Nuwe reeks

Landbouweekblad begin vandeesweek met ’n reeks oor grondwater. Die eerste artikel handel oor die beskikbaarheid, ontginning en benutting van grondwater.

Daarna word die belangrikheid van die aanvullingsmodel bespreek, terwyl die derde artikel handel oor die uitwerking van klimaatsverandering, indringerplante en besoedeling op grondwater.

In die vierde en laaste artikel val die soeklig op die ontsouting van grond- en seewater.

In sekere veeweigebiede hoef ’n mens nie ver te gaan om te hoor van boorgate wat opdroog en kampe onbruikbaar maak nie. Eweneens skarrel wingerd- en vrugteboere sedert verlede jaar om grondwater te ontgin om produksie vol te hou.

Suid-Afrika het omvangryke grondwaterbronne, dog hulle verskil wat betref die hoeveelheid water wat hulle huisves, die gehalte, asook die beweging, aanvulling, kwesbaarheid en volhoubaarheid van die onttrekking van die water.

Geohidrologie of hidrogeologie is die wetenskap wat poog om dié eienskappe van ondergrondse water te verstaan. Landbouweekblad het prof. Kobus du Plessis van die departement siviele ingenieurswese aan die Universiteit Stellenbosch en mnr. Phil Hobbs, senior hidrogeologienavorser by die Wetenskaplike en Nywerheidsnavorsingsraad (WNNR), vrae oor grondwater gevra.

Mnr. Phil Hobbs
Prof. Kobus du Plessis

Phil se kollegas, drr. Nebo Jovanovic, ’n hoofnavorser by die WNNR, en Mark Gush, hoof van hidrowetenskapnavorsing, het ook bydraes gelewer.

Grondwater is ’n ingewikkelde saak, sê Kobus. “As ’n mens met grondwater werk, is die onsekerheid groter. Daar is so baie vrae daaroor dat dit goed bestuur móét word. Jy moet kyk waar pas grondwater in jou waterbronne en die bestuur daarvan in.”

Hy sê dit is belangrik om te besef grondwater is nie net waar die boorgat is nie. “Dis komplekser en strek veel wyer. Daarom verg dit dikwels ’n gemeenskaplike poging om die gebied waarin die water is, te beskerm.”

Is daar sekere geologiese kenmerke in ’n gebied wat gewaarborg is om water te hou?

Phil: Hoewel sekere geologiese verskynsels bekend is dat hulle met water geassosieer word, is ’n regstreekse verwantskap tussen geologiese strukture, soos nate, breke en die voorkoms of teenwoordigheid van grondwater, nie gewaarborg nie.

Sekere rotstipes het gunstiger waterdraende eienskappe as ander. Dit kan die kans verhoog om grondwater daar te kry. ’n Rotsformasie of rotslae (wat sand en gruis insluit) wat grondwater kan opberg en waarin water kan beweeg, word ’n akwifeer of waterdraer genoem.

Sekondêre waterdaers is dié wat “genaatheid” meebring. Die oorsprong daarvan is tydens die vormingstydperk van die aarde waar verskillende grondlae teenoor mekaar uitgeskuif het. Tussen die nate of lae verskyn vloeipaaie vir grondwater en dit is een van die sekondêre bronne van water. Foto: KOBUS DU PLESSIS

Kobus: Daar is hoofsaaklik twee kategorieë grondwaterstrukture, naamlik primêre en sekondêre waterdraers. Primêre waterdraers is gewoonlik sanderige formasies waar die bronwater tussen die sanddeeltjies lê.

Sekondêre waterdraers is dié wat genaatheid en breuke (faults) meebring. Die oorsprong daarvan was in die vormingstydperk van die aarde waar verskillende grondlae teenoor mekaar uitgeskuif het. Tussen die nate of lae verskyn vloeipaaie vir grondwater, en dit is een van die sekondêre bronne van water. ’n Mens kry ook kombinasies van primêre en sekondêre bronne.

Wat is ‘oerwater’ of ‘fossielwater’? Word dit aangevul? Hoe moet ons dit benut?

Phil: Fossielwater is grondwater wat al vir honderd of selfs duisend jaar vasgevang is in waterhoudende lae. Dit lê dikwels baie diep onder die oppervlak waar dit heeltemal van die atmosfeer en reënwater afgesny is. Dit beteken meestal dat dit nie deur reënval aangevul word nie. Dit behoort daarom met sorg en die wete dat dit ’n eindigende en nie-hernieubare hulpbron is, gebruik te word.

Hoe word ondergrondse water aangevul?

Phil: Grondwater word meestal aangevul deur die natuurlike infiltrasie van ’n deel van die reën. Dit word heraanvulling genoem. In gebiede met soortgelyke reënval kan lae met beter waterhou-eienskappe ’n groter deel (25% of meer) van die reënval opneem as lae met swak waterhouvermoë (dikwels minder as 1% of 2%). In die droë dele van Suid-Afrika is heraanvulling gewoonlik kleiner en minder gereeld as in die natter dele.

Kobus: Reënval en syfering is die belangrikste maniere waarop grondwater aangevul word. Nie alle reën beland potensieel onder die grond as grondwater nie. ’n Deel loop af op die oppervlak en ’n deel syfer in tot by die wortelsone, waar plante dit opneem. Van die water in die kapillêre lae is nog toeganklik vir die plant, maar dit is moeilik bereikbaar.

Eers daar onder lê dít wat in die spreektaal as grondwater bekend is. Grondlae word in versadigde en onversadigde gebiede verdeel, en die versadigde gebied is waar die term grondwater vandaan kom. Die model wat voorstel hoe reënval tot by die versadigde laag uitkom, is ingewikkeld en nie so maklik om te bepaal nie.

Ons werk met goed wat ons nie kan sien nie. Ons weet nie hoe ver dit is, hoe wyd dit is, of hoe korrek ons aannames is nie. Dis hoekom daar altyd ’n geohidroloog op jou grondwaterspan moet wees en waarom monitering uiters belangrik is.

Kan heraanvulling kunsmatig gedoen word? Het ons voorbeelde daarvan in Suid-Afrika?

Phil: Die kunsmatige heraanvulling van grondwater kan gedoen word deur die natuurlike omgewing te verander om die infiltrasie van reënwater te bevorder, byvoorbeeld deur poele of deur water in boorgate, wat spesiaal vir die doel opgerig is, in te pomp.

Kunsmatige heraanvulling word by Atlantis aan die Weskus gedoen waar damme dien as infiltrasiekomme op die sandgrond; by Polokwane in Limpopo, waar ’n sanderige rivierbedding gebruik word om water op te berg, en by Windhoek in Namibië, waar behandelde afvalwater via boorgate in ’n waterdraer met rotsbreuke (fractured rock) ingespuit word.

Die water wat só ingefiltreer word, word onttrek uit boorgate in die omgewing vanwaar die water heraangevul is, of van ’n plek wat verder weg geleë is, maar wat deur middel van geologiese strukture verbind is met die strukture waar die water ingefiltreer is. Die metode is bekend as ’n bestuurde heraanvullingstelsel vir waterdraers.

Kobus: Kunsmatige aanvulling word met groot welslae en om goeie redes gebruik. By Calvinia in die Noord-Kaap word die gedwonge inpomp van water in boorgate gebruik, terwyl “geleentheidswater” by Karkams in die Noord-Kaap ingepomp word. Dit beteken dat ’n bufferwal gestoot word om reën op te vang en in ’n boorgat in te pomp voor dit verdamp.

Hoewel daar nie verdampingsverliese onder die grond is nie, kan die water wegsyfer. Dit is een van die faktore wat jy in ag moet neem voor jy geld in kunsmatige aanvulling belê. Die boorgat waarin die water gepomp word, is nie noodwendig die een waaruit water later vir menslike gebruik gepomp word nie.

Dit is omdat die twee prosesse verskillende boorgatkonstruksiemetodes benodig en omdat daar groot chemiese verskille tussen “skenkerwater” en “ontvangerwater” kan wees. Nog ’n rede is dat ’n normale boorgat wat goed ontwerp is, gebou word om water te onttrek. Om water in so ’n boorgat te probeer indwing, kan die boorgat se funksionering beïnvloed.

Ons doen te min kunsmatige aanvulling in Suid-Afrika. Ons kan dit beter benut, maar ons moet dit met groot kundigheid en omsigtigheid gebruik.

Hoe wyd strek Kaapstad se drie akwifeerstelsels, die Atlantis-, Kaapse Vlakte- en Tafelberggroepwaterdraer en hoe word hulle reeds gebruik?

Phil: Dit is beter om liewer te praat van die Groter Kaapstad-waterdraerstelsels omdat kwartsiet en sandsteen in ’n waterdraer, soos die Tafelberggroep, wyer voorkom as die Kaapse metropool. Daar kan duidelik onderskei word tussen die Atlantis- en Kaapse Vlakte-waterdraer aan die een kant en die Tafelberggroep aan die ander kant.

Dit illustreer die twee tipes waterdraer: Die Atlantis- en Kaapse Vlakte waterdraer bestaan uit los sand tot sand en klei wat swak gekonsolideer is. Dit lê 50 m diep en werk soos ’n spons. In teenstelling daarmee bestaan die Tafelberggroep uit harde rotse wat duisende meter diep lê en water opberg en deurlaat in nate, breke en krake en langs afsettingsvlakke in die rotse.

Hoewel die omvang van die sand- en rotsformasies bekend is, is die mate van hul gunstige waterhoudende eienskappe nie so bekend nie, en kan dit selfs in dieselfde rotstipe of -formasie verskil. In die geval van die Atlantis- en Kaapse Vlakte-waterdraer is die eienskappe redelik eenvormig en bekend.

By die Tafelberggroep is die omvang van die dele van die waterdraer wat meer water lewer, moeiliker om uit te beeld en daarom nie goed gedefinieer nie. Die Atlantis-waterdraer is die enigste van die Kaapse grondwaterbronne wat in dié stadium ’n munisipale watervoorsieningsfunksie het.

Dit voorsien vir die afgelope 40 jaar nagenoeg 5 miljoen liter water per dag aan die dorp vir huishoudelike en nywerheidsgebruik. Huiseienaars benut reeds die Kaapse Vlakte-waterdraer met behulp van vlak putstelsels (wellpoint systems), terwyl nywerhede putte of boorgate gebruik.

Die volume water wat só gebruik word, is onbekend omdat dit nie behoorlik gemeet word nie, maar dit is waarskynlik ’n wesenlike hoeveelheid. Die Tafelberggroepwaterdraer is ’n grondwaterbron wat tot dusver nie benut word nie, buiten relatief klein, maar standhoudende fonteine, byvoorbeeld in Nuweland.

Kobus: Grondwater by Atlantis word al baie lank gebruik. Volgens die dubbele infiltrasiebeddingmetode wat by Atlantis gebruik word, word gesuiwerde rioolwater gebruik om water kunsmatig aan te vul. Die swakker gehalte water gaan in ’n infiltrasiedam wat naaste aan die see is. Dit dien amper as ’n buffer teen indringing deur die seewater.

Die beter gehalte water wat op die waterdraer laat infiltreer word, word ’n paar kilometer verder onttrek nadat dit deur die natuurlike suiweringsprosesse gaan namate dit deur die sand infiltreer. Die dubbele damstelsel het tot gevolg dat ’n mens soms meer water onttrek as wat natuurlik aangevul kan word.

Dit is ook naby die kus, wat die gevaar van seewaterindringing baie groot maak. Daar is ’n interessante verhouding: Vir elke meter wat die watertafel laat sak word, kom die seewater se interaksiesone 40 m nader. Dit is hoekom ons baie versigtig moet wees en daar ’n dubbele stelsel by Atlantis is.

Het Suid-Afrika ander groot waterdraers?

Phil: Ja, heelparty, van die sanderige alluviale waterdraers by die Krokodil- en Limpoporivier in die noorde van die land en die Sandrivier by Polokwane, tot die uitgebreide dolomitiese formasies wat in die Noord-Kaap by Sishen voorkom en strek van Noordwes, ooswaarts deur Gauteng, tot in Mpumalanga.

Die waterdraers moet gedreineer word om watervloei na die onderliggende diep goudmyne van die verre Wes-Rand rondom Carletonville te beperk.

Kobus: Die Wes-Kaap het ’n groot waterdraer by Langebaanweg, wat in die sestigerjare as ’n nasionale watersleutelpunt geproklameer is, en die Elandsfonteinwaterdraer wat onlangs in die nuus was omdat daar vrese is oor die uitwerking wat ’n oopgroef-fosfaatmyn op die bron kan hê.

Wat is die wetenskap van water opspoor en die kans om water raak te boor? Hoe presies is metodes om water te vind?

Phil: Dit kom neer op eksplorasie met verskillende tegnieke, soos geologiese waarnemings in die veld, saam met geologiese kaarte en geofisiese opnames waarin verskillende grondgebaseerde en lugplatforms gebruik word. Eksplorasie vir grondwater soek na afwykings in die eienskappe van geologiese rotslae onder die oppervlak wat met grondwater geassosieer kan word, of nie.

Die eienskappe kan verband hou met die tipe rotslae en die versteuring of verandering van sy oorspronklike toestand. Hoewel die metodes presiese resultate kan lewer wat betref die regte plek om te boor, kan dit nie grondwater met presisie opspoor nie.

Die probleem is groter in beboude gebiede waar ondergrondse en oorhoofse infrastruktuur, soos waterpype en kraglyne, met die eksplorasiedata inmeng, terwyl beperkte ruimte en toegang die eksplorasiegebied beperk. Kobus: Suid-Afrika het grondwaterpotensiaalkaarte gekoppel aan geologiese formasies.

As dit byvoorbeeld in Atlantis is, is daar baie sand waar daar dalk primêre waterdraers gevind kan word. Daar is ook ’n nasionale databasis van alle grondwaterinligting. Dit help dat jy ’n aanduiding kry van die kans dat jy water in ’n sekere omgewing kan kry en verlaag die risiko dat jy geld bestee om ’n klomp boorgate te sink.

Daar is nie regte of verkeerde antwoorde nie, maar dit is belangrik om voor die tyd goeie inligting te kry. Die wetenskaplike tegnieke wat gebruik word, is hoofsaaklik ’n elektromagnetiese toets omdat water elektrisiteit gelei. Dit gee ’n aanduiding van water, maar is nie altyd so akkuraat nie, veral nie as jy dit in die Kaap in die winter doen nie.

Geohidroloë bestudeer ook lugfoto’s of ortofoto’s (aangepaste lugfoto’s) om te sien waar krake en nate is en afleidings te maak oor skuifsones, genaatheid en vloeipaaie, wat dikwels dui op die teenwoordigheid van water. Dit help ook om na mense wat al lank in die gebied bly, te luister en saam met al die ander inligting ’n besluit te neem. Dit is die beste wat ons tot ons beskikking het.

Kan ’n mens vooraf bepaal wat die lewering van ‘n boorgat sal wees? Indien nie, hoekom nie?

Phil: Meestal nie, of in ’n mate, wat nie veel waarde het nie. Die rede is dat die lewering van ’n boorgat regstreeks verwant is aan die waterhouvermoë van die waterdraer waarin dit geboor is en waaraan dit water onttrek. Dit is nie moontlik om die eienskappe vooraf met sekerheid vas te stel nie. Dit is meer gepas om te praat van die lewering van ’n waterdraer.

Dit word bepaal deur ’n pomptoets wat behoorlik uitgevoer word en beheer en gemonitor is. Die duur van ’n pomptoets, wat ’n paar uur, dae, weke of langer kan wees, word bepaal deur die mate waarin daar op die duur op die bron staatgemaak gaan word en hoe belangrik dit as ’n waterbron is.

Kobus: Daar is verskillende toetse, soos ’n staptoets (step test) en ’n meervoudige onttrekkingstempotoets (multi-rate test). Voor die boorgat gesink word, kan modellering gedoen word om verwagte lewering te bepaal deur te kyk na aanvulling deur reën, gemiddelde jaarlikse afloop en hoeveel water aan die waterdraer onttrek kan word.

Dit gaan afhang van faktore soos die tempo waarteen water deur die waterdraer vloei en die hoeveelheid water wat opgeberg kan word (opbergingsvermoë). Daar is ook ’n blaastoets (blow-yield test). Dis die een wat altyd op foto’s verskyn. Teen die einde van die boorproses word ’n groot klomp lug in die boorgat ingeblaas sodat die water dikwels uitspuit.

Dan is die boer baie bly, die aar is raakgeboor. Dit is egter nie ’n maatstaf van die verwagte lewering van die gat nie. Ons het al gesien dat lewering tydens ’n blaastoets 120 liter per sekonde is, maar in gekontroleerde toetse word die veilige leweringstempo slegs as 15-20 liter per sekonde aangetoon.

Die blaastoets word eintlik gedoen om die boorgat skoon te maak en onsuiwerhede uit te kry. In die staptoets toets jy deur water vir minstens agt uur teen ’n hoë tempo te onttrek. Die bedoeling is dat jy alle vloeipaaie dreineer. Dan staak jy die onttrekking en kyk hoe vinnig die watervlak herstel.

Die tyd wat dit kos om tot die oorspronklike watervlak te herstel, gee ’n anduiding of daardie tempo gehandhaaf kan word. Die toets moet verkieslik nie vir korter as 12 uur gedoen word nie, en verkieslik vir minstens 72 uur. Die meervoudige onttrekkingstempotoets word gedoen deur water te onttrek en te kyk hoe dit herstel nadat verskillende onttrekkingstempo’s herhaaldelik gebruik is. Met die toets kry jy goeie inligting oor die oordraagbaarheid en opbergvermoë van die waterdraer.

Só verseker jy volhoubaarheid

Die betroubaarste manier om die volhoubaarheid van grondwater te verseker, is deur die gedrag en reaksie van die waterdraer tydens onttrekking en heraanvulling te verstaan, sê mnr. Phil Hobbs, senior hidrologie-navorser by die Wetenskaplike en Nywerheidnavorsingsraad (WNNR).

Verder moet ’n boorgat bestuur word binne die grense wat onttrekking en heraanvulling stel. Dít vereis gereelde monitering van die diepte van die watertafel, verkieslik maandeliks vir die meeste kleinskaalse gebruike, en nadat die boorgat vir minstens agt uur gerus het.

Aantekeninge oor die monitering sal mettertyd stygings of dalings in die watertafel toon. ’n Volgehoue afname is ’n teken van ’n bron wat uitgeput word.

Prof. Kobus du Plessis van die departement siviele ingenieurswese aan die Universiteit Stellenbosch sê aangesien grondwater so kompleks is, is goeie bestuur baie belangrik. “Ek dink ons doen dit verkeerd. Ons bestee nie genoeg geld aan die doeltreffende bestuur van ondergrondse bronne nie. My span vir waterbestuur sal ’n kerngroep van ’n geohidroloog, ’n siviele ingenieur en ’n ekoloog insluit.”

Kobus sê produksieboorgate en moniteringsboorgate moet goed oor die verwagte impakgebied versprei wees. Lesings van die gehalte en vlak van water moet kwartaalliks gemonitor word.

“Dit is jou vroeë waarskuwingstelsel.” Die volume water wat ’n waterdraer bevat, is nie so belangrik soos hoe maklik die water aangevul word om water op groot skaal oor ’n lang tyd te voorsien nie, sê Phil.

“Die Atlantis- en Kaapse Vlakte-waterdraers word maklik heraangevul, sy dit natuurlik deur reën of kunsmatige heraanvulling. Die volume water wat opgeberg word, kan afgelei word uit die omvang, diepte en poreusheid van die sanderige materiaal op die oppervlak.”

Dit kan volgens hom nie so maklik vir die Tafelberggroep-waterdraer gedoen word nie omdat daar nog nie uitgebreide ondersoeke van die diep lae van die waterdraer gedoen is om die opbrengs en volhoubaarheid van die bron vas te stel nie. Phil waarsku dat die grootskaalse benutting van die Atlantis- en Kaapse Vlakte-waterdraers die insypeling van seewater tot gevolg kan hê.

Dit kan veroorsaak dat die grond wegsak deurdat die waterdraer verdig word en skade aan infrastruktuur op die oppervlakte en ’n verlies aan poreusheid meebring. Sodanige skade kan verhoed word deur die onttrekking van grondwater nougeset te monitor en te bestuur.

Die uitwerking wat grootskaalse gebruik op die Tafelberggroep-waterdraer kan hê, kan nie so maklik bepaal word nie omdat die waterdraer se gedrag en reaksie gedurende onttrekking aansienlik ingewikkelder is.

Die uitwerking waaroor die meeste kommer bestaan, is die nadelige impak op die omgewing op die oppervlak, terwyl die verwantskap tussen vlak en diep grondwaterstelsels nie goed verstaan word nie.

Navrae: Prof Kobus du Plessis, e-pos:jadup@sun.ac.za; tel. 021 808 4358. Kontak mnr. Phil Hobbs via Kgauhelo Dioka, e-pos: KDioka@csir.co.za of tel. 012 841 2972.