| Abstract | Vis is a small, remote karst island in the Adriatic Sea with unique geological and hydrogeological features that have enabled the formation of karst aquifers from which highquality groundwater is abstracted, resulting in the island's autonomous water supply. Local groundwater resources are recharged solely by precipitation and are very vulnerable to climate change, seawater intrusion, and seasonal overexploitation. Currently, the water supply system satisfies the demand of the local population, but a fivefold increase in demand during the summer tourist season exerts high stress on freshwater resources, and several reductions for consumers have occurred in the last decades. The water supply system of Vis consists of five wells drilled in the Korita well field (~42 l/s) in the central part of the island, two wells (K1 and B1; ~5 l/s) in the Komiža hinterland, and the coastal spring Pizdica (~3 l/s). The need for alternative water management solutions yielded managed aquifer recharge (MAR) and early warning system for seawater intrusion (EWS) as potential options for increasing the safety and resilience of the island’s groundwater resources. Interdisciplinary field and laboratory investigations, combining geological, hydrogeological, hydrological, geophysical, structural-geological, and socio-economic methods, were utilized to develop robust conceptual models for MAR and EWS. Results indicated that the Central Vis aquifer, a heterogeneous, unconfined, and karstified carbonate aquifer dominated by flow through densely fractured rock mass, could be artificially recharged from the surface by the infiltration pond method. As a source water for MAR, storm and flood water runoff from the surrounding hills could be collected, retained, and infiltrated from the existing channel structure in the Korita valley. The proposed MAR solution is economically justifiable but risky due to the inherent properties of karst systems and the lack of representable case studies highlighting best practices. Moreover, increased hydraulic conductivity along the main fault zone (i.e., Komiža-Vis fault) highlights the eastern direction as the most probable and dangerous with respect to seawater intrusion to the Central Vis aquifer. Hence, an ideal location and design for an EWS was hypothesized. A combination of MAR and an EWS could provide a basis for sustainable management of the island's karst aquifer, preventing and mitigating the potential deterioration of groundwater quantitative and chemical status, particularly in light of the rapidly changing climate and rising anthropogenic pressures in the Mediterranean region. |
| Abstract (croatian) | Otok Vis, mali pučinski krški otok u središnjem dijelu Jadranskog mora, ima jedinstvene geološke i hidrogeološke značajke, što je omogućilo nastanak krških otočkih vodonosnika. Zahvaljujući tome, otok je samodostatan po pitanju vodoopskrbe koja se osigurava iz pet bušenih zdenaca u centralnom dijelu otoka (vodocrpilište Korita; ~42 l/s) te u manjoj mjeri iz dva bušena zdenca (K1 i B1; ~5 l/s) i priobalnog izvora Pizdice (~3 l/s) u blizini Komiže. Glavne litološke jedinice na otoku Visu su (i) vulkanogeno-sedimentno-evaporitni kompleks Komiškog zaljeva (tzv. Komiški dijapir) trijaske starosti, sačinjen od gipsa, dolomitno-gipsnih breča, krškog detritusa te raznih vulkanskih i klastičnih stijena, (ii) razlomljeni i okršeni vapnenci i dolomiti kredne starosti te (iii) kvartarne naslage, sačinjene od crvenice, padinskih naslaga, te eolskog pijeska. Reljef otoka Visa karakteriziraju tri morfološki uzdignuta grebena i dvije doline u kojima su razvijena krška polja. Najviši vrh je Hum (576 m n.v.), smješten u zapadnom dijelu otoka. Geološke strukture i reljef su orijentirani približno u smjeru zapad-istok (tzv. hvarsko pružanje struktura). Najznačajniji i najproduktivniji vodonosnik (tzv. centralni viški vodonosnik) je u krednim vapnencima srednje do visoke propusnosti te je idealno smješten u središnjem dijelu otoka (vodocrpilište Korita), gdje je zaštićen od značajnijeg prodora mora nepropusnim stijenama komiškog dijapira sa zapadne strane te niskopropusnim karbonatima ispunjenim sekundarnim materijalom (pjeskovitim produktom trošenja dolomita i glinenim česticama iz kvartarnih crvenica) s južne strane. Donja granica vodonosnika izgrađena je od dolomita i/ili dolomitičnog vapnenca te je praktički nepropusna. Podzemna voda nalazi se na otprilike 120 m dubine a generalni smjer tečenja je prema istoku. Sjeverni, istočni i južni obalni pojasi otoka su uglavnom hidrogeološki beznačajni, budući da dolazi do potpunog prodora mora i zaslanjenja kroz visokopropusne vapnence. Iako trenutačni kapacitet crpljenja u vodocrpilištu Korita i zdencima na zapadnoj strani otoka zadovoljava većinu potražnje, intenzivan ljetni turizam i klimatske promjene vrše značajan pritisak na resurse podzemne vode tijekom sušne sezone. Posljedično, tijekom proteklog desetljeća došlo je do povremenih redukcija za potrošače. U ovom radu istražene su mogućnosti primjene i uspostave sustava umjetnog prihranjivanja vodonosnika (eng. managed aquifer recharge – MAR) kako bi se povećala količina podzemne vode u centralnom viškom vodonosniku te sustava ranog uzbunjivanja (eng. early warning system - EWS) za prodor morske vode kako bi se spriječilo potencijalno pogoršanje kemijskog stanja podzemne vode. Umjetno prihranjivanje vodonosnika je naziv za skup metoda kojima se višak površinske vode (npr. poplavna i bujična voda, pročišćena otpadna voda, desalinizirana voda) prikuplja te prihranjuje u vodonosnik putem upojnih zdenaca ili infiltracijskih zona. Iako se različite metode MAR-a primjenjuju u vodonosnicima s međuzrnskom poroznošću diljem svijeta, njihova primjena u kompleksnim krškim vodonosnicima, koje karakterizira hidraulička anizotropija i heterogenost, predstavlja značajan izazov. Budući da u svijetu postoji svega nekoliko primjera MAR-a u karbonatnim stijenama, ne postoje opsežne studije koje predlažu prikladne metode istraživanja i izvedbe takvih sustava. Kako bi se istražile mogućnosti primjene MAR-a i EWS-a te uspostavili konceptualni modeli njihove izvedbe, provedena su opsežna interdisciplinarna terenska i laboratorijska istraživanja. Na temelju reambulacije geoloških i hidrogeoloških karata i podataka, analize hidrauličkih parametara te trasiranja, izrađen je novi konceptualni hidrogeološki model otoka. Definirana su dva glavna slijeva na otoku: slijev vodocrpilišta Korita te slijev izvora Pizdice. Nadalje, određeni su glavni smjerovi tečenja i prividne brzine toka podzemne vode od 150-200 m/dan unutar centralnog viškog vodonosnika. Na temelju novih saznanja izrađena je hidrogeološka karta te hidrogeološki profil otoka Visa. Od 2019. uspostavljen je kontinuirani i periodički (mjesečni) monitoring hidrokemijskih parametara (ionski sastav, pH, elektrolitička vodljivost). Na vodocrpilištu Korita kakvoća podzemne vode je izvrsna i pripada Ca-HCO3 hidrokemijskom facijesu u svim hidrološkim uvjetima. Glavni procesi koji utječu na kemijski sastav podzemne vode unutar centralnog viškog vodonosnika su otapanje karbonatnih stijena, miješanje s morskom vodom i ionska izmjena. Analize aktivnosti tricija u uvjetima hidrološkog minimuma i maksimuma pokazale su da je podzemna voda mješavina sub-moderne i moderne vode, s vremenom zadržavanja od 15 do 40 godina. Stabilni fizikalno-kemijski parametri, unatoč ispodprosječnim oborinama tijekom promatranog perioda, ukazali su na to da centralni viški vodonosnik ima visoku sposobnost zadržavanja te polaganog otpuštanja, uz značajne rezerve podzemne vode koje su relativno otporne na duže sušne periode i intenzivni režim crpljenja tijekom ljeta. Geofizičkim i strukturno-geološkim istraživanjima utvrđene su debljine kvartarnog pokrivača, gornje i donje zone trošenja vapnenca (tj. epikrške zone) i kompaktnih vapnenačkih vodonosnika te su određeni glavni diskontinuiteti (slojevi, pukotine, rasjedi) i krški elementi (kaverne, kanali) koji utječu na infiltraciju oborine i tok podzemne vode. Na temelju meteoroloških podataka s postaje u Komiži izrađena je hidrološka analiza slijeva vodocrpilišta Korita. Iako se prosječna godišnja količina oborine ne može smatrati malom (951 mm), zbog relativno visoke temperature zraka i gustog biljnog pokrova evapotranspiracija iznosi gotovo 66%, što rezultira efektivnom oborinom i prihranjivanjem vodonosnika od 326 mm godišnje. Također, primijenjene su simulacije budućih klimatskih uvjeta dobivene iz regionalnih klimatskih modela Aladin, Promes i RegCM, uz statističke korekcije i uklanjanje sustavnih pogrešaka za otok Vis. Rezultati sva tri modela ukazuju na statistički značajan porast srednje godišnje temperature zraka od 3 do 4 °C do kraja stoljeća, dok oborina ne pokazuje statistički značajan trend. Opažene promjene u temperaturnom i evapotranspiracijskom režimu mogu dovesti do značajnog gubitka vodnih resursa na otoku Visu uz smanjenje protoka na slijevu od 20-40%. Uz nepovoljne klimatske scenarije, značajan problem predstavlja i kontinuirani rast turizma te se predviđa da će potražnja vode porasti za 20% u skorijoj budućnosti. Na temelju povoljnih geoloških, hidroloških, i hidrogeoloških čimbenika, kao i definiranih potreba za osiguravanjem dodatnih količina podzemne vode, uspostavljen je konceptualni model MAR-a. Kao najprikladnije rješenje odabrana je metoda infiltracijskog jezera, koja bi se uspostavila unutar vodocrpilišta Korita, u uskoj dolini gdje su prisutni stari i zapušteni kanali koji prikupljaju bujične i poplavne vode s okolnih brda te ih evakuiraju u smjeru mora. Kako bi se osigurao prostor za prikupljanje vode, nužno je sagraditi pregradnu branu na završetku kanala te je nužno ukloniti gusto raslinje i nepropusno tlo. Prikupljena voda bi se potom pasivno i difuzno infiltrirala kroz propusno tlo i epikršku zonu do saturirane zone. Prilikom infiltracije nužno je izbjeći preferentne puteve tečenja poput krških kanala i jama, kako bi se izbjeglo naglo i diretno prihranjivanje u saturiranu zonu, što bi moglo dovesti do onečišćenja vodonosnika i neželjenih kemijskih reakcije (npr. otapanje karbonatnog vodonosnika uslijed miješanja voda različitih sastava). Glavni rizici i nesigurnosti primjene MAR-a povezani su s hidrološkim čimbenicima (tj. dostatnost vode za umjetno prihranjivanje), heterogenošću vodonosnika (tj. prisutnost krških kanala koji bi brzo ispustili infiltriranu vodu iz vodonosnika), učinkovitost infiltracijskog jezera i neželjene kemijske reakcije (tj. otapanje vodonosnika i onečišćenje). Kako bi se spriječilo pogoršanje kakvoće i kemijskog statusa centralnog viškog vodonosnika i podzemne vode uslijed smanjenog prihranjivanja uzrokovanog klimatskim promjenama i povećanom potražnjom, nužno je uspostaviti sustav ranog uzbunjivanja za prodor mora. Iako je centralni viški vodonosnik zaštićen od prodora mora sa zapadne i južne strane te nepropusnom dolomitnom podinom, trasiranjem je utvrđena hidraulička anizotropija u smjeru glavnog rasjeda na otoku (rasjedna zona Komiža-Vis), duž kojeg je pretpostavljen glavni smjer prodora mora (I-Z). Stoga, sustav ranog uzbunjivanja bi se trebao uspostaviti nizvodno od vodocrpilišta Korita, unutar krškog polja Dol. Sustav može biti sačinjen od jednog ili više bušenih zdenaca, opremljenih automatskim mjeračima elektrolitičke vodljivosti i hidrostatskog tlaka s telemetrijskim odašiljačem. Uspostavom ovakvog sustava značajno bi se unaprijedilo poznavanje uvjeta u zoni miješanja slane i slatke vode te bi se znatno smanjio rizik od zaslanjivanja vodonosnika u slučaju povećanja režima crpljenja na vodocrpilištu Korita. Kombinacija umjetnog prihranjivanja vodonosnika i sustava ranog uzbunjivanja na prodor mora mogla bi pružiti osnovu za održivo upravljanje krškim vodonosnikom otoka Visa, sprječavajući i ublažavajući potencijalno pogoršanje količinskog i kemijskog stanja podzemnih voda, posebno u svjetlu klimatskih promjena koje se brzo mijenjaju i rastućih antropskih pritisaka u mediteranskoj regiji. |
