1

ROZPOZNANIE WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH

NA PODSTAWIE WIERCE

Ń

Wody podziemne to wody wyst

ę

puj

ą

ce pod powierzchni

ą

ziemi w wolnych przestrzeniach skalnych.

Wody podziemne powstaj

ą

głównie dzi

ę

ki infiltracji (wsi

ą

kaniu) opadów atmosferycznych, a niekiedy

równie

ż

wód powierzchniowych – wody o tej genezie s

ą

typu infiltracyjnego. Czynniki wpływaj

ą

ce na infiltracj

ę

to: przepuszczalno

ść

gruntów i skał, rze

ź

ba terenu, temperatura powietrza, niedosyt wilgotno

ś

ci powietrza,

pokrycie szat

ą

ro

ś

linn

ą

, nasycenie wod

ą

ś

rodowiska skalnego, przemarzanie gruntu, działalno

ść

człowieka. W

Polsce infiltruje około 17% opadu.

Inne genetycznie typy wód, o mniejszym znaczeniu, to wody:

•

kondensacyjne – powstałe z kondensacji (skroplenia) pary wodnej zawartej w powietrzu wypełniaj

ą

cym pory i

wolne przestrzenie w glebie, gruntach i skałach;

•

juwenilne – hydrotermalne roztwory b

ę

d

ą

ce pomagmowymi resztkami wydzielonymi w ostatnim etapie

procesu krzepni

ę

cia magmy;

•

reliktowe – (szcz

ą

tkowe) – uwi

ę

zione w skałach, powstałe w dawnych epokach geologicznych (resztki

dawnych mórz b

ą

d

ź

stare wody infiltracyjne), całkowicie izolowane od wpływu czynników zewn

ę

trznych, silnie

zmineralizowane;

•

metamorficzne – wydzielone podczas termicznej metamorfozy skał podczas, gdy minerały nietrwałe w
podwy

ż

szonej temperaturze, ulegaj

ą

przeobra

ż

eniu.

Wody podziemne wyst

ę

puj

ą

jako:

•

wody wolne – wykazuj

ą

ce zdolno

ść

przemieszczania si

ę

pod wpływem siły ci

ęż

ko

ś

ci i ró

ż

nicy ci

ś

nie

ń

hydrostatycznych,

•

wody zwi

ą

zane – nie ods

ą

czaj

ą

ce si

ę

pod wpływem siły ci

ęż

ko

ś

ci, utrzymywane w

ś

rodowisku skalnym siłami

molekularnymi wi

ę

kszymi ni

ż

siły ci

ęż

ko

ś

ci (woda higroskopijna, błonkowata).

Poziom, do którego wznosi si

ę

woda wolna zawarta w

ś

rodowisku skalnym - zwany jest zwierciadłem

wody podziemnej. Zwierciadło wody podziemnej jest granic

ą

dwóch stref: strefy aeracji – czyli napowietrzenia i

strefy saturacji – nasycenia wod

ą

.

W strefie aeracji pustki skalne wypełnia powietrze

i woda wyst

ę

puj

ą

ca w postaci pary wodnej, wody

zwi

ą

zanej

(woda

higroskopijna,

błonkowata),

wody

kapilarnej oraz wody wolnej – zawieszonej i wsi

ą

kowej

(infultruj

ą

cej). Zdolno

ść

do utrzymywania na powierzchni

ziarna wody zwi

ą

zanej to wilgotno

ść

molekularna.

Wilgotno

ść

molekularna jest tym wi

ę

ksza im mniejsza jest

ś

rednica ziaren. I tak dla piasku wynosi około 1,5% suchej

masy a dla mułów i iłów ok. 40 %.

Wody kapilarne s

ą

to wody podci

ą

gni

ę

te powy

ż

ej poziomu wód podziemnych (działanie sił

molekularnych) przez wznios kapilarny – h=0,15/r (r –

ś

rednica porów). Jest to kapilarno

ść

czynna. Zwierciadło

wód podziemnych nie jest stałe – gdy si

ę

podnosi lub opada powstaje nowa strefa kapilarna, cz

ęść

wody z

poprzedniej strefy kapilarnej spływa a cz

ęść

pozostaje zawieszona w strefie aeracji – powstaj

ą

wody kapilarne

zawieszone – kapilarno

ść

bierna. Wysoko

ść

wzniosu kapilarnego dla

ż

wiru wynosi 3 cm, dla mułków i lessów 1,2

– 3,5 m.

W strefie saturacji wolne przestrzenie (pory, szczeliny, pró

ż

nie krasowe) wypełnione s

ą

całkowicie

wod

ą

. Górn

ą

granic

ą

strefy saturacji jest zwierciadło wód podziemnych, doln

ą

stanowi strop utworów

wodoszczelnych.

Tak rozumiane zwierciadło wód podziemnych to zwierciadło swobodne. Pozostaje ono pod ci

ś

nieniem

atmosferycznym i na ogół na

ś

laduje w przybli

ż

eniu kształt powierzchni terenu. Ustala si

ę

w otworze wiertniczym

na gł

ę

boko

ś

ci, na której zostało nawiercone.

Zwierciadło napi

ę

te – poło

ż

enie i kształt

zwierciadła napi

ę

tego wymuszone s

ą

przez wy

ż

ej le

żą

ce

utwory nieprzepuszczalne. Zwierciadło napi

ę

te znajduje

si

ę

pod ci

ś

nieniem wy

ż

szym od atmosferycznego. Je

ż

eli

woda taka zostanie nawiercona, to parta ci

ś

nieniem

hydrostatycznym podniesie si

ę

w rurze wiertniczej do

okre

ś

lonej

wysoko

ś

ci.

Wznios

ten

to

ci

ś

nienie

piezometryczne, a poziom na którym si

ę

ustaliło, to

zwierciadło ustalone (ustabilizowane).

Ł

ą

cz

ą

c na przekroju pionowym wysoko

ś

ci słupów wody w punktach obserwacyjnych lini

ą

, otrzymamy

piezometryczn

ą

lini

ę

ci

ś

nie

ń

. Natomiast powierzchnia wyznaczona wysoko

ś

ci

ą

ci

ś

nienia piezometrycznego w

szeregu punktów obserwacyjnych jest zwierciadłem statycznym, lub zwierciadłem piezometrycznym.

2

Zwierciadło statyczne - zwierciadło ustabilizowane w wyniku naturalnego ci

ś

nienia hydrostatycznego.

Tworzy go poziom wyznaczony przez zwierciadło ustabilizowane.

Wody podziemne pod ci

ś

nieniem mog

ą

charakteryzowa

ć

si

ę

zwierciadłem statycznym stabilizuj

ą

cym si

ę

ponad powierzchni

ą

terenu. Mówimy wtedy o ci

ś

nieniu artezyjskim.

Zwierciadło dynamiczne – zwierciadło wody podziemnej obni

ż

one wskutek pompowania wody albo

podniesione wskutek jej wprowadzenia do warstwy wodono

ś

nej (ukształtowane w wyniku eksploatacji wody

podziemnej).

W zale

ż

no

ś

ci od gł

ę

boko

ś

ci wyst

ę

powania wód podziemnych oraz warunków geologicznych wyró

ż

niamy

nast

ę

puj

ą

ce typy wód w strefie saturacji:

•

wody przypowierzchniowe (zaskórne) – wyst

ę

puj

ą

bardzo płytko pod powierzchni

ą

ziemi i praktycznie

pozbawione s

ą

strefy aeracji, jest to szczególny typ wody gruntowej, jak gdyby przej

ś

ciowy do wód

powierzchniowych;

•

wody gruntowe – oddzielone od powierzchni ziemi mniej lub bardziej grub

ą

przepuszczaln

ą

stref

ą

aeracji,

zasilane bezpo

ś

rednio z powierzchni ziemi przez infiltruj

ą

ce opady atmosferyczne, a wi

ę

c obszar ich zasilania

jest równy co do zasi

ę

gu z obszarem ich rozprzestrzenienia;

•

wody wgł

ę

bne – równie

ż

zasilane przez opady atmosferyczne, lecz znajduj

ą

ce si

ę

w warstwach

wodono

ś

nych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi;

•

wody gł

ę

binowe – znajduj

ą

si

ę

gł

ę

boko pod powierzchni

ą

ziemi, izolowane całkowicie wieloma kompleksami

utworów nieprzepuszczalnych.

Warstwa wodono

ś

na zbudowana jest ze skał wodono

ś

nych czyli takich, które mog

ą

pochłania

ć

(gromadzi

ć

), przewodzi

ć

i oddawa

ć

wod

ę

woln

ą

w wyniku działania siły ci

ęż

ko

ś

ci.

Aby mo

ż

liwe było akumulowanie i przewodzenie wody wolnej, skała musi wykazywa

ć

:

•

porowato

ść

(lub szczelinowato

ść

, krasowato

ść

) – która polega na wyst

ę

powaniu w skale drobnych pró

ż

ni i

kanalików mi

ę

dzy poszczególnymi ziarnami mineralnymi, porowato

ść

zale

ż

y od jednorodno

ś

ci uziarnienia,

uło

ż

enia i kształtu ziaren (nie zale

ż

y od wielko

ś

ci ziaren skalnych!);

współczynnik porowato

ś

ci - n = obj

ę

to

ść

porów / obj

ę

to

ś

ci skały (n=V

p

/V); n=e/(1+e) gdzie:

wska

ź

nik porowato

ś

ci – e = obj

ę

to

ść

porów / obj

ę

to

ś

ci ziaren (e=V

p

/V

z

)

wska

ź

nik porowato

ś

ci efektywnej – obj

ę

to

ść

porów efektywnych czynnych podczas przepływu wody przez

skał

ę

n

e

=V

pe

/V

•

przepuszczalno

ść

hydrauliczn

ą

(wodoprzepuszczalno

ść

) – zdolno

ść

do przewodzenia wody wolnej w

przypadku ró

ż

nicy ci

ś

nie

ń

hydrostatycznych; mo

ż

liwe jest to, gdy pró

ż

nie i pustki w skale s

ą

ze sob

ą

poł

ą

czone, oraz gdy maj

ą

one odpowiednio du

ż

e wymiary (gdy wymiary pró

ż

ni s

ą

bardzo małe, woda zostaje

zwi

ą

zana siłami mi

ę

dzycz

ą

steczkowymi i staje si

ę

niezdolna do ruchu, np. w iłach). Wodoprzepuszczalno

ść

zale

ż

y wi

ę

c od wielko

ś

ci i ilo

ś

ci porów, kształtu ziaren skalnych, lepko

ś

ci i temperatury wody. Miar

ą

przepuszczalno

ś

ci hydraulicznej skał i gruntów jest współczynnik filtracji.

3

Pod wzgl

ę

dem wodoprzepuszczalno

ś

ci skały dzielimy na:

przepuszczalne –

ż

wiry, piaski, pospółki, skały lite silne szczelinowate;

półprzepuszczalne – piaski gliniaste, ilaste, gliny piaszczyste, torfy, namuły;
nieprzepuszczalne – gliny, iły, mułki, skały lite nieszczelinowate;

METODY ODWZOROWANIA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH

Zwierciadło wody gruntowej prawie nigdy nie jest zupełnie poziome, najlepszym sposobem odwzorowania

kształtu zwierciadła jest zastosowanie izohips, podobnie jak w przedstawianiu rze

ź

by terenu. Izohipsy zwierciadła

wód gruntowej nazywamy hydroizohipsami.

Hydroizohipsy - linie krzywe ł

ą

cz

ą

ce punkty o jednakowej wysoko

ś

ci hydraulicznej w warstwie

wodono

ś

nej. Przy wodach zwykłych chodzi tu o rz

ę

dne zwierciadła wody.

Mapa hydroizohips jest wi

ę

c map

ą

morfologii zwierciadła wody podziemnej (zwierciadła swobodnego, a dla wód

naporowych zwierciadła statycznego).

Hydroizobaty - linie ł

ą

cz

ą

ce punkty na mapie o jednakowej gł

ę

boko

ś

ci do zwierciadła wody gruntowej.

Powstaje w ten sposób mapa warstwy suchej.

Mapa hydroizohips przedstawia poziom zwierciadła ustabilizowanego na całym obszarze – dla danego

poziomu wodono

ś

nego, wykre

ś

la si

ę

j

ą

metod

ą

interpolacji. Punkty w których dane s

ą

rz

ę

dne zwierciadła wody

ł

ą

czy si

ę

w sie

ć

trójk

ą

tów mniej wi

ę

cej równobocznych i w ka

ż

dym trójk

ą

cie osobno przeprowadza si

ę

interpolacj

ę

. Mapa hydroizohips b

ę

dzie tym dokładniejsza, im wi

ę

cej jest punktów pomiarowych i im bardziej

równomiernie s

ą

one rozmieszczone.

Nale

ż

y przy tym pami

ę

ta

ć

,

ż

e:

•

hydroizohipsy odzwierciedlaj

ą

kształt zwierciadła wody wyst

ę

puj

ą

cej w tej samej geologicznie okre

ś

lonej

warstwie wodono

ś

nej (st

ą

d wa

ż

na jest znajomo

ść

budowy geologicznej obszaru)

•

hydroizohipsy nie mog

ą

przecina

ć

si

ę

, ani tworzy

ć

linii załamuj

ą

cych si

ę

, lecz linie krzywe płynne, zamkni

ę

te.

Przy kre

ś

leniu hydroizohips wody gruntowej nale

ż

y zwróci

ć

szczególn

ą

uwag

ę

na:

•

morfologi

ę

terenu

•

sie

ć

wód powierzchniowych, które znacz

ą

co wpływaj

ą

na przebieg hydroizohips.

Z mapy hydroizohips mo

ż

na odczyta

ć

:

•

kierunki przepływu wód - w ka

ż

dym punkcie prostopadłe do hydroizohips;

•

spadki hydrauliczne (spadek hydrauliczny - ró

ż

nica wysoko

ś

ci hydraulicznej mi

ę

dzy dwoma punktami

poło

ż

onymi na jednej linii pr

ą

du, przypadaj

ą

ca na jednostkow

ą

odległo

ść

mi

ę

dzy tymi punktami) oraz

informacje o warunkach przepływu wód;

•

charakter powi

ą

za

ń

z ciekami powierzchniowymi; rzeki mog

ą

by

ć

drenuj

ą

ce, infiltruj

ą

ce, lub oboj

ę

tne.

Rzeka drenuj

ą

ca - rzeka zasilana przez wody

podziemne z warstwy wodono

ś

nej, przez któr

ą

przepływa

i któr

ą

drenuje. Ma to miejsce, gdy wody powierzchniowe

rzeki znajduj

ą

si

ę

w zwi

ą

zku hydraulicznym

(bezpo

ś

rednim lub po

ś

rednim) z wodami podziemnymi,

których zwierciadło poło

ż

one jest wy

ż

ej ni

ż

poziom wody

w rzece drenuj

ą

cej.

Rzeka infiltruj

ą

ca - rzeka zasilaj

ą

ca wody

podziemne. Ma to miejsce wtedy, gdy zwierciadło wód
podziemnych znajduje si

ę

ni

ż

ej, ni

ż

poziom wody w rzece

infiltruj

ą

cej.

Przekrój

hydrogeologiczny

-

graficzne

odwzorowanie

warunków

hydrogeologicznych

(wyst

ę

powanie

poziomów

wodono

ś

nych,

poło

ż

enie

zwierciadeł wody, charakter wodoprzepuszczalno

ś

ci skał)

wzdłu

ż

obranej płaszczyzny pionowej w zwi

ą

zku z

budow

ą

geologiczn

ą

.

Przekrój

hydrogeologiczny

opracowuje si

ę

na podstawie danych z profili otworów

wiertniczych oraz interpretacji wyników rozpoznania
hydrogeologicznego terenu.

Profil hydrogeologiczny - graficzne lub opisowe, punktowe przedstawienie w pionie danych

hydrogeologicznych na tle litologii i stratygrafii.

Mapa hydrogeologiczna - kartograficzne odwzorowanie warunków wyst

ę

powania, rozprzestrzeniania,

jako

ś

ci i ilo

ś

ci wód podziemnych. Najprostsz

ą

map

ą

hydrogeologiczn

ą

jest rysunek hydroizohips, hydroizobat lub

innych hydroizolinii. Oprócz oznacze

ń

liniowych, do których nale

żą

tez linie graniczne, posługujemy si

ę

oznaczeniami punktowymi, cyframi, literami, szrafur

ą

i barwami.

4

PROJEKT NR 1 – PRZEKRÓJ HYDROGEOLOGICZNY

Wykona

ć

przekrój hydrogeologiczny wzdłu

ż

zadanej linii łamanej.

Skala pozioma przekroju jednakowa z skal

ą

mapy, tzn. 1: 10 000. Skala pionowa 1: 1000. Na przekroju

zaznaczy

ć

litologi

ę

- szrafur

ą

, charakter wodoprzepuszczalno

ś

ci - barw

ą

(utwory przepuszczalne w strefie

aeracji na

ż

ółto, w strefie saturacji na niebiesko, utwory półprzepuszczalne na pomara

ń

czowo, utwory

nieprzepuszczalne na br

ą

zowo), zwierciadła wód podziemnych, kierunki przepływu wód.

5

PROJEKT NR 2

A

NALIZA

M

APY

H

YDROGEOLOGICZNEJ

Na podstawie mapy hydrogeologicznej w skali 1:200 000 opisa

ć

warunki hydrogeologiczne dla zadanego

miasta.

Dla obszaru zadanego miasta nale

ż

y okre

ś

li

ć

- opisa

ć

:

przynale

ż

no

ść

do jednostki hydrogeologicznej,

wydzieli

ć

pi

ę

tra i poziomy wodono

ś

ne, dla ka

ż

dego pi

ę

tra opis: litologia i stratygrafia (z opisu regionów

hydrogeologicznych oraz na podstawie przekroju), zasi

ę

g i mi

ąż

szo

ść

utworów wodono

ś

nych,

przepuszczalno

ść

utworów powierzchniowych i gł

ę

boko

ść

wyst

ę

powania pierwszego zwierciadła wód

podziemnych – czy istnieje zagro

ż

enie zanieczyszczenia wód gruntowych?

istniej

ą

ce ogniska zanieczyszcze

ń

,

gł

ę

boko

ść

wyst

ę

powania oraz izolacj

ę

pierwszego u

ż

ytkowego poziomu wodono

ś

nego,

w jakich utworach i o jakiej stratygrafii wst

ę

puje główny poziom u

ż

ytkowy, jaka jest jego wodoprzewodno

ść

,

jaki układ hydroizohips,

jako

ść

wód głównego poziomu u

ż

ytkowego,

poda

ć

potencjaln

ą

wydajno

ść

typowego otworu studziennego,

poda

ć

głównych u

ż

ytkowników wód podziemnych (obja

ś

nienia do mapy),

oraz wszystkie inne informacje, które mo

ż

na odczyta

ć

z zadanej mapy,