9.3 % of the researched area. Minor modification of the COP method improved accuracy because it highlighted and more clearly defined high karstified areas-zones of weakened rock mass around speleological objects and sinkholes, as well as zones of facilitated infiltration around quarries. The simplified method identified three vulnerability classes. Extreme vulnerability class covers 5.7 % of the researched area. High vulnerability class covers 15.1 % of the researched area. Medium vulnerability class covers 79.2 % of the researched area.
This paper compares the results of two different methods - the modified COP and the simplified method. The modified COP method at medium, low and very low classes covers 62.5 % of the researched area, while simplified method in the same classes covers 79.2 % of the researched area with difference of only 16.7 %. However, the simplified method is too simplified so that it results in losing nearly all parameters and it strongly emphasizes the impact of ponors and sinking streams.
The modified COP method gave realistic results and proved to be a good and an applicable method in this paper. It clearly pointed out all zones with direct and quick groundwater pollution possibility, which must be prevented in order to protect vital resource-groundwater.

It is necessary to emphasize that the assessment vulnerability methods are „review tool“ that could be useful in determining groundwater protection zones and other zones in spatial planning. The only accurate way to assess aquifer vulnerability is to combine proper scale with relevant data on geology, hydrogeology, hydrology, pedology, climate and land use, which this research paper has sought from its inception to the end.

KEY WORDS: hydrogeology, karst springs, tracer test, spatial analysis, aquifer vulnerability, “Žumberak-Samoborsko gorje” Nature Park

Sveučilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet, Geografski odsjek
Disertacija, 2006.

Geomorfološke i speleomorfološke značajke Žumberačke gore i geoekološko
vrednovanje endokrškog reljefa

Nenad Buzjak

Tijekom višegodišnjih geomorfoloških i speleoloških istraživanja Žumberka prikupljeni su podaci o 151 speleološkoj pojavi te podaci o geomorfološkim značajkama istraživanog područja površine 434,9 km2. Utvrđeno je da na 77% istraživanog područja prevladavaju fluviokrški i krški reljef oblikovani u karbonatnim naslagama pretežno gornjotrijaske, gornjokredne i neogenske starosti. Analizom podataka određene su speleomorfološke i hidrološke značajke špilja i jama, hidrogeološka uloga i tipovi sedimenata. Dobiveni podaci poslužili su kao temelj geoekološkog vrednovanja za procjenu mogućnosti turističkog korištenja odabranih špilja.

Među 151 obrađenom speleološkom pojavom 84 je špilja i 67 jama. S obzirom na morfološke značajke i dimenzije, prevladavaju jednostavne špilje i jame duljine i dubine do 50 m. Dimenzije špilja rastu s porastom morfološke složenosti od jednostavnog prema složenom tipu pa su najdulje složene špilje. Među istraženima je 8 špilja duljih od 100 m. Najdulje istražene su špilja Provala (duljina 1862 m, dubina 57 m) i Bedara (dujina 1019 m, dubina 113 m). Među jamama zasada je najdublja Palovica (52 m).

Analizom poprečnih presjeka radi utvrđivanja tijeka i značajki speleogeneze izdvojeni su kanali pukotinskog, okruglog, elipsastog i lećastog presjeka, kanali presjeka ključanice i kanali nepravilnog presjeka. S obzirom na os, izdvojeni su uspravni, kosi i polegnuti tip pukotinskih kanala. Tip je često u skladu sa smjerom pada i nagibom tektonske pukotine ili nagibom slojeva i međuslojne pukotine duž koje je kanal oblikovan. U pojedinim špiljama zapaženo je preoblikovanje gornjih dijelova kanala paragenezom. Uz već poznate presjeke kanala, zabilježeni su trokutasti i polukružni presjeci u boranim naslagama. Urušavanjem dijelova stropa, naročito u kasnom razdoblju speleogeneze ili zbog neotektonskih pokreta, kanali mogu dobiti zvonoliki ili trokutasti presjek.

Od mikroreljefnih denudacijskih oblika zabilježeni su: strujnice, vrtložni lonci, spiljski prozori, kupole, zidni žljebovi i meandarske niše. Opisane su generacije kupola nastalih usijecanjem mlađih u starije uslijed obnavljanja hidrološki povoljnih uvjeta, zatim izdužene kupole i nizovi izduženih kupola oblikovanih duž pukotina i pukotinskih sustava te kuglaste kupole.

Većina špilja i jama (52,3%) nastala je u gornjokrednim karbonatnim naslagama (pokrivaju 30,34% istraživanog područja). U njima su oblikovane najveće špilje (3 od ukupno 4 špilje dulje od 500 m). Iako je površina terena građenih od gornjotrijaskih naslaga (44,23% istraživanog područja) 1,5 puta veća od onih u gornjokrednim, broj zabilježenih spilja i jama je zbog specifičnosti okršavanja dolomita 2 puta manji. Općenito su manje duljine i dubine. Presjek kanala uglavnom im je pukotinski. Najveći broj istraženih špilja i jama, s obzirom na površinu terena, zabilježen je u naslagama miocena (2M22). Pokrivaju 2,3% terena, a u njima je istraženo 8,6% speleoloških pojava. Jurske naslage pokrivaju mali dio teritorija pa je i udio speleoloških pojava u njima malen. Najmlađe speleološke pojave su one nastale taloženjem sedre (2 špilje).

Od klastičnih spiljskih sedimenata najčešće je zabilježeno kršje. Slijede glina, prah, šljunak i blokovi. Od siga zabilježene su cjevčice, stalagmiti, stalaktiti, stalagnati, heliktiti, zavjese, sigaste prevlake, saljevi, koraloidi i spiljski biseri.

Voda se najčešće javlja kao prokapnica i cijednica. 30 spilja s vodenim tokom su stalni izvori i stalno protočne špilje, povremeni izvori i ponori i povremeno protočne špilje. Stajaća voda kao glavni oblik zabilježena je u 4 špilje i jame. U kategoriju "povremeno bez vode" svrstano je 67 špilja i jama. U njima se povremeno javlja samo prokapnica, i to nakon obilnijih kiša ili otapanja snijega. U zimskim mjesecima u ulaznim dijelovima voda se može zalediti što inicira kriofrakcijsko trošenje. Osim o udaljenost od ulaza i vanjskoj temperaturi zraka, zaleđivanje ovisi o veličini ulaza, nagibu, ekspoziciji, zračnim strujanjima, unutarnjoj temperaturi zraka i količini vode.

Mjerenjem tvrdoće vode iz 5 špilja utvrđeno je da vode koje teku kroz vapnenačke naslage imaju nešto višu kalcijevu tvrdoću i najnižu magnezijevu tvrdoću.

Vrednovanjem špilja metodom indeksa rekreacijskog potencijala, među 18 odabranih, pogodnim za turističko korištenje ocijenjeno ih je 7. Vrednovane su na temelju fizičke pogodnosti, estetske i znanstveno-edukativne vrijednosti, podnošljivog kapaciteta prohodnosti i dostupnosti.

Geomorphological and speleomorphologial characteristics of the
Žumbaračka gora massif and geoecological evaluation of endokarst relief

Nenad Buzjak

In the course of several years of geomorphological and speleological research of Žumberak, data pertaining to 151 speleological features as well as data about the geomorphology of the research area were collected. It was established that fluviokarst and karst relief were predominant in 77% of the research area (434,9 km2 in total). These relief types were developed in carbonate beds mostly of Upper Triassic, Upper Cretaceous and Neogene age. Various speleomorphological and hydrological characteristics of the caves and shafts as well as hydrogeological roles and types of cave sediments were determined by data analysis. The obtained data were the base for the geoecological evaluation with the purpose of determining which of the caves are favorable for touristic use.

Among the 151 speleological features there are 84 caves and 67 shafts. Taking into consideration their morphology and dimensions, small simple caves and shafts (up to 50 m long and deep) are predominant. Cave dimensions grow according to the complexity of their morphology, from simple to complex morphological types, among which are the largest caves. Eight caves longer than 100 m were among those researched. The largest are Provala (1862 m long and 57 m deep) and Bedara (1019 m long and 113 m deep). At this moment, the deepest among the shafts is Palovica (52 m deep).

By cross section analysis with the purpose of determining the characteristics of speleogenesis, passages of fissured, rounded, elliptic, lens, key-hole and irregular cross-section were determined. With regards to their axis, upright, dipping and laid low types of fissure passages were determined. These types are determined by the direction and dip of the tectonic fissures or bedding planes along which passages were developed. In some caves there are traces of paragenesis. Passages of triangular and semi-circular cross-section have also been noted. As a consequence of ceiling breakdowns or due to the tectonic movements, especially in late stages of speleogenesis, these types may have been remodeled into bell-shaped or triangular cross-sections.
Among microrelief denudational forms (or cave rocky relief), scallops, potholes, cave windows, ceiling cups and wall niches were recorded. Ceiling cup generations formed by incision of younger ones in the surface of older cups were also identified. Such development was determined by the change of hydrological conditions in the passages. Elongated ceiling cups determined by fissures and dome-like cups were also recorded.

Most of the researched speleological features (52,3%) were formed in Upper Cretaceous carbonate beds which cover 30,34% of the research area. The largest caves (3 out of 4 caves longer than 500 m) were found in these beds. Although Upper Triassic dolomites cover 44,23% of the research area (that is 1,5 times more than in Upper Cretaceous beds), the number of recorded caves and shafts is, due to the specific karstification of dolomites, 2 times less. These features are of smaller dimensions, mostly with fissure passage cross-sections. The majority of researched caves and shafts, taking into consideration the research area, were noted in layers of Miocene. Although they cover 2.3% of the area, 8.6% of the spleleological features were researched there. Jurassic carbonate beds cover a small area and therefore there is small number of speleological features recorded. The youngest were found in tuffa deposits (2 caves).

The most predominant cave sediment is rock debris. Other types are clay, silt, pebble and rock blocks. There are not a lot caves rich in speleothems.
Water in the speleological features was mostly recorded in the form of dripping water. 30 caves with water streams were found. They occur in the form of permanent or occasional springs, ponors and flow-thru caves. Cave pools were recorded in 4 caves and shafts. There are 67 mostly dry caves and shafts. In these features, water occurs only as dripping water during the wet season or as a result of snow melting in the spring. During the winter there is ice from the freezing of dripping water on some of the cave entrances. The freezing of water in fissures provokes cryogenic processes. This depends on the distance from the entrance and the surface temperature, entrance dimensions, inclination and exposition, air circulation, cave temperature and the amount of water.
By measuring the hardness of water taken from 5 caves, it was established that water flowing throw limestone beds has higher Calcium and the lowest Magnesium hardness.

By geoecological evaluation of the caves, using the method of recreational potential, among the 18 observed caves, 7 of them were found suitable for touristic use. They were evaluated according to physical characteristics, aesthetic, scientific and educational values, carrying capacity, passability and accessibility.

Sveučilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet, Geografski odsjek
Disertacija, 2009.

Geomorfološke značajke prostora Slunjske zaravni

Neven Bočić

Ovaj rad ima obilježja regionalne geomorfološke studije, a predmet istraživanja bio je reljef prostora Slunjske zaravni. Cilj istraživanja bio je utvrditi temeljne uvjete oblikovanja i razvoja reljefa te utvrditi njegove opće geomorfološke značajke. Razlučeni su dominantni morfogenetski procesi oblikovanja reljefa (strukturnomorfloški i egzogeomorfološki) te su utvrđene osnovne etape geomorfološke evolucije reljefa.
Istraživano područje nalazi se u okviru Dinarskog gorskog sustava na dodiru s Panonskim bazenom. Površina mu je 336 km2. Najveći dio izgrađuju više ili manje propusne, okršene, karbonatne naslage mezozojske starosti. U strukturnom smislu područje predstavlja niz struktura i rasjeda uglavnom dinarskog pravca pružanja, ali s izraženim povijanjem trasa rasjeda uzrokovanim promjenom orijentacije stresa. To ima za posljedicu da se u okviru zaravni nižu pop-up i pull-apart strukture.
Najniža vrijednost nadmorske visine iznosi 196 m, a najveća 658 m. Prosječna visina prostora iznosi 353 m. U orografskoj strukturi u okviru zaravni, koja se nalazi u rasponu 250 – 400 m i zauzima oko 70 % površine, ističu se rubna i osamljena uzvišenja te dolinska i zavalska udubljenja.
Sama zaravan je najveća morfostruktura ovog područja te ju smatramo primarnom morfostrukturom neutralnog karaktera. Sekundarne morfostrukture (pozitivne i negativne) nalaze se u otočnom ili rubnom položaju u odnosu na zaravan, a uglavnom su vezane za lokalne kompresijske ili ekstenzijske uvjete. Promjena pravca stresa dovela je do izražene desne horizontalne komponente pomaka između krila rasjeda te nastanka većine sekundarnih morfostruktura zbog prilagodbe reljefa novom tektonskom režimu. Recentni aktivni rasjedi imaju značajan odraz u reljefu u obliku strmih pregiba i strmaca, laktastih skretanja dolina te ravnocrtnih dijelova aktivnih i suhih dolina. Utvrđena su dva osnovna tipa morfosturktura: denudacijsko – tektonski i akumulacijsko – tektonski.
Među egzogenim procesima i oblicima najzastupljeniji su krški i fluviokrški morfogenetski tipovi reljefa dok su fluviodenudacijski i fluvijalni zastupljeni lokalno. Određeni utjecaj na reljef imaju i antropogeni procesi.
Najznačajniji utvrđeni površinski krški oblici su ponikve. Ostali značajni krški oblici Slunjske zaravni su grižine, ostjenjaci i uvale. Utvrđeni su arealni i kontaktni fluviokrški procesi i oblici od kojih se posebno ističu suhe i ponorske doline te aktivni kanjonski dijelovi dolina Korane i Slunjčice.
Prikupljeni su podaci o 103 speleološka objekta među kojima dominiraju špilje (74 %). Speleogeneza se odvijala u nekoliko faza. U prvoj je bila uvjetovana lateralnim kretanjem vode u podzemlju. Kanali su nastajali u freatskim (cjevasti kanali) i plitkim vadoznim uvjetima (kanjonski kanali) te je speleogeneza ponajviše napredovala u duljinu. Važnu ulogu imalo je neotektonsko izdizanje usljed kojih su nastajale sve niže i mlađe etaže te su freatski kanali preoblikovani u kanale s presjekom ključanica. U izdignutim zonama lateralnu cirkulaciju je zamijenila vertikalna cirkulacija podzemne vode što je dovelo do stvaranja relativno mlađih vertikalnih vadoznih kanala.
Zaravan je najprostraniji i vjerojatno najstariji reljefni oblik ovog područja. Ona zasijeca geološku strukturu, tj. oblikovana je u stijenama u rasponu od srednjetrijaskih dolomita do gornjokrednih vapnenaca koje su u međusobno složenim strukturnim odnosima. Miocenske jezerske naslage najvjerojatnije su taložene nakon formiranja zaravni te su naknadno denudacijom uglavnom odnešene. Zaravan se nalazi u rasponu nadmorskih visina od 250-400 m. Oblikovanje ove zaravani je najvjerojatnije dovršeno arealnim trošenjem i krškom denudacijom tijekom tercijara. Neotektonski pokreti su uzrokovali izdizanje čitavog područja te usijecanje toka rijeke Korane s prosječnom dubinom ureza od oko 50 m čija vrijednost predstavlja recentnu visinsku razliku od erozijske baze za najveći dio zaravni.
Najizrazitiji padinski procesi razvijeni su na sjeveroistočnom dijelu istraživanog područja, izgrađenom od slabo litificiranih klastičnih naslaga. Fluviodenudacijski i fluvijalni reljef vezani su za prostore recentno razvijene površinske hidrografske mreže. Fluvijalni i fluviodenudacijski procesi uvelike su utjecali i na ostale egzogene procese oblikovanja reljefa prostora Slunjske zaravni jer rijeka Korana predstavlja erozijsku bazu za veći dio ovog prostora te se njezinim usijecanjem mijenjala usmjerenost i intenzitet ostalih geomorfoloških procesa.
Na kraju je izvršena geomorfološka sinteza. Prostorna sinteza je rezultirala izradom detaljne geomorfološke karte u mjerilu 1:50.000, a u okviru vremenske sinteze utvrđen je vjerojatan slijed događaja u okviru geomorfološke evolucije reljefa.

GEOMORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE SLUNJ PLATEAU

Neven Bočić

This work has characteristics of a regional geomorphologic study, and its research subject is the Slunj Plateau relief. The research goal has been to determine the basic conditions of the relief formation and development, and to define its general geomorphologic characteristics. Dominant morphogenetic processes of the relief formation (structural-morphologic and exogeomorphologic) were distinguished, and basic stages of the relief geomorphologic evolution were determined.
The researched area is situated in the framework of the Dinaric mountainous system at the contact with the Pannonian Basin. Its area figures out at 336 km2. The largest part is built of more or less permeable, karstified, carbonate Mesozoic deposits. As to its structure, the area represents a series of structures and faults of mainly Dinaric stretching direction, but with a marked bending of fault routes caused by stress orientation change. The consequence is a series of pop-up and pull-apart structures.
The lowest height above sea-level makes 196 m, and the highest one 658 m. The average height of the area comes to 353 m. In the orographic structure of the area, karst plateau occupies about 70 % of the surface (250 – 400 m). Border and isolated elevations are prominent, as well as valleys and basins.
The plateau itself is the largest morphostructure in this area, and we consider it the primary morphostructure of neutral character. Secondary morphostructures (positive and negative) are situated in the insular or peripheral position in relation to the plateau, and they are mainly connected with local compression or extension conditions. Stress direction change has led to the prominent right horizontal component of the movement between the fault wings, as well as to emergence of numerous secondary morphostructures, because of the relief adaptation to a new tectonic regime. Recent active faults have a significant reflection on the relief in the form of steep steps and escarpments, elbow-like turnings of valleys and linear parts of active and dry valleys. Two basic types of morphostructures have been determined: denudational-tectonic and accumulation-tectonic.
As to exogenous processes and forms, karst and fluviokarst morphogenetic relief types are most represented, while fluvio-denudational and fluvial are represented only locally. Anthropogenous processes also have a certain impact on the relief.
The most significant determined karst forms are dolines. The remaining significant karst forms in the Plateau of Slunj are grikes, residual ledges and uvalas. Areal and contact fluviokarst processes and forms, where dry and ponor valleys are especially prominent, as well as active canyon parts of the Korana and Slunjčica river valleys have been determined.
Data about 103 speleological phenomena, among which caves dominate (74 %), have been collected. Speleogenesis took place in several stages. In the first one it was conditioned by moving of water in the underground. Channels developed in phreatic (tube-like channels) and shallow vadose circumstances (canyon channels), and speleogenesis progressed mostly longitudinally. Neotectonic uplifting also played an important role and caused development of progressively low and young levels, and the phreatic channels were transformed into the channels having cuts of key-holes. In the uplifted zones lateral circulation was changed by vertical circulation of the underground water, which resulted in development of relatively younger vertical vadose channels.
The erosional surface (karst denudational plain) of the Slunj plateau is the most spacious and probably oldest relief form of this area. It cuts geologic structure, i. e. it is formed in the rocks ranging from the Middle Triassic dolomite s to Upper Cretaceous limestones, which are in mutually complex structural relations. Miocene lacustrine deposits were most probably settled after the surface formation, and they were additionally carried away by denudation. The plateau is situated at the altitude 200 – 400 m. The formation of the Slunj plateau has probably been caused by weathering and karst denudation in the Tertiary period. Neotectonic movements caused the uplifting of the whole area and cutting of the Korana River’s flow with the average cut depth of about 50 m. This value represents a recent altitude difference between the erosion basis and the largest part of the plateau.
The most prominent slope processes are developed in the north-eastern part of the researched area, made of slightly litificated clastic deposits. Fluvio-denudational and fluvial relief are connected with the areas of recently developed surface hydrographical network. Fluvial and fluvio-denudational processes have also highly influenced other exogenous processes of the relief formation in the Plateau of Slunj, because the Korana River represents the erosion basis for a larger part of this area. Its cutting changed direction and intensity of other geomorphologic processes.
At the end a geomorphologic synthesis was worked out. Spatial synthesis resulted in making of a detailed geomorphologic map to the scale 1:50,000. In the framework of temporal synthesis a possible sequence of events was defined under the scope of geomorphologic relief evolution.

       HRVATSKI SPELEOLOŠKI POSLUŽITELJ     ŠPILJE HRVATSKE     ZNANOST    ZAŠTITA ŠPILJA

© 2009. HRVATSKI SPELEOLOŠKI POSLUŽITELJ