Põhjavesi

Põhjavesi on maakoore ülaosa kivimite ja setete poorides ning lõhedes olev vaba vesi.
Põhjavesi on maapinnaalune vesi. Vaba vesi tähendab seda, et põhjavee hulka ei kuulu kapillaarvesi, kilevesi, hügroskoopsusvesi, niiskus mullas, keemiliselt mineraalide koostisse seotud vesi jne. Põhjavesi liigub maakoores gravitatsioonijõu ning rõhu vähenemise suunas.
Salvkaevudes on vesi stabiliseerunud teatud kõrgusel, mida nimetatakse põhjaveetasemeks. Sellest allpool olev vesi ongi põhjavesi. Allpool põhjaveetaset on setted ja kivimid veest küllastunud. Seda maakoore osa nimetatakse küllastusvööks, ülalpool küllastusvööd on aga aeratsioonivöö. Aeratsioonivöös olev vesi ei kuulu põhjavee hulka.
Ülemiste horisontide põhjavesi moodustub peamiselt maasse imbuvatest sademetest ning on seetõttu enamasti mage.
Põhjavett uuriv teadusharu on hüdrogeoloogia.
Põhjaveest eristatakse pinnavett, mis paikneb veekogudes ning mida uurib hüdroloogia. Atmosfäärset vett uurib meteoroloogia.
Definitsioon.
Põhjavesi on magevesi, mis asub pinnase ja kivimite pooriruumis. See on ka vesi, mis voolab põhjaveekihis. Mõnikord on kasulik eristada põhjavett, mis on tihedalt seotud pinnaveega, ja põhjaveekihis asuvat sügavat põhjavett (mida nimetatakse "fossiilseks veeks", kui see on aastatuhandeid tagasi pinnasesse imbunud).
Põhjavee kvaliteet Eestis.
Uuringute kohaselt on Eestis hakanud umbväljakud ja kliimamuutustega kaasnevad üleujutused tekitama ülemistes põhjaveekihtides muutusi, muutuma on hakanud ka vee keemiline koostis. Eestisse tekib juurde nõrgalt kaitstud põhjaveega piirkondi, kus inimtegevusega reostatakse joogivett. 2020. aasta Keskkonnainvesteeringute Keskuse uuringu kohaselt olid 71 protsenti hajaasustuse kaevudest saastunud, muuhulgas ohtlike bakteritega, mis pärit inimese väljaheidetest. Trend on seotud mitme muutusega: esiteks hajaasutuste kasv, teiseks ka kõrvalistes kohtades kaasaegsete mugavuste sisse seadmine (nt dušš), kolmandaks kinniste lampkastide asemel näiteks septikute kasutamine.
Roll veeringluses.
Põhjavee kohta võib mõelda samamoodi nagu pinnavee kohta: sisendid, väljundid ja ladustamine. Põhjavee looduslik sisend on pinnaveest väljavoolamine. Põhjavee looduslik väljavool on allikad ja merre suunduv voolav vesi. Põhjavee aeglase voolukiiruse tõttu on põhjavee varu üldiselt palju suurem (mahu poolest) võrreldes sisendiga kui pinnavee puhul. Selle erinevuse tõttu on inimestel lihtne kasutada põhjavett pikka aega jätkusuutmatult ja ilma tõsiste tagajärgedeta. Sellegipoolest on põhjaveeallika kohal olev keskmine lekke kiirus pikemas perspektiivis selle allika keskmise veetarbimise ülemine piir.
Põhjavett täiendatakse looduslikult sademetest, ojadest ja jõgedest pärineva pinnaveega, kui see täiendus jõuab põhjavee tasemeni.
Põhjavesi võib olla loodusliku veetsükli pikaajaline "reservuaar" (mille viibimisaeg võib ulatuda päevadest kuni aastatuhandeteni), erinevalt lühiajalistest veereservuaaridest, nagu atmosfäär ja magevesi (mille viibimisaeg võib ulatuda minutitest kuni aastateni). Sügav põhjavesi (mis on pinnalademetest üsna kaugel) võib võtta väga kaua aega oma loomuliku tsükli lõpuleviimiseks.
Kesk- ja Ida-Austraalias asuv Great Artesian Basin on üks maailma suurimaid piiratud põhjaveesüsteeme, mis ulatub peaaegu 2 miljoni ruutkilomeetrile. Analüüsides sügavalt maa alt pärit vee mikroelemente, on hüdrogeoloogid suutnud kindlaks teha, et nendest põhjaveekihtidest saadav vesi võib olla rohkem kui 1 miljon aastat vana.
Võrreldes Suure Artesian basseini eri osadest saadud põhjavee vanust, on hüdrogeoloogid leidnud, et selle vanus suureneb kogu basseini ulatuses. Seal, kus vesi taastub põhjaveekihtidest idapoolse lõhe ääres, on vanus noor. Kui põhjavesi voolab üle mandri lääne suunas, suureneb selle vanus, kusjuures vanim põhjavesi esineb läänepoolsetes osades. See tähendab, et selleks, et põhjavesi oleks 1 miljoni aasta jooksul läbinud taastumisallikast peaaegu 1000 km, liigub läbi Suure Artesian basseini voolav põhjavesi keskmiselt umbes 1 meetri võrra aastas.
Põhjavee taastumine.
Põhjavee taastumine ehk sügavdrenaaž või sügavkülvamine on hüdroloogiline protsess, mille käigus vesi liigub pinnaveest allapoole põhjavette. Taastumine on peamine meetod, mille kaudu vesi põhjaveekihti satub. See protsess toimub tavaliselt vadoosivööndis taimede juurte all ja seda väljendatakse sageli vooluna põhjaveepinnale. Põhjavee taastumine hõlmab ka vee liikumist põhjaveepinnast kaugemale küllastunud vööndisse. Taastumine toimub nii looduslikult (veeringe kaudu) kui ka antropogeensete protsesside kaudu (st "kunstlik põhjavee taastumine"), kus vihmavesi ja/või regenereeritud vesi juhitakse maapinnale.
Kõige levinumad meetodid põhjavee taastekke määrade hindamiseks on: kloriidide massibilanss (CMB); mullafüüsika meetodid; keskkonna- ja isotoopiamõõdikud; põhjavee taseme kõikumise meetodid; veetasakaalu (WB) meetodid (sh põhjaveemudelid (GM)); ja baasvoolu (BF) hindamine jõgedesse.
Asukoht põhjaveekogudes.
Põhjaveekiht on maa-alune veekandev kiht, mis koosneb läbilaskvast või lõhestunud kivimist või tahkestamata materjalist (kruus, liiv või põhjamuda). Veekihid on oma omadustelt väga erinevad. Vee voolamise uurimist põhjaveekihtides ja põhjaveekihtide iseloomustamist nimetatakse hüdrogeoloogiaks. Sellega seotud mõistete hulka kuuluvad akvitoorium, mis on vähese läbilaskvusega kiht piki põhjaveekihti, ja akvikloode (või akviifuur), mis on põhjaveekihi all või kohal asuv tahke, läbitungimatu ala, mille surve võib põhjustada piiratud põhjaveekihi moodustumist. Põhjaveekihtide liigitus on järgmine: Küllastunud versus küllastumata; põhjaveekihid versus põhjaveekihid; piiratud versus piiramata; isotroopne versus anisotroopne; poorne, karstiline või murdunud; piiriülene põhjaveekihi.
Omadused.
Temperatuur.
Vee suur erisoojusvõimsus ning pinnase ja kivimite isoleeriv mõju võib leevendada kliima mõju ja hoida põhjavee suhteliselt püsiva temperatuuriga. Mõnes kohas, kus põhjavee temperatuur püsib tänu sellele efektile umbes 10°C juures, saab põhjavett kasutada pinnal asuvate ehitiste sisemise temperatuuri reguleerimiseks. Näiteks võib kuumade ilmade ajal suhteliselt jahedat põhjavett pumbata läbi kodude radiaatorite ja seejärel teises puurkaevus maapinda tagasi juhtida. Külmal aastaajal, kuna see on suhteliselt soe, saab vett kasutada samamoodi soojusallikana soojuspumpade jaoks, mis on palju tõhusam kui õhu kasutamine.
Kättesaadavus.
Põhjavesi moodustab umbes kolmkümmend protsenti maailma magevee varudest, mis on umbes 0,76% kogu maailma veevarudest, sealhulgas ookeanid ja püsiv jää. Umbes 99% maailma vedelast mageveest on põhjavesi. Globaalne põhjavee varu on ligikaudu võrdne kogu mageveekogusega, mis on ladustatud lume- ja jääpakendis, sealhulgas põhja- ja lõunapoolustel. See muudab selle oluliseks ressursiks, mis võib toimida loodusliku varuna, mis võib puhverdada pinnavee puudust, näiteks põua ajal.
Põhjavee mahtu põhjaveekihis saab hinnata, mõõtes veetaset kohalikes puurkaevudes ja uurides puurkaevude geoloogilisi andmeid, et määrata kindlaks vett sisaldavate setete ja kivimite ulatus, sügavus ja paksus. Enne tootmiskaevudesse investeerimist võib puurida proovipuurauke, et mõõta vee esinemissügavust ja koguda pinnase-, kivimi- ja veeproove laboratoorseteks analüüsideks. Katsepuuraukudes võib teha pumpamiskatseid, et määrata kindlaks põhjaveekihi vooluomadused.
Põhjaveekihtide omadused erinevad sõltuvalt geoloogiast ja aluspõhja struktuurist ning topograafiast, kus nad esinevad. Üldiselt esinevad produktiivsemad põhjaveekihid setete geoloogilistes formatsioonides. Võrreldes sellega annavad paljudes keskkondades väiksemaid koguseid põhjavett ilmastiku- ja murdunud kristallilised kivimid. Konsolideerimata või halvasti tsementeeritud alluviaalmaterjalid, mis on kogunenud orgude täitvate setetena suurtes jõeorgudes ja geoloogiliselt langevates struktuurilistes basseinides, kuuluvad kõige produktiivsemate põhjaveeallikate hulka.
Erinevates litoloogilistes keskkondades võivad vedeliku voolud muutuda kivimite rabe deformatsiooni tõttu murranguvööndites; mehhanismid, mille abil see toimub, on murranguvööndite hüdrogeoloogia teema.
Kasutamine inimeste poolt.
Vajadus põhjavees ainult suureneb, peamiselt kõikide sektorite kasvava veevajaduse ja sademete hulga suureneva varieeruvuse tõttu.
Kogused.
Põhjavesi on kõige kättesaadavam magevee allikas kogu maailmas, sealhulgas joogiveena, niisutamiseks ja tootmiseks. Põhjavee moodustab umbes poole maailma joogiveest, 40% niisutusveest ja kolmandiku tööstuslikuks otstarbeks kasutatavast veest.
Joogivee kvaliteedi aspektid.
Põhjavesi võib olla ohutu veeallikas või mitte. Tegelikult on põhjavee puhul erinevates hüdrogeoloogilistes tingimustes märkimisväärne ebakindlus: selliste saasteainete nagu arseen, fluoriid ja soolsus võib vähendada põhjavee sobivust joogiveeallikana. Arseeni ja fluoriidi on ülemaailmsel tasandil peetud prioriteetseteks saasteaineteks, kuigi prioriteetsed kemikaalid varieeruvad riigiti.
Hüdrogeoloogilised omadused on väga heterogeensed. Seetõttu on põhjavee soolsus sageli ruumiliselt väga varieeruv. See aitab kaasa väga erineva põhjavee turvalisuse ohu tekkimisele isegi konkreetse piirkonna piires. Põhjavee soolsus muudab vee kõlbmatuks ja kasutuskõlbmatuks ning esineb sageli rannikualadel, näiteks Bangladeshis ning Ida- ja Lääne-Aafrikas.
Veevarustus munitsipaal- ja tööstuslikuks otstarbeks.
Kommunaal- ja tööstusveevarustus toimub suurte puurkaevude kaudu. Ühe veevarustusallika mitu puurauku nimetatakse "puurkaevuväljadeks", mis võivad võtta vett piiratud või piiramata põhjaveekihist. Põhjavee kasutamine sügavatest piiratud põhjaveekihtidest pakub suuremat kaitset pinnavee saastumise eest. Mõned puurkaevud, mida nimetatakse "kogumispuurkaevudeks", on spetsiaalselt kavandatud pinnavee (tavaliselt jõevee) infiltreerimiseks.
Niisutus.
Üldiselt moodustab 20% põllumajandusmaast (erinevate veeallikatega) niisutamine 40% toidutoodangust. Üle kogu maailma kasutatakse niisutustehnikaid, mis hõlmavad pinnavee ümberjuhtimist kanalite kaudu, põhjavee pumpamist ja vee ümberjuhtimist tammidest. Veekogud on põllumajanduses kriitilise tähtsusega. Kuivade piirkondade sügavad põhjaveekihid on pikka aega olnud niisutusvee allikad. Suurem osa kaevandatud põhjaveest, 70%, kasutatakse põllumajanduslikel eesmärkidel.
Indias toimub 65% niisutamisest põhjaveega ja umbes 90% kaevandatud põhjaveest kasutatakse niisutamiseks.
Mõnikord kasutatakse settekivimitest või "põlispõhjaveest" põhjaveekihtidest linnapiirkondade niisutus- ja joogivett. Näiteks Liibüas on Muammar Gaddafi suures tehisjõe projektis pumbatud suuri koguseid põhjavett Sahara all asuvatest põhjaveekihtidest ranniku lähedal asuvatesse rahvarohketesse piirkondadesse. Kuigi see on säästnud Liibüa raha võrreldes alternatiivse meetodiga, sooldamisega, on tõenäoline, et põhjaveekihtide vesi kuivab 60-100 aasta pärast. 
Väljakutsed.
Esiteks on üleujutuste leevendamise kavad, mille eesmärk on kaitsta üleujutusaladele rajatud infrastruktuuri, tahtmatult vähendanud põhjaveekihi taastumist, mis on seotud looduslike üleujutustega. Teiseks võib põhjavee pikaajaline ammendumine ulatuslikes põhjaveekihtides põhjustada maapinna vajumist ja sellega kaasnevaid infrastruktuurikahjustusi ning kolmandaks soolase vee sissetungi. Neljandaks võib happeliste sulfaatmuldade kuivendamine, mida sageli leidub madalatel rannikutasandikel, põhjustada varem mageveekogude ja jõgede reostumist. Viiendaks põhjavee ülepumpamine vähendab maismaa veevarusid. Ülepumbatud magevesi satub ookeani, suurendades merevee taset.
Põhjavee haldamine.
Põhjavee haldamise protsessid võimaldavad põhjavee majandamist, planeerimist ja poliitika rakendamist. See toimub mitmel skaalal ja geograafilisel tasandil, sealhulgas piirkondlikul ja piiriülesel tasandil.
Põhjavee majandamine on tegevuspõhine, keskendudes praktilisele rakendustegevusele ja igapäevastele toimingutele. Kuna põhjavett peetakse sageli eraressursiks (st tihedalt seotud maaomandiga ja mõnes jurisdiktsioonis käsitletakse seda eraomandina), on reguleerimine ja ülevalt alla suunatud juhtimine ja majandamine keeruline. Valitsused peavad täielikult võtma oma rolli ressursihaldurina, pidades silmas põhjavee ühishüve aspekte.
Siseriiklikud seadused ja määrused reguleerivad juurdepääsu põhjaveele ning inimtegevust, mis mõjutab põhjavee kvaliteeti. Õigusraamistik peab hõlmama ka põhjavee äravoolu- ja taastumisvööndite ning veevarustuskaevude ümbruse kaitset, samuti jätkusuutliku saagikuse norme ja veevõtu kontrolli ning ühise kasutamise eeskirju. Mõnes jurisdiktsioonis reguleeritakse põhjavett koos pinnaveega, sealhulgas jõgedega.
Riigi kaupa.
Põhjavesi on oluline joogiveevarustus ressurss, eriti kuivades riikides.
Araabia regioon on üks kõige veepuudulikumaid piirkondi maailmas ja põhjavesi on kõige enam kasutatav veeallikas vähemalt 11 araabia riigis 22st. Põhjavee liigne ammutamine paljudes piirkonna osades on viinud põhjavee taseme languseni, eriti tihedalt asustatud ja põllumajanduspiirkondades.