2011-12-04

1

Ocena stanu chemicznego

wód podziemnych i trendów zmian

j k ś i h

ód

i

jakości tych wód w oparciu

o wyniki badań monitoringowych

dr Ewa Kmiecik

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej

Kraków 2011

Przykłady oceny stanu chemicznego wód

podziemnych



Zlewnia Koprzywianki



Zlewnia Raby

www.khgi.agh.edu.pl

Przykład oceny stanu chemicznego

wód podziemnych – zlewnia Koprzywianki

GWB 123

28

14

15

16

17

18

19

20

29

40

41

Liczba punktów 37
GWB123 – 25 punktów
GWB125 – 12 punktów

GWB 125

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

21 22

23

26

27

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

11

Opróbowanie zlewni Koprzywianki

i metodyka badań

Zgodnie z wytycznymi dla wód podziemnych (Witczak, Adamczyk, 1994).

Opróbowanie:

jednokrotne w maju 2005 roku

Badania terenowe:

6 wskaźników

pH, tlen rozpuszczony, przewodnictwo elektrolityczne właściwe,
mętność, barwę, temperatura

Badania laboratoryjne:

44 wskaźniki laboratorium KHGI AGH

twardość ogólna, twardość węglanowa, twardość niewęglanowa,

krzemionka, sód, potas, lit, amoniak, beryl, wapń, magnez, bar, stront,

żelazo, mangan, srebro, cynk, miedź, nikiel, kobalt, ołów, rtęć, kadm,
selen, antymon, glin, chrom, molibden, wanad, cyrkon, arsen, tal,

wolfram, chlor, brom, jod, siarczany, wodorowęglany, dwutlenek

węgla, azotany, azotyny, fluor, fosforany, borany

6 wskaźników laboratorium WIOŚ Kraków

ogólny węgiel organiczny, azot Kjeldahla, BZT5, ChZT-Cr, ChZT-Mn,

amoniak

Weryfikacja analiz – błąd wg bilansu jonowego

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki

w

układzie punktowym

:



w poszczególnych punktach monitoringowych

w

układzie obszarowym

:



dla całego obszaru zlewni



w obszarach GWB 123 i 125



w GWB 123 i 125 w rozbiciu na wody płytkiego



w GWB 123 i 125 w rozbiciu na wody płytkiego

i głębokiego krążenia

2011-12-04

2

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym

Program „Klasy”

Janecka-Styrcz, 2004

PIG Kielce

Program „Klasy” (Janecka-Styrcz, 2004)

Program „Klasy” (Janecka-Styrcz, 2004)

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym

GWB 123

28

14

15

16

17

18

19

20

29

40

41

GWB 125

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

20

21

22

23

26

27

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

11

5km

0

Klasa II

Klasa I

Klasa IV

Klasa III

Klasa V

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym

GWB 123

28

14

15

16

17

18

19

20

29

40

41

GWB 125

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

21

22

23

26

27

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

11

Stan słaby

5km

0

Stan dobry

Klasa II

Klasa I

Klasa IV

Klasa III

Klasa V

Agregacja

za pomocą

średniej

2011-12-04

3

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym

GWB 123

28

14

15

16

17

18

19

20

29

40

41

Agregacja

za pomocą

mediany

GWB 125

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

21

22

23

26

27

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

11

Stan słaby

5km

0

Stan dobry

Klasa II

Klasa I

Klasa IV

Klasa III

Klasa V

Rozkłady stężeń wskaźników chemicznych

wód podziemnych

6

8

10

ść

10

12

14

ć

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

Wodorowęglany [mg/L]

0

2

4

C

zę

st

o

0

30

60

90

120

150

Chlorki [mg/L]

0

2

4

6

8

Cz

ęst

o

ść

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Raby w układzie punktowym

Stan słaby

Stan dobry

Klasa II

Klasa I

Klasa IV

Klasa III

Klasa V

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Raby w układzie obszarowym

Stan słaby

Stan dobry

Klasa II

Klasa I

Klasa IV

Klasa III

Klasa V

Ocena stanu chemicznego wód podziemnych

w zlewni Raby w układzie obszarowym

Obszar, dla

którego

dokonywano

agregacji

Liczba

punktów

Liczba punktów w

klasach jakości wód

podziemnych

Agregacja za

pomocą średniej

I

II

III

IV

V

Klasa

Stan

JCWPd 139

5

-

-

2

1

2

V

słaby

JCWPd

153

24

5 9 8 1 1 III

dobry

—

Poziom

Q

10

1 4 4 - 1 III

dobry

—

Poziom

Pg-Cr

14

4 5 4 1 - II

dobry

JCWPd

154

9

2 5 1 1 - II

dobry

2011-12-04

4

Wnioski



Ocena stanu chemicznego wód podziemnych w zlewni

Koprzywianki przeprowadzona w układzie punktowym

i obszarowym wskazuje na

celowość postępowania

dwuetapowego

w analizie stanu wód.



Zastosowanie

układu punktowego umożliwia wizualizację

obszarów o różnej jakości

wód podziemnych.



Po

zagregowaniu danych

(dla zlewni, GWB), niezależnie od

t

j

t d ki

i

i f

ji b

h

zastosowanej metodyki

nie ma informacji o obszarach

występowania

zarówno

wód wysokiej

, jak i

słabej

jakości.



Przy

ocenie obszarowej

stanu chemicznego wód do

agregacji danych celowe jest zastosowanie

wartości

środkowej

a nie średniej, jak to jest zalecane w RDW

i DWP. Wynika to z faktu, iż składniki chemiczne wód mają

zwykle rozkład logarytmiczno-normalny i w tym przypadku

mediana nie ulega deformacji w takim stopniu

jak wartość średnia.



W

JCWP o układzie wielowarstwowym

ocena stanu winna

być prowadzona odrębnie dla wód płytkiego i głębszego

krążenia.

Ocena trendów zmian jakości wód w czasie



„Państwa Członkowskie wykorzystują dane otrzymane
[...] z monitoringu, do

identyfikacji spowodowanych

działalnością antropogeniczną wieloletnich trendów
wzrostu zanieczyszczeń

oraz odwrócenia tych trendów”

(RDW, 2000; p. 2.4.4, zał. V).



Państwa Członkowskie wskazują na mapie w postaci

czarnych punktów

te części wód podziemnych, w których

y

p

ę

p

y

,

y

określono znaczącą i rosnącą tendencję wzrostu stężeń
wszelkich zanieczyszczeń wynikających z działalności
człowieka. Odwrócenie takich tendencji wyznaczane jest
na mapie w postaci

niebieskiego punktu

.

Ocena trendów zmian jakości wód w czasie

www.wfdgw.net

Ocena trendów zmian jakości wód w czasie

www.wfdgw.net

- program GWstat

Ocena trendów zmian jakości wód w czasie

www.wfdgw.net

- program GWstat

Ocena trendów zmian jakości wód w czasie

www.wfdgw.net

- program GWstat

2011-12-04

5

Liczba pomiarów do oceny trendu

monotonicznego (wg Grath et al., 2001)

Liczba pomiarów do oceny

odwrócenia trendu (wg Grath et al., 2001)

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Zdrój Królewski

Liczba próbek 156
pobranych
w latach 1998-2006

j

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie



Zdrój Królewski

w Krakowie ujmuje wody podziemne

w wapieniach górnojurajskich, których wiek szacuje się na około
10 000 lat (A. Zuber et al., 1991, 1992).

Nr otworu

OS-3

Nazwa zdroju czerpalnego

Królewski

Gł b k ść

[ ]

8 0

Głębokość otworu [m] p.p.t.

85,0

Głębokość nawierconego zwierciadła wody [m] p.p.t.

66,5

Rzędne: terenu/ustalonego zwierciadła wody [m] n.p.m. 206,0/224,0

Wydajność samowypływu [m

3

/h]

1,533

Data oddania do użytkowania

5.12.1991

Opróbowanie i metodyka badań

Zgodnie z wytycznymi dla wód podziemnych (Witczak, Adamczyk, 1994).

Opróbowanie:

156 próbek pobranych średnio w odstępach

dwutygodniowych w latach 1998-2006

Badania terenowe:

4 wskaźniki

pH, Eh, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, temperatura

p ,

, p

y

,

p

Badania laboratoryjne:

16 wskaźników laboratorium ZHGI

AGH, metoda ICP-AES

Granica oznaczalności żelaza:

0.01 mg/L

2011-12-04

6

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 1 raz na rok

Wybrane wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku

Wybrane wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

2011-12-04

7

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku

Wybrane wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 1 raz na rok

Wybrane
wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku

Wybrane
wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku

Wybrane
wyniki oznaczeń

Dane zagregowane

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku

wybrane:
I grupa

II grupa

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku

agregowane:
I grupa

II grupa

2011-12-04

8

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku

wybrane:
I grupa

II grupa

Przykład oceny trendu –

Zdrój Królewski w Krakowie

Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku

agregowane:
I grupa

II grupa

Wnioski



We wszystkich przypadkach obserwowane stężenia

przekraczają maksymalne dopuszczalne stężenia żelaza
w wodach pitnych

, jednak podwyższone zawartości tego

wskaźnika są pochodzenia geogenicznego. Ograniczenie
stężeń żelaza w wodach pitnych opiera się na przesłankach
natury estetycznej, gdyż żelazo nie wykazuje właściwości
toksycznych (przy wyższych stężeniach tego wskaźnika
zmieniają się właściwości organoleptyczne wody – żółte
zabarwienie i mętnienie).



Duży wpływ na wnioski uzyskiwane z analizy trendów ma
częstotliwość prowadzenia badań.

Im większa

częstotliwość badań

, tym

bardziej szczegółowe

i wiarygodne wnioski

dotyczące zmian analizowanego

wskaźnika w czasie.



Na uzyskiwane wyniki ma wpływ

sposób agregacji danych

.



Aby nie utracić pewnych informacji, długie szeregi czasowe
należy analizować

w podziale na podgrupy

.

Wnioski

Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej

Próbka wody pobrana jest:



z określonego miejsca;



z konkretnej warstwy wodonośnej;



ze zdefiniowanego przedziału głębokościowego;



w określonym momencie czasu.

Wskaźnik reprezentatywności sieci monitoringowej R

Wskaźnik reprezentatywności sieci monitoringowej R

u

R

u

≥ 80% sieć reprezentatywna



n - liczba punktów monitoringowych



F - powierzchnia GWB [m

2

]



d

śr

- średnia odległość [m]

F

n

d

R

śr

u

/

7

,

37



Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej

www.wfdgw.net

- program GWstat

2011-12-04

9

Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej

Gwstat
Representativity index:
80.6%



www.khgi.agh.edu.pl