Transcript Wody w strefie saturacji - dr hab. inż. WOJCIECH Z. CHMIELOWSKI

OCHRONA WÓD
PODZIEMNYCH
Wykład nr 3
Na podstawie podręcznika
„HYDROGEOLOGIA z podstawami geologii”,
Jerzy KOWALSKI,
WUP, Wrocław 2007
OPRACOWAŁ
dr hab.inż.Wojciech Chmielowski prof.PK
Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej
Zakład Gospodarki Wodnej, PK
POCHODZENIE WÓD
PODZIEMNYCH
Strefa SATURACJI
Wody w strefie saturacji
PROFIL
PIONOWY
strefa areacji
woda wsiąkowa
ziarno mineralne
otoczone wodą
higroskopijną
powietrze gruntowe
woda błonkowata
strefa
saturacji
strefa
wzniosu
kapilarnego
woda kapilarna
zwierciadło wody
podziemnej
woda wolna
Wody w strefie saturacji
Podział wód podziemnych wg Z. Pazdry ( 1977)
1/1
Wody zaskórne
Są to wody podziemne bardzo płytko zalegające, praktycznie
pozbawione strefy areacji.
Zwierciadło wód zaskórnych występuje kilkanaście lub kilkadziesiąt
centymetrów poniżej powierzchni ziemi .
Występują one najczęściej w zagłębieniach terenowych, w dolinach
rzecznych, w których tworzą się torfowiska, bagna itp.
Powstawaniu wód zaskórnych sprzyja płytko występujące pod
powierzchnią utwory nieprzepuszczalne, na których gromadzić się może
woda opadowa.
Wahania wód zaskórnych są znaczne i szybko reagują na zmiany i
wpływy atmosferyczne. W okresach suchych i gorących całkowicie
zanikają.
W związku ze ścisłym kontaktem tych wód z glebą są one najczęściej
silnie zanieczyszczone organicznie i bakteriologicznie.
1/2
Wody zaskórne
Wody zaskórne ( przypowierzchniowe )
występują w miejscach płytkiego zalegania warstw nieprzepuszczalnych.
Miejscami mogą wychodzić na powierzchnię ziemi tworząc zabagnienie
terenu.

Najczęściej spotykane w bezodpływowych wklęsłościach
terenu lub
płaskich dnach dolin rzecznych.

Bardzo silnie uzależnione od opadów atmosferycznych
charakteryzują się dużymi wahaniami poziomu.

Skład chemiczny wód wynika z chemizmu opadów
atmosferycznych.

Z racji płytkiego zalegania podlegają wpływom atmosfery, a
szczególnie zmianom temperatury.

Często są w zasięgu strefy korzeniowej roślin i mogą służyć
jako środek transportu rozpuszczalnych substancji
pokarmowych. Tworzą wraz z glebą siedlisko życia bogatej
gatunkowo fauny.
2/1
Wody gruntowe
Wody te są oddzielone od powierzchni terenu mniej lub bardziej
przepuszczalną strefą areacji
Zasilane są bezpośrednio z powierzchni Ziemi przez infiltrujące opady
atmosferyczne, a obszar zasilania pokrywa się z obszarem ich
rozprzestrzeniania.
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
2/2
Wody gruntowe
Temperatura wód gruntowych wykazuje wahania do głębokości 20m.
Na tej głębokości zwanej strefą stałej temperatury, woda posiada
temperaturę odpowiadającą średniej rocznej temperaturze danego
terenu.
Zdatność wody gruntowej do picia zależy przede wszystkim od
głębokości jej zalegania. Przeciętnie można przyjąć, że wody gruntowe
zalegające na głębokości 3-4 m , nie są bakteriologicznie
zanieczyszczone.
Wodą gruntowa ograniczona jest od góry powierzchnią wyznaczoną
zasięgiem wody wolnej, zwaną zwierciadłem wody gruntowej.
Kształt zwierciadła nie jest wymuszony warstwą nieprzepuszczalną .
Zwierciadło wody jest swobodne, naśladuje w pewnym
przybliżeniu kształt powierzchni terenu, podnosi się pod wyniosłościami
a obniża w zagłębieniach.
2/3
Wody gruntowe
Są
oddzielone
strefą
aeracji
znacznie
grubszą
niż
wody
przypowierzchniowe. Strefa ta sprawia, że własności fizyczne i właściwości
chemiczne są bardziej stabilne.
►
►
►
►
►
►
Wpływ wahań temperatury powietrza atmosferycznego na
temperaturę wody zaznacza się do głębokości ok. 20 m. poniżej
powierzchni terenu.
Wielkość opadów atmosferycznych ma znaczenie dla ilościowego
składu chemicznego wód.
Gdy opady nie występują poziom wód obniża się, następuje
zagęszczanie substancji rozpuszczonych, a więc wzrasta stężenie.
Stałość składu chemicznego pod względem jakościowym jest
zapewniona przez znaczną strefę aeracji.
Strefa ta posiada właściwości filtracyjne i substancje rozpuszczone
w opadach są adsorbowane w dużej mierze na cząstkach gruntu.
Poziom wód gruntowych podlega wahaniom w cyklach rocznych
(pory roku z opadami i okresy suche) i wieloletnich (np. związane z
aktywnością Słońca).
3/1
Wody wgłębne
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
Wody podziemne
występujące w
warstwach
wodonośnych,
przykrytych utworami
nieprzepuszczalnymi,
nazywamy wgłębnymi
Zatem są oddzielone od
powierzchni ziemi
warstwą utworów
nieprzepuszczalnych.
strefa saturacji
woda gruntowa
warstwy nieprzepuszczalne
szczelina uskokowa
woda wgłębna
Zasilane są wodami opadowymi ( infiltracja) przenikającymi przez różnego
typu okna hydrogeologiczne, szczeliny uskokowe czyli
nieciągłości warstw nieprzepuszczalnych.
3/2
Wody wgłębne
Zasilanie wody
wgłębnej przez
wychodnię zakrytą
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
warstwy nieprzepuszczalne
woda wgłębna
wychodnia zakryta
Im głębiej zalegają wody wgłębne tym mniej wyraźny jest wpływ
atmosfery.
Cechy fizyczne i chemiczne zmieniają się na przestrzeni wieków
geologicznych
3
Wody wgłębne
Zasilanie wody wgłębnej przez okno hydrogeologiczne powstałe w skutek
wyklinowania się warstwy nieprzepuszczalnej
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
woda wgłębna
okno hydrologiczne
3/3
Wody wgłębne
Zasilanie wody wgłębnej przez sedymentacyjne okno
hydrogeologiczne
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
warstwy nieprzepuszczalne
woda wgłębna
hydrogeologiczne
okno sedymentacyjne
3/4
Wody wgłębne
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
Zasilanie wody
wgłębnej przez
erozyjne
okno
hydrogeolo
giczne
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
woda wgłębna
warstwy nieprzepuszczalne
hydrogeologiczne
okno erozyjne
3/5
Wody wgłębne
strefa areacji
Zwierciadło
wód wgłębnych
jest najczęściej
napięte,
przez co
rozumiemy że
jego położenie
i kształt są
wymuszone
przez spąg
wyżej leżącej
warstwy
nieprzepuszcz
alnej
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
zwierciadło wody napięte
warstwy nieprzepuszczalne
spąg warstwy wyżej
leżącej
woda wgłębna
Spąg warstwy jest to powierzchnia ograniczająca warstwę od dołu.
Strop warstwy jest to powierzchnia ograniczająca warstwę od góry
3/6
Wody wgłębne
Jeżeli warstwa
wodonośna z
wodą pod
ciśnieniem
zostanie
nawiercona ,
woda w otworze
wiertniczym
podniesie się
na wysokość
zależną od
ciśnienia w
spągu warstwy
napinającej
otwór wiertniczy
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
zwierciadło wody swobodne
spąg warstwy wyżej
leżącej
woda wgłębna
4
Wody głębinowe
Do wód głębinowych
zaliczamy takie, które
znajdują się głęboko
pod powierzchnią
ziemi, izolowane są od
niej całkowicie wieloma
kompleksami utworów
nieprzepuszczalnych.
Wody te nie biorą
udziału w krążeniu wód,
nie są zasilane ani
odnawialne i znajdują się
w stagnacji.
Są na ogół silnie
zmineralizowane o
pochodzeniu
sedymentacyjnym lub
juwenilnym
strefa areacji
rzeźba terenu
zwiercadło wody gruntowej
strefa saturacji
warstwy nieprzepuszczalne
warstwy nieprzepuszczalne
wody głębinowe
warstwy nieprzepuszczalne
Wody w strefie saturacji
Podział wód ze względu na rodzaj próżni skalnych wypełnionych
przez wody podziemne:
Wody szczelinowe - występują w szczelinach skał głównie
osadowych, pochodzenia chemicznego lub organicznego (wapienie,
dolomity, gipsy, anhydryty ). Szczeliny przebiegają najczęściej w
różnych kierunkach , krzyżują się wzajemnie tworząc bardzo
skomplikowany układ krążenia wody. Ruch wody w szczelinach jest
szybszy niż w skałach porowatych bardzo często przechodzi w ruch
burzliwy.
Szczeliny powstają również w wyniku procesów geologicznych:
okrzepnięcia magmy - efekt kurczenia się masy skałotwórczej
ruchów skorupy ziemskiej procesów wietrzenia fizycznego szczególnie procesy termiczne
opad
Wody szczelinowe ze źródłem
źródło
źródło
warstwy nieprzepuszczalne
warstwy nieprzepuszczalne
Wody krasowe - występują w próżniach skał szczególnie
1/1
podatnych na rozpuszczanie.
Do tych skał zalicza się: sól kamienną, gipsy, anhydryty, wapienie i w
mniejszym stopniu dolomity.
Wody krasowe zasilane są szczelinami, a często również przez potoki
i rzeki, których wody nieraz na długich odcinkach płyną pod
powierzchnią ziemi.
opad
W układzie krążenia wód
krasowych wyróżnić
można ruch pionowy
zasilający i ruch poziomy
wyprowadzający wody
krasowe na powierzchnie
w postaci źródła.
źródło
źródło
warstwy nieprzepuszczalne
warstwy nieprzepuszczalne
Do charakterystycznych cech wód szczelinowych i krasowych, w
warunkach bezpośredniego ich zasilania wodami opadowymi lub
powierzchniowymi ( ciekami) , zalicza się:
1/2
Duża zmienność wydajności, położenia zwierciadła i temperatury
wody w zależności od czynników meteorologicznych
Duża zmienność prędkości przepływu, wywołana szybko
zmieniającymi się warunkami przepływu.
Duży na ogół stopień zanieczyszczenia substancjami
organicznymi, w tym także drobnoustrojami
Ze względu na dużą zmienność wydajności oraz stopień
zanieczyszczenia wody szczelinowe i krasowe często
nie nadają się do zaopatrzenia ludności w wodę pitną i
gospodarczą
Wpływ tektoniki na występowanie wód
podziemnych
Na ruch i gromadzenie się wód podziemnych wpływa w
dużej mierze
1.
2.
3.
4.
5.
Sposób ułożenia warstw,
Ich zgodność,
Ciągłość,
Rodzaj spękań,
Pochodzenie i wykształcenie różnych warstw
skalnych.
1
Sposób ułożenia warstw
(poziomy) ciągły
źródło
warstwa przepuszczalna
warstwa przepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa nieprzepuszczalna
warstwa przepuszczalna
warstwa nieprzepuszczalna
warstwa przepuszczalna
warstwa przepuszczalna
warstwa nieprzepuszczalna
warstwa przepuszczalna
Na obszarach o poziomym ułożeniu warstw warunki hydrogeologiczne
kształtują się w zależności od sekwencji i głębokości występowania
warstw wodonośnych.
Obszary zbudowane z naprzemianległych warstw przepuszczalnych i
nieprzepuszczalnych są na ogół ubogie w wodę.
Zasilanie warstw wodonośnych głębiej położonych odbywać się może
jedynie przez okna hydrogeologiczne lub głębokie wcięcia erozyjne.
2
Sposób ułożenia warstw
(ukośny) ciągły
wychodnia zakryta
wychodnia otwarta
warstwa
przepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
Warunki hydrogeologiczne przy ukośnym układzie warstw ( monokliny)
są korzystne.
Warstwy mogą być zasilane bezpośrednio jeżeli wychodnie ich
znajdują się na powierzchni,
lub pośrednio jeżeli przykryte są od góry poziomo zalegającą warstwą
przepuszczalną
3
Struktury nieciągłe
rów tektoniczny
( rów, zręb)
zręb tektoniczny
Korzystniejsze
warunki
występują w
rowach
tektonicznych,
znacznie gorsze
w zrębach ,które
są łatwo
drenowane
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
4
Struktury fałdowe
(siodło, łęk )
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
przepuszczalna
warstwa
nieprzepuszczalna
Woda w siodle
Woda w łęku
W strukturach fałdowych można przyjąć że, synkliny ( łęki) tworzą
korzystne warunki do gromadzenia wody,
Antykliny ( siodła) są strukturami niekorzystnymi z uwagi na
gromadzenie wody.
Struktury niezgodne ( dyskordancje)
5
otwory wiertnicze
2
warstwa
przepuszczalna
1
3
warstwa
nieprzepuszczalna
4
Dyskordancje
wpływają na dużą
zmienność
warunków
hydrogeologicznych
na wet na małych
powierzchniach.
Pomiar z otworu nr
2, wskazuje na brak
wody podziemnej,
pomiar z otworu nr3
wykazuje znaczne
zasoby wód
podziemnych. Oba
wskazania są
fałszywe.
OCHRONA WÓD
PODZIEMNYCH
Wykład nr 3
Na podstawie podręcznika
„HYDROGEOLOGIA z podstawami geologii”,
Jerzy KOWALSKI,
WUP, Wrocław 2007
OPRACOWAŁ
dr hab.inż.Wojciech Chmielowski prof.PK
Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej
Zakład Gospodarki Wodnej, PK
POCHODZENIE WÓD
PODZIEMNYCH
Strefa SATURACJI