V / 1

MATERIAŁY DO ĆWICZENIA NR 5

TEMAT: ROZPOZNANIE WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH

NA PODSTAWIE WIERCEŃ

Wody podziemne to wody występujące w skałach skorupy ziemskiej.
Są one głównie typu infiltracyjnego, tzn. powstają dzięki infiltracji (wsiąkaniu) opadów
atmosferycznych, a niekiedy również wód powierzchniowych. Inne genetycznie typy wód, o
mniejszym znaczeniu, to wody:
• reliktowe - uwięzione w skałach, powstałe w dawnych epokach geologicznych, całkowicie

izolowane od wpływu czynników zewnętrznych, silnie zmineralizowane;

• kondensacyjne – powstałe z kondensacji pary wodnej, która wraz z powietrzem zawarta

jest w porach;

• juwenilne – powstałe podczas dyferencjacji magmy jako hydrotermalne roztwory

wydzielane w ostatnim etapie procesu krzepnięcia magmy;

• metamorficzne – pochodzące z przeobrażenia minerałów podczas metamorfozy

termicznej.

Wody podziemne występują jako:
• wody wolne – wykazujące zdolność przemieszczania się pod wpływem siły ciężkości i

różnicy ciśnień hydrostatycznych,

• wody związane – nie odsączające się pod wpływem siły ciężkości, utrzymywane w

środowisku skalnym siłami molekularnymi (woda higroskopijna, błonkowata).

Poziom, do którego wznosi się woda wolna zwany jest zwierciadłem wody podziemnej.
Zwierciadło wody podziemnej jest granicą dwóch stref: strefy aeracji – czyli napowietrzenia i
strefy saturacji – nasycenia wodą.

W strefie aeracji pustki skalne wypełnia powietrze i woda występująca w postaci pary
wodnej, wody związanej (woda higroskopijna, błonkowata), wody kapilarnej oraz wody
wolnej – zawieszonej i wsiąkowej.

W strefie saturacji wolne przestrzenie (pory, szczeliny, próżnie krasowe) wypełnione są
całkowicie wodą. Górną granicą strefy saturacji jest zwierciadło wód podziemnych, dolną
stanowi strop utworów wodoszczelnych.

Tak rozumiane zwierciadło wód podziemnych to zwierciadło swobodne. Pozostaje ono pod
ciśnieniem atmosferycznym i na ogół naśladuje w przybliżeniu kształt powierzchni terenu.
Ustala się w otworze wiertniczym na głębokości, na której zostało nawiercone.

Strefa aeracji i saturacji

1- utwory przepuszczalne, 2 - utwory nieprzepuszczalne

V / 2

Zwierciadło napięte – położenie i kształt zwierciadła napiętego wymuszone są przez wyżej
leżące utwory nieprzepuszczalne. Zwierciadło napięte znajduje się pod ciśnieniem wyższym
od atmosferycznego. Jeżeli woda taka zostanie nawiercona, to parta ciśnieniem
hydrostatycznym podniesie się w rurze wiertniczej do określonej wysokości. Wznios ten to
ciśnienie piezometryczne, a poziom na którym się ustaliło, to zwierciadło ustalone
(ustabilizowane).

Łącząc na przekroju pionowym wysokości słupów wody w punktach obserwacyjnych linią,
otrzymamy piezometryczną linię ciśnień. Natomiast powierzchnia wyznaczona wysokością
ciśnienia piezometrycznego w szeregu punktów obserwacyjnych jest zwierciadłem
statycznym, lub zwierciadłem piezometrycznym.

Zwierciadło statyczne - zwierciadło ustalone w wyniku naturalnego ciśnienia
hydrostatycznego. Tworzy go poziom wyznaczony przez zwierciadło ustabilizowane.
Wody podziemne pod ciśnieniem mogą charakteryzować się zwierciadłem statycznym
stabilizującym się ponad powierzchnią terenu. Mówimy wtedy o ciśnieniu artezyjskim.

Zwierciadło dynamiczne – zwierciadło wody podziemnej obniżone wskutek pompowania
wody albo podniesione wskutek jej wprowadzenia do warstwy wodonośnej (ukształtowane w
wyniku eksploatacji wody podziemnej).

W zależności od głębokości występowania wód podziemnych oraz warunków geologicznych
wyróżniamy następujące typy wód w strefie saturacji:
• wody przypowierzchniowe (zaskórne) – występują bardzo płytko pod powierzchnią ziemi

i praktycznie pozbawione są strefy aeracji;

• wody gruntowe – oddzielone od powierzchni ziemi mniej lub bardziej grubą

przepuszczalną strefą aeracji, zasilane bezpośrednio z powierzchni ziemi przez infiltrujące
opady atmosferyczne;

• wody wgłębne – również zasilane przez opady atmosferyczne, lecz znajdujące się w

warstwach wodonośnych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi;

• wody głębinowe – znajdują się głęboko pod powierzchnią ziemi, izolowane całkowicie

wieloma kompleksami utworów nieprzepuszczalnych.

Warstwa wodonośna zbudowana jest ze skał, które mogą wodę gromadzić, przewodzić i
oddawać w wyniku działania siły ciężkości. W sensie hydrogeologicznym nie musi to być
pojedyncza warstwa lecz także zespół warstw wypełnionych wodą wolną.
Aby możliwe było akumulowanie i przewodzenie wody wolnej, skała musi wykazywać:

V / 3

• porowatość (lub szczelinowatość, krasowatość) – tzn. muszą istnieć wolne przestrzenie w

skale;

• przepuszczalność hydrauliczną (wodoprzepuszczalność) – zdolność do przewodzenia

wody wolnej w przypadku różnicy ciśnień hydrostatycznych; możliwe jest to, gdy próżnie
i pustki w skale są ze sobą połączone, oraz gdy mają one odpowiednio duże wymiary (gdy
wymiary próżni są bardzo małe, woda zostaje związana siłami międzycząsteczkowymi i
staje się niezdolna do ruchu, np. w iłach). Miarą przepuszczalności hydraulicznej skał i
gruntów jest współczynnik filtracji.

Pod względem wodoprzepuszczalności skały dzielimy na:
przepuszczalne – żwiry, 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

Przekrój hydrogeologiczny - graficzne odwzorowanie warunków hydrogeologicznych
wzdłuż obranej płaszczyzny pionowej w związku z budową geologiczną. Przekrój
hydrogeologiczny opracowuje się 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 występowania,
rozprzestrzeniania, jakości i ilości wód podziemnych. Najprostszą mapą hydrogeologiczną
jest rysunek hydroizohips, hydroizobat lub innych hydroizolinii. Oprócz oznaczeń liniowych,
do których należą tez linie graniczne, posługujemy się oznaczeniami punktowymi, cyframi,
literami, szrafurą i barwami.

Hydroizohipsy - linie krzywe łączące punkty o jednakowej wysokości hydraulicznej w
warstwie wodonośnej. Przy wodach zwykłych chodzi tu o rzędne zwierciadła wody.
Mapa hydroizohips jest więc mapą morfologii zwierciadła wody podziemnej (zwierciadła
swobodnego, a dla wód naporowych zwierciadła statycznego).

Hydroizobaty - linie łączące punkty na mapie o jednakowej głębokości do zwierciadła wody
gruntowej. Powstaje w ten sposób mapa warstwy suchej.

Mapę hydroizohips wykreśla się metodą interpolacji. Punkty w których dane są rzędne
zwierciadła wody łączy się w sieć trójkątów mniej więcej równobocznych i w każdym
trójkącie osobno przeprowadza się interpolację. Mapa hydroizohips będzie tym dokładniejsza,
im więcej jest punktów pomiarowych i im bardziej równomiernie są one rozmieszczone.
Należy przy tym pamiętać, że:
• hydroizohipsy odzwierciedlają kształt zwierciadła wody występującej w tej samej

geologicznie określonej warstwie wodonośnej (stąd ważna jest znajomość budowy
geologicznej obszaru)

• hydroizohipsy nie mogą przecinać się, ani tworzyć linii załamujących się, lecz linie krzywe

płynne, zamknięte.

V / 4

Przy kreśleniu hydroizohips wody gruntowej należy zwrócić szczególną uwagę na:
• morfologię terenu
• sieć wód powierzchniowych, które znacząco wpływają na przebieg hydroizohips.

Z mapy hydroizohips można odczytać:
• kierunki przepływu wód - w każdym punkcie prostopadłe do hydroizohips;
• spadki hydrauliczne (spadek hydrauliczy - różnica wysokości hydraulicznej między

dwoma punktami położonymi na jednej linii prądu, przypadająca na jednostkową
odległość między tymi punktami) oraz informacje o warunkach przepływu wód;

• charakter powiązań z ciekami powierzchniowymi; rzeki mogą być drenujące, infiltrujące,

lub obojętne.

Rzeka drenująca - rzeka zasilana przez wody podziemne z warstwy wodonośnej, przez którą
przepływa i którą drenuje. Ma to miejsce, gdy wody powierzchniowe rzeki znajdują się w
związku hydraulicznym (bezpośrednim lub pośrednim) z wodami podziemnymi, których
zwierciadło położone jest wyżej niż poziom wody w rzece drenującej.

Rzeka infiltrująca - rzeka zasilająca wody podziemne. Ma to miejsce wtedy, gdy zwierciadło
wód podziemnych znajduje się niżej, niż poziom wody w rzece infiltrującej.

ZADANIE DO WYKONANIA:

1. Wykonać przekrój hydrogeologiczny wzdłuż zadanej linii łamanej.
Skala pozioma przekroju jednakowa z skalą mapy, tzn. 1: 10 000, skala pionowa 1: 1000.
Na przekroju zaznaczyć litologię - szrafurą, charakter wodoprzepuszczalności - barwą
(utwory przepuszczalne w strefie aeracji na żółto, w strefie saturacji na niebiesko, utwory
półprzepuszczalne na pomarańczowo, utwory nieprzepuszczalne na brązowo), zwierciadła
wód podziemnych, kierunki przepływu wód.

V / 5