MOGUĆNOSTI KORIŠĆENJA VODE VEŠTAČKE AKUMULACIJE ZAVOJ ZA VODOSNABDEVANJE PIROTA

Istraživanje je izvedeno sa zadatkom određivanja fizičko - hemijskih karakteristika vode veštačke akumulacije Zavoj, a u cilju utvrđivanja mogućnosti korišćenja vode ovog jezera za vodosnabdevanje Pirota. Istraživanje je izvršeno osnovnom hidrohemijskom metodom, u periodu od marta do jula 2006. godine. Utvrđeno je da voda Zavojskog jezera, po kvalitetu površinskih voda, pripada I klasi, i da se, uz eventualnu dezinfekciju, može koristiti za vodosnabdevanje Pirota. Problem se javlja zbog toga što se voda i dalje mora koristiti za pokretanje generatora u HE "Pirot" nakon čega bi moglo doći do značajnijih promena u hemijskom sastavu, pa se samim tim javlja i pitanje isplativosti prečišćavanja vode koja je već prošla kroz generatore, i njene distribucije u vodovodnu mrežu.

Uvod

Razvoj vodovodnog sistema Pirota i same distribucione mreže pratio je porast potreba za vodom, i urbanizaciju i privredni razvoj grada. Međutim, u poslednjih pola veka dogodile su se znatne promene na izvorima i vrelima sa kojih se Pirot snabdeva vodom - presahlo je 30 - 40% kraških izvora, dok su vrela smanjila izdašnost. S obzirom na to da je vrelo Kavak, sa koga se najveći deo grada snabdeva vodom, smanjilo izdašnost za oko 20 l/s, postavlja se pitanje snabdevanja Pirota vodom u budućnosti.
Cilj istraživanja je utvrđivanje mogućnosti korišćenja vode veštačke akumulacije Zavoj za vodosnabdevanje Pirota.
Zavojsko jezero se nalazi na Staroj planini, u delu zvanom Visok. Udaljeno je 21 km od Pirota i 420 km od Beograda. Jezero je dugačko 17 km i nalazi se između sela Pakleštica i Zavoj (Stanković 1997). (slika 1)

Slika 1. Fizičko - geografski
položaj Zavojskog jezera u Srbiji

       Klima Visoka je umereno - kontinentalna, subplaninsko - planinska. Najhladniji mesec je januar, sa prosečnom temperaturom od -0.5°C, a najtopliji jul sa 22.5°C. Visina padavina je prilično ujednačena tokom godine. Najviše padavina izluči se u maju, a najmanje u septembru. Prosečna godišnja visina padavina je 960.5 mm (Stanković 1997).
     Hidrografska mreža Visoka je veoma razvijena. Glavni rečni tok ovog područja je reka Visočica koja prima više pritoka. Zavojsko jezero je nastalo kada je jedan od ogranaka Stare planine počeo da klizi i pregradio Visočicu na srednjem delu njenog toka. Prirodna brana koja je tom prilikom nastala kasnije je nadvišena izgradnjom veštačke brane. To je jedino jezero na teritoriji naše zemlje nastalo koluvijalnim procesom. Stalne pritoke jezera su Visočica, Belska reka, Gostuška reka, i deo Toplodolske reke, koji se tunelom prevodi do jezera, dok je jedina otoka Visočica. Jedan deo vode jezera se tunelom prevodi do HE "Pirot", koja ovu vodu koristi za pokretanje generatora.
     Geološki razvoj Visoka trajao je od proterozoika do gornje krede. Proterozojske stene predstavljene su amfibolitima i amfibolitskim škriljcima, kvarcitima, mermerima i amfibolitsko - biotitskim gnajsevima. Karakteristične stene ove oblasti potiču iz paleozoika i to su argilošisti silurske starosti i crveni sedimenti permske starosti. Trijas je zastupljen krečnjacima i terigeno - karbonatnim stenama. U donjojurskim sedimentima dominiraju fosili amonita i cefalopoda. Kreda je predstavljena laporcima i glincima, preko kojih leže peščari, glinci, vulkanski anglomerati, breče, tufovi, tufiti i andeziti (Anđelković 1980).
     Prva istraživanja na ovom području vršio je Institut za vodoprivredu "Jaroslav Černi". Ona su obuhvatala hemijsku analizu vode i završena su pre nego što je HE "Pirot" počela da koristi vodu jezera za proizvodnju struje. Dalja istraživanja vršio je Rudarsko - geološki fakultet iz Beograda za potrebe HE "Pirot". Takođe su obuhvatala analizu vode jezera, i pokazala su da voda Zavojskog jezera pripada normalnim jezerskim vodama, i da se može svrstati u I i IIA klasu. Hemizam vode je relativno stalan što ukazuje na to da se kretanje vode u jezeru odvija na isti način.

Metode

Istraživanje je izvedeno u periodu od marta do jula 2006. godine, osnovnom hidrohemijskom metodom (Dimitrijević, Papić 1989), u tri faze: terenski, laboratorijski i kabinetski rad. Terenski rad obuhvatao je uzorkovanje vode sa pet lokacija na jezeru: ispred brane (stajna tačka 1), ispred tunela (stajna tačka 2), sa sredine jezera (stajna tačka 3), sa mesta ušća Toplodolske reke u jezero (stajna tačka 4), sa mesta ušća Visočice u jezero (stajna tačka 5). Uzorci su uzimani jednom mesečno, sa različitih dubina jezera (1m, sredina dubine i dno jezera).
U laboratoriji je određen hemijski sastav uzoraka. Određivane su koncentracije Ca²⁺ , Mg²⁺, Cl^-, HCO₃^-, utrošak KMnO₄ i biološka potrošnja kiseonika (BPK) volumetrijski; koncentracije SO₄^2-, NO^3-, NO^2- i PO₄^3- kolorimetrijski; koncentracije Fe i Mn atomskom apsorpcionom spektrofotometrijom; koncentracije Na+ i K+ plamenom fotometrijom; pH - vrednost elektrohemijskom metodom i suvi ostatak i suspendovani materijal gravimetrijskom metodom. Mineralizacija, prolazna tvrdoća i ukupna tvrdoća određeni su računskim putem. Kabinetski rad se sastojao u obradi literaturnih podataka, rezultata hemijskih analiza i pisanju izveštaja.

Rezultati i diskusija

       Temperatura vode bila je u intervalu od 4.7°C, u mesecu martu, do 25.5°C, u mesecu julu, što je bilo uslovljeno povećanjem temperature vazduha u toku perioda u kome je vršeno istraživanje (od 6.2°C u martu do 35.3°C u julu).
Voda je bila prozračna na svim stajnim tačkama tokom perioda u kome je vršeno istraživanje, čemu je doprineo mali sadržaj suspendovanog materijala. Takođe, tokom istraživanja, na svim stajnim tačkama, bila je bez boje. Vrednost pH kretala se u intervalu od 7.14 do 8.36, što je u granicama propisane pH vrednosti vode za piće. Na osnovu klasifikacije vode po Klutu, voda je meka, sa opštom tvrdoćom od 4.59 do 9.04odH. Prema klasifikaciji vode po O. A. Alekinu, ona je hidrogenkarbonatno - kalcijumska, što je razumljivo zbog geološke građe terena (karbonatni sedimenti). Pripada I klasi po kvalitetu površinskih voda. Voda je male mineralizacije, a na osnovu rastvorenog kiseonika, ima stepen više oksidacije.
       Koncentracija jona Ca²⁺, tokom marta i aprila, imala je niže vrednosti u odnosu na ostale mesece. Vrednosti koncentracije u martu i aprilu bile su u granicama od 38.36 mg/dm³ do 43.13 mg/dm³, dok su se vrednosti koncentracije ovog jona tokom ostalih meseci kretale između 45.16 mg/dm³ i 62.40 mg/dm³. Manje koncentracije kalcijumovog jona tokom ranih prolećnih meseci su posledica razblaženja zbog atmosferskih padavina. U vezu sa razblaženjem usled atmosferskih padavina dovode se i manje koncentracije jona zemnoalkalnih (Mg²⁺) i alkalnih (Na⁺ i K⁺) metala, kao i koncentracije hidrogenkarbonatnog jona, u martu i aprilu, u odnosu na njihove koncentracije tokom kasnijih prolećnih i letnjih meseci.
       Koncentracije nitratnog jona su, u martu i aprilu, bile u granicama od 3.00 mg/dm³ do 6.00 mg/dm³. Tokom ostalih meseci vrednosti koncentracije ovog jona bile su znatno niže i kretale se u vrednostima od 0.88 mg/dm³ do 2.77 mg/dm³. (slika 2) Veće koncentracije nitratnog jona u toku marta i aprila bile su zbog povećane količine atmosferskih padavina, usled čega je došlo do spiranja okolnog obradivog zemljišta, i nešto veće koncentracije neorganskih zagađivača (veštačko đubrivo) u vodi.
       Koncentracija jona SO₄^2- se, tokom kasnih prolećnih i letnjih meseci (maj, jun, jul), povećavala sa povećanjem dubine i bila u granicama od 10.90 mg/dm3 do 16.02 mg/dm³. U toku marta i aprila, koncentracije ovog jona bile su veće, a najveća vrednost bila je u aprilu, na 1m dubine, i iznosila 20.80 mg/dm³. (slika 3) Veće koncentracije jona SO₄^2-u martu i aprilu posledica su atmosferskih padavina i spiranja okolnog obradivog zemljišta, koje sadrži neorganske zagađivače, odnosno veštačko đubrivo. Veće koncentracije ovog jona, bliže površini jezera, posledica su toga što su uzorci u toku ova dva meseca uzeti neposredno nakon padavina (kiše).
       Utrošak KMnO₄ se, tokom svih meseci, povećavao sa dubinom, i njegove vrednosti su se, u martu i aprilu, kretale između 1.30 mg/dm³ i 5.80 mg/dm³. Tokom ostalih meseci vrednosti utroška KMnO₄ bile su niže nego u martu i aprilu, i bile između 2.00 mg/dm³ i 3.50 mg/dm³. (slika 4) Više vrednosti utroška KMnO₄ u toku marta i aprila, posledica su veće koncentracije organskih materija u vodi, koje su tu dospele spiranjem zemljišta usled povećane količine atmosferskih padavina u toku ova dva meseca.
       Na veće koncentracije organskih materija u vodi u toku marta i aprila, ukazuju i nešto veće koncentracije biološke potrošnje kiseonika. Vrednosti BPK su, u martu i aprilu, bile između 2.30 mg/dm³ i 2.60 mg/dm³, dok su, tokom ostalih meseci, te vrednosti bile niže, i bile u granicama od 1.20 mg/dm³ do 1.92 mg/dm³.
     Količina suspendovanog materijala se tokom svih meseci, osim u martu, smanjivala sa povećanjem dubine i kretala između 1.15 mg/dm³ i 4.20 mg/dm³. Najviše vrednosti bile su u martu, kada se količina suspendovanog materijala povećavala sa povećanjem dubine i kretala u granicama od 8.20 mg/dm³ do 21.70 mg/dm³. (slika 5)
     Više vrednosti količine suspendovanog materijala u martu posledica su atmosferskih padavina i spiranja okolnog zemljišta, dok su više vrednosti u dubljim delovima jezera posledica povećane turbulencije vode, nakon pokretanja generatora Hidroelektrane.
Tokom svih meseci u kojima je istraživanje vršeno koncentracije nitritnog jona i mangana bile su ispod granice detekcije, što ukazuje na to da se koncentracije zagađivača (organskih i neorganskih) u vodi ne povećavaju nakon padavina. Ovo je vrlo značajno jer se voda, u slučaju korišćenja za vodosnabdevanje, ne bi morala dodatno prečišćavati nakon atmosferskih padavina.
Takođe su zabeležene i vrlo male koncentracije fosfatnih jona i ukupnog gvožđa, što nije od posebnog značaja, jer su ove vrednosti u domenu vrednosti greške pri merenju.

Slika 2. Prikaz koncentracije jona NO₃^- po dubinama	Slika 3. Prikaz koncentracije jona SO₄^2- po dubinama
Slika 4. Prikaz utroška KMnO₄ po dubinama	Slika 5. Promena količine suspendovanog materijala po dubinama

Zaključak

Voda Zavojskog jezera je hidrogenkarbonatno - kalcijumska, male mineralizacije i meka. Pripada I klasi i može se, uz eventualnu dezinfekciju, koristiti za piće. Međutim, zbog kratkog perioda u kome je istraživanje sprovedeno i nemogućnosti da se urade analize vode koja izlazi iz turbina HE "Pirot", ne može se tvrditi da li se ova voda može koristiti za vodosnabdevanje Pirota. Problem se javlja zbog toga što se voda i dalje mora koristiti za pokretanje generatora u HE "Pirot", nakon čega bi moglo doći do značajnijih promena u hemijskom sastavu vode. Da bi se sa sigurnošću tvrdilo da li se voda Zavojskog jezera može koristiti za vodosnabdevanje Pirotaili nekog njegovog dela, moraju se uvesti režimska osmatranja kvaliteta vode jezera, i u njih uključiti analize vode koja izlazi iz generatora Hidroelektrane.

Zahvalnost.

Zahvaljujemo se Svetlani Panajotović, dipl. inž. tehnologije, za pomoć u izradi hemijskih analiza vode i fabrici "Tigar MH" za ustupanje hemijske laboratorije. Takođe se zahvaljujemo i Ivani Nikolić, profesoru, i Milenku Trijiću, stručnom saradniku ISP, za pomoć i sugestije u toku izrade rada.

___________________________________________________________________________

Anđelković M. 1980. Geologija Jugoslavije. Beograd: Naučna knjiga
Vidanović G. 1955. Visok. Beograd: Geografski institut
Dimitrijević N., Papić P. 1989. Hidrohemija - Metode hemijskih analiza prirodnih voda i hidrohemijskih istraživanja. Beograd: Rudarsko - geološki fakultet
Mladenović A. 2006. Mogućnosti korišćenja vode veštačke akumulacije Zavoj za vodosnabdevanje Pirota - izveštaj o izvedenom istraživanju. Program geologije Istraživačke stanice Petnica
Protić M. 1934. Geološki sastav i tektonika Stare planine. Beograd: Rasprave geološkog instituta Kraljevine Jugoslavije
Stanković S. 1997. Geografija Ponišavlja. Beograd: Srpsko geografsko društvo
Grupa autora. 1977. Tumač OGK list Pirot, 1:100 000. Beograd: Savezni geološki zavod

___________________________________________________________________________

Ana Mladenović

Possibility of using water of the Lake of Zavoj for water - supply of Pirot

            Growth of water needs and urbanism and economic development of Pirot were followed by development of plumbing system and water distribution network. But, in last fifty years there were big changes on the fountainheads from which Pirot takes water - thirty to forty percent of karst fountainheads were dried, and generous of other fountainheads is smaller now. The question of water - supply of Pirot in the future is now current, because generous of the main fountainhead, Kavak, is now smaller about 20 liters per second.
                    Research has been conducted in order to establish possibility of using water of the Lake of Zavoj for water - supply of Pirot. The task was defining of physical - chemical characteristics of water of this lake. Research has been done by hydro - chemical method, in period from March to July in 2006. The fieldwork consisted of taking samples on 17 kilometers of the lake, on 5 stop - points, during 5 months (March, April, May, June and July 2006). Physical characteristics of the water were also determined. Concentrations of calcium, magnesium, sodium, potassium, chlorides and bicarbonates were determined, as well as the concentrations of the indicators of pollution: sulfates, phosphates, nitrites and nitrates, and indicators of organic matter: chemical and biological expense of oxygen.
                    It was concluded that the water of the Lake of Zavoj belongs to the first class by quality of rivers and lakes, and that it can be used for water - supply of Pirot, with possible disinfection. But, water of this lake must be used for setting in motion turbines of generators in hydroelectric power station "Pirot". After this, chemical structure of water may be different, so the question of worthwhile of refining the water and its distribution to plumbing system is present.