ŹRÓDŁA i zasilanie Wód podziemnych 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 OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH Wykład nr 4 ŹRÓDŁA i zasilanie Wód podziemnych

Źródła Źródło jest samoczynnym, naturalnym i skoncentrowanym wypływem wody podziemnej. Do źródeł w ścisłym znaczeniu nie zaliczamy sączenia wody, występującego na większej powierzchni w postaci wysięgów, wylewów, mokradeł, niemających skoncentrowanego wypływu na niewielkiej przestrzeni. Źródła występują w tych miejscach , gdzie powierzchnia ziemi przecina warstwę wodonośną. Najobficiej występują one w terenach górskich, gdzie głębokie wcięcia erozyjne rozcinają warstwy wodonośne.

Jeżeli woda wypływa z warstwy wodonośnej pod wpływem sił ciężkości , źródło nazywamy descensyjnym.

Jeżeli woda wypływa z warstwy wodonośnej pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego , źródło nazywamy ascensyjnym.

Rodzaje źródeł Wyróżnia się główne 4 typy źródeł: warstwowe, Istnieje wiele kryteriów podziału źródeł, a w związku z tym szereg klasyfikacji i nazw określających różnorodne typy i rodzaje źródeł. Wyróżnia się główne 4 typy źródeł: warstwowe, szczelinowe, uskokowe, krasowe. Wymienione typy można dalej dzielić na rodzaje z uwzględnieniem cech morfologicznych, tektonicznych, hydraulicznych, genetycznych i innych.

Rodzaje źródeł 1. źródło warstwowe Powstają w miejscach przecięcia warstwy wodonośnej z powierzchnią Ziemi. Najczęściej powstają na granicy ( kontakcie) warstwy wodonośnej i nieprzepuszczalnej, tworząc tzw. źródła warstwowo-kontaktowe Istnieją również źródła warstwowe zaporowe i przelewowe. Źródła warstwowe maja na ogół małą wydajność . Często woda wypływa tylko okresowe po roztopach i w porach deszczowych. Wydajność zależy od przepuszczalności warstwy wodonośnej, spadku hydraulicznego i zasilania.

Rodzaje źródeł 2. źródło szczelinowe Występują w układzie przecinających się szczelin, przy czym prawie zawsze występuje jedna szczelina zbiorcza, która zbiera wodę z pozostałych i wyprowadza ja na powierzchnię Ziemi. Ze względu na szybki przepływ wody w szczelinach , źródła tego typu wykazują przeważnie duże wahania wydajności, zależne od opadów atmosferycznych.

Rodzaje źródeł 3. źródło krasowe Źródła krasowe są charakterystyczne dla obszarów krasowych. Gdy szczeliny i kanały stanowią ze sobą system hydrauliczny , wówczas jeden z kanałów odgrywa rolę kanału zbiorczego i u swego wylotu koncentruje wypływ całej wody Źródła krasowe należą do największych i najbardziej wydajnych . Duże źródła krasowe nazywają się wywierzyskami. Wykazują dość duże wahania w zależności od pory roku.

Rodzaje źródeł 4. źródło uskokowe Źródła uskokowe wyprowadzają wodę szczeliną uskokową, biegnącą przez warstwy nieprzepuszczalne albo wzdłuż płaszczyzny uskokowej, rozgraniczającej warstwy wodonośne i nieprzepuszczalne. Źródła uskokowe cechują się wielką stałością pod względem wydajności, temperatury, i składu chemicznego.

Wylewy, wycieki, wysięgi Poza źródłami woda podziemna może występować na powierzchni ziemi w postaci wylewów, wycieków, wysięgów. Przez wylew rozumiemy kierunkowy wypływ wody podziemnej, powstający, zwykle na kontakcie o różnej przepuszczalności lub wskutek erozyjnego ścięcia stropu warstwy wodonośnej. W wylewie woda wycieka lub pulsuje w różnych punktach na dnie obniżenia o kształcie koryta długości kilku do kilkunastu metrów. Mniejszy wypływ wody podziemnej na zboczu lub u podnóża wzniesienia , często w formie mokradła ze słabym odpływem nazywa się wyciekiem. Ze względu na ilość wysączającej się wody wyciek jest formą przejściową między wylewem a wysięgiem. Wysięg , zwany również zwilżeniem , jest to słabe sączenie się wody podziemnej na zboczu lub u podnóża wzniesienia z wytworzeniem w tym miejscu terenu podmokłego, bez widocznego odpływu wody.

wydajność źródła może być zmienna lub stała Wydajność źródeł 1 Wydajność źródeł Q określa się ilością wody wypływającej w jednostce czasu W Polsce spotyka się źródła najczęściej o wydajności kilku, kilkunastu, rzadziej kilkudziesięciu decymetrów sześciennych na sekundę. Zależnie od geologicznych warunków krążenia zasilającej wody, długości jej drogi, wysokości i częstotliwości opadów, wydajność źródła może być zmienna lub stała

Wydajność źródeł 2 Dla ilościowego określenia zmienności wydajności źródła wprowadzono wskaźnik zmienności wieloletniej ( R.Maillet) = Maksymalna wydajność źródła w wieloleciu = Minimalna wydajność źródła w wieloleciu

Wydajność źródeł 3 Zmiany wydajności źródła , temperatury, i składu chemicznego są wyrazem stosunków wodnych w warstwie wodnej zasilającej źródło. Celem otrzymania pełnej charakterystyki źródła prowadzi się regularne obserwacje polegające na pomiarze wydajności , temperatury wody, składu chemicznego, wysokości ciśnienia, opadów Obserwacje źródła należy przeprowadzać przy jednakowych warunkach wypływu wody ze źródła, gdyż podpiętrzenie lub obniżenie poziomu wody u wylotu odbija się natychmiast na stosunkach wodnych źródła i warstwy zasilającej.

Najsilniej i najszybciej reagują na opady źródła zasilane wodą płytką. Wykres wydajności źródła Najsilniej i najszybciej reagują na opady źródła zasilane wodą płytką. Im dłuższa jest droga wody podziemnej od obszaru zasilania do wypływu oraz im większe są zbiorniki podziemne, tym większe przesunięcie czasowe między opadami a wzrostem wydajności oraz tym mniejsza amplituda między wydajnością maksymalną i minimalną.

Reżim własny źródła 4 W okresie, gdy zbiornik wody podziemnej nie jest zasilany, źródła mają tzw. reżim własny, tzn . niezależny od opadów. W okresie bezopadowym zbiornik opróżnia się ze swoich zasobów wodnych, a wydajność jest funkcja czasu wg. równania Przewidywana wydajność źródła po czasie t Wydajność źródła w czasie t=0 ( po ustaniu opadów) Współczynnik regresji czas

Reżim własny źródła ( przykład ) Jaki będzie wypływ ze źródła po 20 dniach , przy wypływie początkowym Q0=300[m3/s]

Zasilanie wód podziemnych Wody podziemne mogą być zasilane przez: infiltracje opadów atmosferycznych, infiltracje wód powierzchniowych ( z rzek, jezior), sztuczną infiltracje z basenów lub stawów infiltracyjnych, ze studni chłonnych, z rurociągów nawadniających Przez infiltracje określać będziemy przesiąkanie wody przez powierzchnie gruntu pod wpływem połączonych sił ciężkości, lepkości, kapilarności

zasilanie z opadów atmosferycznych, ( infiltracja opadów) infiltracja z koryta rzeki

Sztuczna infiltracja ze studni chłonnej Sztuczna infiltracja z rurociągu nawadniającego

Przenikanie wody do gleby i skał odbywa się drogą: Proces infiltracji opadów atmosferycznych zależy od czynników: geologicznych, geomorfologicznych, klimatycznych, biosferycznych, gospodarczej działalności człowieka. Z czynników geologicznych podstawowe znaczenie dla zasilania wód podziemnych ma układ i struktura skał oraz ich przepuszczalność i pojemność wodna Jeżeli przypowierzchniowa warstwa skał jest nieprzepuszczalna ( gliny, iły), wsiąkanie opadów jest utrudnione , prawie cała ich ilość odpływa powierzchniowo lub paruje. Najłatwiej przebiega wsiąkanie opadów atmosferycznych w piaskach. Przenikanie wody do gleby i skał odbywa się drogą: Zwilżania powierzchni cząstek i stopniowego wypełniania kapilar, Przesiąkania ( filtracja) , czyli ruch wody w kapilarach.

Natężenie filtracji fi określa się jako stosunek objętości wody przenikającej przez jednostkę powierzchni gruntu w jednostce czasu Natężenie infiltracji zależy od rodzaju gruntu, ilości i rozkładu wilgoci w glebie oraz od ilości wody na powierzchni

Jeżeli natężenie opadu na powierzchnie gruntu przekracza natężenie infiltracji, ustala się maksymalne w danych warunkach natężenie infiltracji, zwane zdolnością infiltracyjną fin , a nadwyżka opadu nad ilością wody infiltrującej spływa powierzchniowo lub zostaje zretencjonowana na powierzchni terenu 1 2 3 Z wykresu wynika , że zdolność infiltracyjna zależy m.in. od wilgotności początkowej gleby i czasu trwania deszczu

Stosunki geomorfologiczne w znacznym stopniu wpływają na kształtowanie się zależności między ilością opadów spływających do cieków wodnych w postaci spływu powierzchniowego a ilością wsiąkających w głąb i zasilających zbiorowiska wód podziemnych. 1 Czynniki klimatyczne cechują się znaczną zmiennością zarówno w okresie jednego roku, jak i w wieloleciu. Istotne znaczenie na zasilanie wód podziemnych ma wysokość, rozkład, częstotliwość, natężenie i charakter opadów. W tych samych warunkach geologicznych i geomorfologicznych ilość odpływu podziemnego, a więc również i ilość opadów wsiąkających zależeć będzie głównie od przebiegu czynników meteorologicznych. 2

3 Z innych elementów klimatycznych o dużym wpływie na zasilanie wód podziemnych wymienić należy: temperaturę powietrza i gleby, jej rozkład dobowy i w poszczególnych porach roku, proces zamarzania i rozmarzania gleby, prędkość i kierunek wiatru, parowanie. 4 Czynniki biosferyczne , a w szczególności roślinne wpływają na zużycie wody ( parowanie terenowe) oraz w niewielkim stopniu na wysokość i rozkład opadów oraz przepuszczalność górnej warstwy gleby.

Szczególne znaczenie odgrywa przy tym las Szczególne znaczenie odgrywa przy tym las. Ogólnie biorąc las działa korzystnie wyrównując odpływ ( zmniejsza groźbę powodzi), działając obniżająco na temperaturę , zwiększa kondensacje pary wodnej. Najbardziej korzystnie na gospodarkę wodną i bilans wodny oddziałuje las mieszany. Duży wpływ na wsiąkanie wody ma rodzaj gleby leśnej. Korzystnie działa próchnica trwała, zasadowa. Próchnica surowa, kwaśna zmniejsza przepuszczlnośc gleby i trudno oddaje wodę.

ŹRÓDŁA i zasilanie Wód podziemnych 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 OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH Wykład nr 4 ŹRÓDŁA i zasilanie Wód podziemnych