Własności hydrogeologiczne skał
i metody ich oznaczania
Jarosław Kania
Akademia Górniczo-Hutnicza
Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Podstawowe własności hydrogeologiczne skał:
Ł% zdolność skał do gromadzenia wody  porowatość;
Ł% zdolność skał do przewodzenia wody  wodoprzepuszczalność;
Ł% zdolność skał do oddawania wody  odsączalność;
Skały wodonośne  skały mające zdolność do gromadzenia,
przewodzenia i oddawania wody wolnej.
1
POROWATOŚĆ
Porowatość wynika z obecności w skałach pustek: por, szczelin i
kawern W zależności od rodzaju próżni i pustek rozróżniamy:
kawern. W zależności od rodzaju próżni i pustek rozróżniamy:
porowatość, szczelinowatość, krasowatość. W szerokim pojęciu mówi
się o porowatości w odniesieniu do wszystkich rodzajów próżni i pustek.
Charakteryzuje przede wszystkim osadowe skały okruchowe, które
cechują się strukturą ziarnistą.
Podział porów (szczelin) ze względu na ich wielkość
i sposób poruszania się w nich wody oraz
oddziaływanie sił międzycząsteczkowych
Charakter fizyczny Pory w kształcie rurek, Pory w kształcie szczelin,
porów średnica w [mm] szerokość w [mm]
Nadkapilarne > 0,5 > 0,25
Kapilarne 0,5�0,0002 0,25�0,0001
Subkapilarne < 0,0002 < 0,0001
2
Czynniki rządzące porowatością:
Ł% jednorodność (równomierność) uziarnienia;
Ł% kształt ziarn;
Ł% sposób ułożenia ziarn;
Ł% stopień scementowania ziarn;
Przykłady porowatości
(wg Meinzera, 1923)
A  dobrze wysortowana skała okruchowa o bardzo wysokiej porowatości
B  słabo wysortowana skała okruchowa o niskiej porowatości, mniejszej od  a
C  skała okruchowa o podwójnej porowatości
D  porowatość zmniejszona przez wytrącanie się w porach substancji
mineralnych (spoiwo)
E  pustki krasowe powstałe przez rozługowanie skał
F  porowatość szczelinowa
3
Rodzaje porowatości ze względu na skomunikowanie por
między sobą oraz możliwość przepływu wody:
Ł% porowatość ogólna (całkowita) n  wynikająca z obecności
całkowitej przestrzeni porowej
j p p j
Ł% porowatość otwarta (odkryta) no  w przypadku pustek
kontaktujących się ze sobą i dostępnych dla wody
Ł% porowatość zamknięta (zakryta) nz  w przypadku pustek
niepołączonych i niedostępnych dla wody
Ł% porowatość aktywna (efektywna) na  tworzy ją przestrzeń porowa
biorąca udział w przepływie (filtracji) wody. Jest to parametr
stanowiący podstawę rozważań i obliczeń hydrogeologicznych.
Porowatość ogólna i odkryta
4
Porowatość aktywna
Najczęściej stosowane metody oznaczania
współczynnika porowatości skał:
Ł% Laboratoryjne określanie porowatości odkrytej no;
Ł% Laboratoryjne określanie porowatości aktywnej na;
Ł% Polowe metody oznaczania porowatości aktywnej;
5
Wyznaczanie współczynnika porowatości odkrytej 
metody laboratoryjne
Wyznaczanie współczynnika porowatości aktywnej 
metody laboratoryjne
6
Podział skał wg współczynnika porowatości ogólnej
(wg Pazdro, Kozerski, 1990)
< 1 % Skały szczelne
1  5 % Skały o niskiej porowatości
5  15 % Skały o średniej porowatości
Skały o dużej i bardzo dużej
> 15 %
porowatości
Podział skał wg stopnia spękania (szczelinowatości)
(wg Liszkowski, Stochlak, 1973)
< 0,05 % Skały niespękane
0,05  2 % Skały słabo spękane
2  25 % Skały silnie spękane
> 25 % Skały bardzo silnie spękane
Współczynniki porowatości ogólnej różnych rodzajów skał
(wg Pazdro, Kozerski, 1990)
Rodzaj skały Współczynnik Rodzaj skały Współczynnik
porowatości w [%] porowatości w [%]
Gleba 45  65 Żwiry 20  55
Torf 76 89 Margle łąkowe 20 32
Torf 76  89 Margle łąkowe 20  32
Węgiel 0,1  6,0 Margle ilaste 20  49
Muły świeże 50  90 Kreda pisząca 3  55
Iły plastyczne 35  70 Wapienie 0,2  7,0
i dolomity zbite
Iły zwarte 18  35 Martwice 20  32
wapienne
Iłołupki 0,5  15,0 Fyllity 0,5  10,0
Gliny 24 42 Marmury 01 60
Gliny 24  42 Marmury 0,1  6,0
Lessy gliniaste 25  35 Kwarcyty 0,008  3,5
Lessy 40  65 Gnejsy 0,02  2,5
Piaski 20  48 Bazalty 0,2  3,0
Piaskowce 0,9  28,0 Porfiry 0,4  6,0
Szarogłazy 0,4  1,0 Granity 0,2  2,2
7
Rozkład współczynnika porowatości  przykład
Model konceptualny warunków krążenia wód podziemnych
w utworach fliszowych
8
Wskaz
nik szczelinowatości powierzchniowej nF
Metody wyznaczania współczynnika filtracji:
Ł% metody wzorów empirycznych;
Ł% metody laboratoryjne;
Ł% metody polowe;
9
Przykłady wzorów empirycznych do wyznaczania
współczynnika filtracji
Wykres uziarnienia na podstawie analizy granulometrycznej
10
Wyznaczanie współczynnika filtracji  metody laboratoryjne
Liniowa zależność pomiędzy gradientem hydraulicznym
a prędkością filtracji
11
Pozorna i rzeczywista prędkość filtracji
Wyznaczanie współczynnika filtracji  metody laboratoryjne
12
Wyznaczanie współczynnika filtracji  metody laboratoryjne
Rurka Kamieńskiego
Utwory hydrogeologiczne
13
Klasyfikacja skał pod względem przepuszczalności
Charakter przepuszczalności Współczynnik Współczynnik
filtracji w [m/s] przepuszczalności
w [darcy]
Bardzo dobra:
rumosze, żwiry, żwiry piaszczyste, gruboziarniste i > 10-3 > 100
równoziarniste piaski, skały masywne z bardzo
gęstą siecią drobnych szczelin
t i i d b h li
Dobra:
piaski gruboziarniste, nieco ilaste, piaski 10-3�10-4 100�10
różnoziarniste, piaski średnioziarniste, kruche, słabo
spojone gruboziarniste piaskowce, skały masywne z
gęstą siecią szczelin
Średnia:
piaski drobnoziarniste, równomiernie uziarnione, 10-4�10-5 10�1
less
Słaba:
Słaba:
piaski pylaste, gliniaste, mułki, piaskowce, skały 10-5�10-6 1�0,1
masywne z rzadką siecią drobnych spękań
Skałypółprzepuszczalne: 10-6�10-8 0,1�0,001
gliny, namuły, mułowce, iły piaszczyste
Skały nieprzepuszczalne:
iły, iłołupki, zwarte gliny ilaste, margle ilaste, skały < 10-8 < 0,001
masywne niespękane
Współczynnik przepuszczalności kp
14
Metody określania współczynnika odsączalności
Ł% metody wzorów empirycznych;
Ł% metody laboratoryjne:
metoda wysokich kolumn,
metoda odwirowywania;
y ;
Ł% metody polowe:
próbne pompowanie,
analiza naturalnych wahań zwierciadła wód podziemnych;
Wyznaczanie współczynnika odsączalności  metody laboratoryjne
15
Współczynnik odsączalności
Orientacyjne wartości współczynnika odsączalności grawitacyjnej
Rodzaje utworów Współczynnik odsączalności
gra itac jnej
grawitacyjnej
Piaski zaglinione 0,005 � 0,05
Piaski pylaste 0,05 � 0,10
Piaski drobnoziarniste 0,10 � 0,17
Piaski średnioziarniste 0,17 � 0,25
Piaski gruboziarniste, żwiry, rumosz skalny 0,25 � 0,35
Wapienie szczelinowate i skrasowane 0,001 � 0,10
Piaskowce spękane 0,02 � 0,03
16
Odsączalność, a pojemność (zasobność) wodna
F=1m2
F=1m2
F=1m2
Współczynnik pojemności wodnej S="V/("H F)
Dla warstwy naporowej:
S = Ss=(m no �w �w g) + (m �s �s g C) = �*
Dla warstwy o swobodnym zwierciadle wody:
S = Ss + � E" �
17