SPOSOBY Wykorzystania wód podziemnych Wykład nr 8 OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH SPOSOBY Wykorzystania wód podziemnych WAHANIA i pomiary zwierciadła 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

SPOSOBY WYKORZYSTANIA wód podziemnych I Rolnictwo 1.    Wody podziemne wykorzystywane są w szerokim stopniu do nawadniania terenów rolniczych oraz w produkcji zwierzęcej. Obecnie istnieją tendencje do budowania zintegrowanych systemów nawadniająco - odwadniających, które pozwolą na stworzenie optymalnych warunków dla rozwoju roślin.

Na terenach o suchym klimacie i znikomej ilości wód powierzchniowych, wody podziemne (szczególnie artezyjskie) są jedynym źródłem zaopatrzenia rolnictwa jak też ludności. Przykładem takich terenów jest Australia, kontynent na którym znajduje się największa niecka wód artezyjskich o średnicy ok. 1500 km i miąższości 2 km. Zawiera ona ok. 1,6 mln km3 wody. Schemat budowy niecki artezyjskiej: 1. Warstwa wodonośna 2. Warstwa nieprzepuszczalna 3. Obszar zasilania 4. Studnia artezyjska 5. Poziom równowagi hydrostatycznej 6. Studnia subartezyjska 7. Źródło artezyjskie Podobnie duże zbiorniki wód artezyjskich występują w środkowej części Sahary. Ujęcia wód na tych obszarach są podstawą istnienia osadnictwa i gospodarowania ziemią. Enklawy osadnicze na pustyni, skupione wokół studni artezyjskich lub naturalnych wysięków wód podziemnych, noszą nazwę oaz. http://www.google.pl/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/73/Artesian_aquifer_scheme.svg/300px-Artesian_aquifer_scheme.svg.png&imgrefurl=http://pl.wikipedia.org/wiki/Niecka_artezyjska&usg=__JPNgrvjDJdacy_XpLWoKl3wzDzs=&h=157&w=300&sz=29&hl=pl&start=5&tbnid=Chdw_9VETRzjsM:&tbnh=61&tbnw=116&prev=/images%3Fq%3Dstudnie%2Bartezyjskie%2Bw%2Baustralii%26um%3D1%26hl%3Dpl%26sa%3DN%26rlz%3D1T4SUNC_plPL355PL356%26tbs%3Disch:1&um=1&itbs=1

ZAOPATRZENIE LUDNOŚCI W WODĘ PITNĄ 2.    Wody podziemne wykorzystywane są do zaopatrzenia ludności przeważnie na terenach wiejskich i małych miast. Duże ośrodki miejskie posiadają najczęściej systemy zaopatrzenia w wodę zasilane wodami powierzchniowymi np.: Warszawa, Wrocław - zasilane wodami rzecznymi, Szczecin, Olsztyn - zasilane wodami jeziornymi.

Na terenach, gdzie brakuje dużych rzek czy jezior miasta korzystają z zasobów wód podziemnych np. : Lublin. Wszystkie wody wykorzystywane do celów pitnych muszą być poddawane procesom uzdatniania, polegającym na dostosowaniu ich własności i składu do wymagań wynikających z ich przeznaczenia. Wody podziemne w Polsce posiadają na ogół dobre właściwości fizykochemiczne. Najczęściej przekroczone są normy dotyczące dopuszczalnych ilości manganu i żelaza. Woda jest wykorzystywana przez ludzi do spożycia oraz do potrzeb gospodarczych. Tylko 3% wód w sieciach wodociągowych jest spożywane. Pozostała część wody jest wykorzystywana na inne cele. Struktura zużycia wody w gospodarstwie domowym http://wios.rzeszow.pl:8888/monitoring_pliki/raporty/raport02_pliki/r5_2.gif

3. Przemysł Istnieją gałęzie przemysłu wymagające dostarczania do procesów technologicznych wody o jakości odpowiadającej wodzie pitnej. Są to zakłady przemysłu spożywczego: piekarnie, browary, gorzelnie, mleczarnie, krochmalnie, zakłady produkcji konserw oraz przemysł farmaceutyczny. Woda podziemna jest używana do procesów produkcyjnych także w innych gałęziach przemysłu: papiernictwo, hutnictwo, przemysł wydobywczy, energetyka i in.

Energetyka Geotermalna 4. Złoża wód geotermalnych wykorzystywane są w elektrowniach i ciepłowniach geotermalnych. Wody w geotermi mogą być zagospodarowane na dwa sposoby: po odebraniu energii cieplnej schłodzone wody są zrzucane do wód powierzchniowych lub zawracane ponownie do złoża. Drugi sposób jest korzystniejszy dla środowiska, ponieważ z reguły wody te odznaczają się wysoką mineralizacją i zrzuty do środowiska powodują zasolenie wód powierzchniowych. Poza tym zawracanie wody do złoża sprawia, iż nie są naruszane zasoby tych wód.

Największe wykorzystanie wód pod tym względem istnieje w Chinach. W Polsce warunki geologiczne pozwalają wykorzystanie tego typu w rejonach: szczecińskim, łódzkim, żyrardowskim, podhalańskim. Projekty geotermalne zrealizowano w : Pyrzycach na Pomorzu Zachodnim, Białym Dunajcu, Bukowinie Tatrzańskiej, Zakopanem na Podhalu, Mszczonowie. Wprowadzanie tego typu źródeł ciepła przyczynia się do eliminacji kotłowni opalanych węglem i znacząco wpływa na poprawę jakości powietrza. http://www.ekoenergia.polska-droga.pl/images/stories/ogrzewanie/geotermia/geotermia1/geotermia04.jpg

Mapa zasobów geotermalnych Polski na głębokości 3000m http://www.pga.hostit.pl/pliki/all/geotermia_polska_1.jpg

Lecznictwo i Rekreacja 5. Lecznictwo i Rekreacja Termin "wody lecznicze" określa wody podziemne mineralne lub słabo zmineralizowane, bakteriologicznie i chemicznie bez zarzutu o niewielkich wahaniach składu chemicznego i własności fizycznych, o właściwościach leczniczych udowodnionych na podstawie badań naukowych lub długotrwałej obserwacji lekarskiej. Dział medycyny zajmujący się badaniem właściwości leczniczych wód podziemnych nosi nazwę balneologia. Wody lecznicze stosuje się w kuracjach pitnych, kąpielowych i irygacyjnych.

Wykorzystuje się je do produkcji ubocznych środków leczniczych: soli kąpielowych, tabletek zawierających węglan sodu. Wody lecznicze występują w ponad 60 miejscowościach, z czego ponad 50 przypada na południowy obszar kraju, obejmujący Sudety, Karpaty i leżące przed nimi zapadliska. Duży problem stanowią wykorzystane wody lecznicze. Najczęściej zrzucane są do wód powierzchniowych, przyczyniając się do ich degradacji.

Wody termalne czerpane w ujęciach sztucznych, jak też wypływające na powierzchnię w sposób naturalny w formie gorących źródeł - cieplic, mogą być spożytkowane do celów rekreacyjnych np. do budowy basenów kąpielowych, parków wodnych, urządzeń do hydromasażu. Przykładem kąpieliska zasilanego ciepłą wodą podziemną jest basen wybudowany w Zakopanem na Antałówce.

zwierciadła wód podziemnych WAHANIA I POMIARY zwierciadła wód podziemnych II Różne działy gospodarki narodowej zainteresowane są w uregulowaniu stosunków wód podziemnych . W szczególności cała działalność melioracyjna skierowana jest na stworzenie właściwych dla rozwoju roślin warunków, ( rolnictwo) Regulacja stosunków wodnych w glebie polega na obniżeniu poziomu wód gruntowych na terenach lub w okresach o nadmiernym uwilgotnieniu i nawadnianiu terenów uprawnych w strefach lub okresach niedostatecznej wilgoci. W okresie wegetacyjnym występują różne potrzeby wodne roślin , a jednocześnie z potrzebami tymi nie idą w parze naturalne zasoby wód podziemnych - ich poziom i opady. Lata suche http://geoinfo.amu.edu.pl/wngig/ig/MONITORING%20IG/Rys_4.gif

Stąd konieczność okresowego obniżania poziomu wód gruntowych lub też konieczność nawodnienia terenu. Drugim działem gospodarki narodowej zainteresowanym w znajomości kształtowania się wód podziemnych jest budownictwo. Posadowienie budowli na terenach o wysokim poziomie wód gruntowych wymagać może odwodnienia wykopu fundamentowego na okres prowadzenia prac oraz konieczności dokładnej analizy wpływu wód gruntowych na budowlę w okresie eksploatacji. Bardzo często zachodzi konieczność stałego obniżania wód gruntowych albo zabezpieczenia budowli przed szkodliwym działaniem wody , w szczególności przed podtopieniem , zawilgoceniem, jak i przed niszczącym działaniem chemicznym wody na materiały konstrukcyjne

Pomiary zwierciadła wody podziemnej Określenie zmian głębokości występowania zwierciadła wody podziemnej należy do podstawowych zadań monitoringu. Do pomiaru głębokości zwierciadła wody podziemnej wykorzystuje się punkty, w których zwierciadło jest odsłonięte jak studnie, wykopy, szyby itp. Lub specjalne studzienki obserwacyjne - piezometry W punkcie badawczym należy założyć znak wysokościowy, nawiązany do państwowej sieci niwelacyjnej, od którego stale należy mierzyć głębokość zwierciadła wody gruntowej. Do pomiaru zwierciadła wody używane są : łata, pręt z podziałką, pływak, gwizdek studzienny (świstawka), świetlik studzienny, limnigraf www.staff.amu.edu.pl

www.favore.pl http://www.google.com/images?q=piezometr&rls=com.microsoft:pl:IE-SearchBox&oe=UTF-8&rlz=1I7GGLL_en&um=1&ie=UTF-8&source=og&sa=N&hl=pl&tab=wi&biw=1419&bih=751 Rzgw.gliwice.pl

Pomiar gwizdkiem studziennym Gwizdków używamy, gdy głębokość studni nie przekracza 50m, a sygnał dźwiękowy ze względu na natężenie hałasu w rejonie badań nie jest zagłuszany. Gwizdki studzienne to rury mosiężne lub innego nierdzewnego materiału o średnicy zewnętrznej 28 lub 36 mm. Długość gwizdka wynosi odpowiednio 22 lub 30 cm. Od dołu są otwarte , a góry zakończone rurką o średnicy około 10 mm z otworem gwizdkowym. Po zanurzeniu przyrządu do wody powietrze znajdujące się wewnątrz zostaje wyparte i wychodząc otworem gwizdkowym wydaje gwizd. Przyrząd zawiesza się zwykle na taśmie pomiarowej. Przy pomiarze stanu wody w studni należy opuścić gwizdek studzienny do wody, a usłyszawszy gwizd zaprzestać dalszego opuszczania , przyłożyć taśmę do znaku mierniczego i wykonać odczyt na taśmie. http://market.eotech.pl/product_info.php/products_id/5338

Pomiar świetlikiem studziennym Pomiar świetlikiem stosujemy przy głębokościach przekraczających 50m, a także wówczas gdy z jakichkolwiek powodów sygnał dźwiękowy jest niesłyszalny. Część środkowa świetlika studziennego ma wewnątrz małą lampkę elektryczną z urządzeniem kontaktowym i suchą baterią . W dolnej części znajdują się dwie kulki celuloidowe , które przy zanurzeniu przyrządu do wody unoszą się do góry naciskają sprężynę, powodują kontakt i świecenie lampki. Punkt zerowy umieszczony jest na ściance zewnętrznej na wysokości odpowiadającej takiemu zanurzeniu świetlika, przy którym lampka zaczyna świecić.

Graficzne odwzorowanie zwierciadła wody podziemnej Kształt zwierciadła wody podziemnej najlepiej odwzorowuje się za pomocą linii równych wysokości - izohips. Izohipsy zwierciadła wody gruntowej nazywamy hydroizohipsami. Przez izohipsę rozumiemy linię łączącą punkty swobodnego zwierciadła wody leżące na tej samej wysokości względem przyjętego poziomu odniesienia ( poziom morza) http://www.gorzow.pios.gov.pl/komunikaty/raport%20gorzow%202001/Stan/6.WodyPodziemne/q_ryc_2.jpg Wysokość zwierciadła wody określa się w różnych punktach badanego terenu w odsłonięciach wody ( naturalnych i sztucznych). Punkty pomiarowe i odpowiadające im wysokości zwierciadła wody nanosi się na plan a droga interpolacji wykreśla się hydroizohipsy.

Z przebiegu i układu hydroizohips na mapie hydrogeologicznej można wnioskować o kształcie i wysokości zwierciadła wody podziemnej oraz o kierunkach przepływu wody podziemnej, które układają się wzdłuż linii największego spadku, tj. pod kątem prostym do hydroizohips

W przypadku wód pod ciśnieniem linie łączące jednakowe wysokości zwierciadła piezometrycznego nazywamy hydroizopiezami Głębokość zwierciadła wody podziemnej względem powierzchni terenu przedstawia się na mapie za pomocą linii zwanych hydroizobatami Hydroizobaty są to linie łączące punkty zwierciadła o jednakowej głębokości w stosunku do powierzchni terenu. Hydroizobaty wykreśla się w sposób podobny jak hydroizohipsy na podstawie głębokości zwierciadła wody w stosunku do powierzchni terenu , innymi słowy mapa hydroizobat przedstawia miąższość strefy areacji, jak również na podstawie izobat można wyznaczyć przybliżoną objętość złoża wódy podziemnej http://www.naukowy.pl/encyklopedia/Izobaty

Mapy tego rodzaju mają duże zastosowanie i duże znaczenie praktyczne przy rozwiązywaniu różnych zagadnień technicznych w budownictwie, rolnictwie, leśnictwie, górnictwie i innych działach gospodarki narodowej. http://www.zgapa.pl/zgapedia/Izobata.html

przybliżona objętość złoża wódy podziemnej wg. wzoru

Wyznaczenie kierunku spływu i spadku zwierciadła wody podziemnej III Kierunki przepływu wód podziemnych możemy łatwo wyznaczyć , jeżeli mamy mapę hydrogeologiczną z naniesionymi hydroizohipsami lub hydroizopiezami. Kierunki przepływu odpowiadają liniom największego spadku, tzn. są prostopadłe do przebiegu hydroizohips.

Chcąc wyznaczyć lokalnie kierunek przepływu wód podziemnych należy w co najmniej trzech miejscach ( otworach obserwacyjnych ) , rozmieszczonych na wierzchołkach trójkąta ( zbliżonego do równobocznego) , zniwelować bardzo dokładnie wysokość zwierciadła wody podziemnej. Odległości miedzy wierzchołkami przyjmujemy w zależności od terenu 30m do 500m. Punkty obserwacyjne z wysokością zwierciadła wody podziemnej nanosimy na plan sytuacyjny, kreślimy boki trójkąta, na których przez interpolację znajdujemy punkty równych wysokości. Łącząc te linie prostymi otrzymamy izohipsy trójkąta badawczego. Kierunki przepływu będą prostopadłe do izohips

Wyznaczenie trójkąta badawczego ma pierwszorzędne znaczenie. Jak widać na przykładzie pomiary przeprowadzone w zbyt odległych punktach terenowych, mogą wskazywać na zupełnie inne ukształtowanie zasobów wód podziemnych w odniesieniu do spadku zwierciadła wody i ewentualnej maksymalnej głębokości warstwy wodonośnej.

SPOSOBY Wykorzystania wód podziemnych Wykład nr 8 OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH SPOSOBY Wykorzystania wód podziemnych WAHANIA i pomiary zwierciadła 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