INSTRUKCJA DO PROJEKTU Z HYDROGEOLOGII
W celu wykonania projektu należy:
1. przeanalizować otrzymane dane do projektu,
2. wykonać obliczenia hydrogeologiczne (instrukcja  p. I-VI),
3. ustalić strefy ochronne dla studni (wg instrukcji  p. VII),
4. dobrać parametry filtra (wg instrukcji- p. VIII),
5. wypełnić kartę otworu studziennego (załącznik do instrukcji),
6. określić możliwości wykorzystania zasobów wody w studni, analizując jej parametry jakościowe oraz
ilościowe i przyjmując, że średnie zapotrzebowanie na wodę dla jednej osoby wynosi około 150 l/dobę),
7. opracować wnioski.
I. CHARAKTERYSTYKA STUDNI
1. Obliczyć jednostkową wydajność studni (q) ze wzoru:
Ą# ń#
m3
Q
q = /mdepresji Ą#
ó#
S
s
Ł# Ś#
Q1 Q2 Q3
zatem: q1 = , q2 = , q3 =
S1 S2 S3
2. Określić charakterystykę studni:
Na podstawie pomiarów wydajności studni Q i depresji S oraz obliczonych wydajnosci
jednostkowych studni q określić charakterystykę studni w postaci wykresów zależności Q = f(S) i q=f(S).
Wyniki uznaje się za prawidłowe (korzystna charakterystyka studni) jeżeli:
przy zwierciadle swobodnym:
funkcja Q = f(S) ma przebieg krzywoliniowy (paraboliczny)
funkcja q = f(S) ma przebieg prostoliniowy
przy zwierciadle napiętym:
funkcja Q = f(S) ma przebieg prostoliniowy
funkcja q = f(S) ma przebieg prostoliniowy (linia prosta równoległa do osi S).
Nieprawidłowości, np. linia łamana, odwrócona parabola itd. mogą wynikać z niedokładności
pomiarów, zmiany warunków filtracji, niewłaściwego doboru filtra i in. i wskazują na złe funkcjonowanie
studni (niekorzystna charakterystyka studni).
II. OBLICZENIA WSPÓA
CZYNNIKA FILTRACJI k
Dobierając odpowiedni wzór w zależności od typu zwierciadła ujmowanej wody (swobodne, napięte)
oraz rodzaju studni (zupełna, niezupełna) obliczyc współczynnik filtracji k:
Zwierciadło swobodne
a) studnia zupełna
0,733�"Q�"lgR Ą#mń#
r
k =
ó# Ą#
H2 -h2 Ł# s Ś#
b) studnia niezupełna
0,733�"Q�"lgR Ą#mń#
r 1
k = �"
ó# Ą#
H2 -h2 b Ł# s Ś#
gdzie :
l 2h -l
4
b = �"
h h
b  poprawka Forchheimera,
h  wysokość dynamicznego stanu wody,
H  rzędna spągu warstwy wodonośnej,
l  długość filtra [m],
R  promień leja depresji,
r - promien filtra,
Q  wydajność studni (średnia z Q1,Q2 i Q3),
Zwierciadło napięte
a) studnia zupełna
2
0,366�" Q �"lgR Ą#mń#
r
k =
ó# Ą#
m�" s
s
Ł# Ś#
b) studnia niezupełna
0,366 �" Q �"lgR
m
Ą# ń#
r 1
k = �"
ó# Ą#
m�"S b
s
Ł# Ś#
gdzie :
2m -l
4
b = m �"
m
b  poprawka Forchheimera,
S  depresja (średnia z S1, S2 i S3) [m]
l  długość filtra [m]
m  miąższość warstwy wodonośnej
h  wysokość dynamicznego stanu wody,
R  promień leja depresji,
r - promien filtra,
Q  wydajność studni (średnia z Q1,Q2 i Q3).
Poprawkę b  można przyjąć z tabeli:
m h
lub
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
l l
b 0,37 0,78 0,71 0,65 0,61 0,58 0,54 0,32 0,48 0,44 0,41 0,39 0,37
Współczynnik filtracji k obliczamy dla kolejnych cykli pompowania, wstawiając do wzorów
odpowiednio zamiast Q wartości Q1, Q2 oraz Q3, zamiast H  wartości H1, H2, H3 oraz w miejsce h
odpowiednie wartości h1, h2, h3 /uzależnione od S1, S2, S3 /, przyjmując odpowiednią średnicę filtra (mniejszą
niż średnica otworu). Następnie należy obliczyć wartość średnią współczynnika filtracji k.
III. OBLICZANIE PROMIENIA LEJA DEPRESJI R
Promień leja depresji  jest to odległość w poziomie pomiędzy osią studni a przekrojem pionowym,
w którym obniżenie pierwotnej powierzchni ciśnień piezometrycznych pod wpływem działania studni można
pominąć, tzn. w miejscu, gdzie różnica pomiędzy rzędnymi leja depresyjnego i pierwotnym położeniem
krzywej ciśnień piezometrycznych nie przekracza 2 cm.
Promień leja depresji wyznacza się na podstawie pomiarów zwierciadła wody w otworach
obserwacyjnych lub wzorami empirycznymi, które są następujące:
dla zwierciadła napiętego /wg Sichardta/;
3
m
Ą# ń#
R = 3000�" S �" k [m], jeżeli k
ó# Ą#
s
Ł# Ś#
m
Ą# ń#
lub R =10 �"S �" k [m], jeżeli k
ó# Ą#
d
Ł# Ś#
dla zwierciadła swobodnego /wg Kusakina/;
m
Ą# ń#
R = 575�" S �" k �"H [m], jeżeli k
ó# Ą#
s
Ł# Ś#
m
Ą# ń#
lub R = 2 �" S �" k �"H [m], jeżeli k
ó# Ą#
d
Ł# Ś#
gdzie:
H  rzędna spągu wartwy wodonośnej [m]
S  depresja (średnia) [m].
Dysponując wynikami próbnych pompowań gruntu obliczanie promienia leja depresji R wykonujemy
tzw. metodą kolejnych przybliżeń wg ponizszego schematu:
dla zw. napiętego;
- przyjąć wartość początkową R = 100 [m]
- obliczyć k0
0,366 �" Q1 �"(lg100 - lg0,09) m
Ą# ń#
1
k0 = �"
ó# Ą#
m �"S1 b
s
Ł# Ś#
- obliczyć R1 i k1
R1 = 3000 �" S1 �" k0 [m]
0,366 �" Q1 �" (lgR1 - lg0,09) m
Ą# ń#
1
k1 = �"
ó# Ą#
m�" S1 b
s
Ł# Ś#
obliczyć R2 i k2
-
R2 = 3000 �"S2 �" k1 [m]
0,366 �" Q2 �"(lgR2 - lg0,09) m
Ą# ń#
1
k2 = �"
ó# Ą#
m�" S2 b
s
Ł# Ś#
- obliczyć R3 i k3
R3 = 3000�" S3 �" k2 [m]
0,366 �" Q3 �"(lgR3 - lg0,09) m
Ą# ń#
1
k3 = �" ,
ó# Ą#
m �" S3 b
s
Ł# Ś#
dla zwierciadła swobodnego:
wykonujemy podobne obliczenia, stosując jednak we wzorach odpowiednio różne wartości
b1, b2, b3 (gdyż zmienia się h podczas kolejnych cykli pompowania).
Wyniki obliczeń wartości k i R należy zestawić w tabeli 1.
4
Tabela 1. Zestawienie obliczeń
Numer q
Ą# ń#
m3 m
Ą# ń#
pompowania
Ą#m3 ń#
Q
S [m]
ó# Ą#
ó# Ą#
/mdepresji Ą# H [m] h [m] k R [m]
ó#
s s
Ł# Ś#
Ł# Ś#
s
ó# Ą#
Ł# Ś#
1� Q1 = S1 = q1 = H1 = h1 = k1 = R1 =
2� Q2 = S2 = q2 = H2 = h2 = k2 = R2 =
3� Q3 = S3 = q3 = H3 = h3 = k3 = R3 =
Średnio :
IV. WYZNACZENIE WYDAJNOŚCI MAKSYMALNEJ ORAZ DEPRESJI DOPUSZCZALNEJ
1. Wydajność maksymalna (dopuszczalna) studni:
jest to największa wydajność przy uwzględnieniu możliwości technicznych i warunków
hydrogeologicznych. Dla jej obliczenia należy:
- wykonać obliczenia dopuszczalnej prędkości wlotowej w oparciu o wzór Sichardta:
kśr
vdop = [m/s],
15
- wykonac obliczenia maksymalnej (dopuszczalnej) wydajności studni:
Qmax = Qdop = F�vdop [m3/s]
gdzie:
F  powierzchnia czynna filtra
F = Ą �dz�l [m2]
dz  średnica zewnętrzna filtra
l  długość filtra.
2. Dopuszczalna depresja:
a) dla zwierciadła swobodnego:
0,732�" Q R
S = H - H2 - �"ln [m],
kĄ r
b) dla zwierciadła napiętego:
0,367 �" Q R
S = �"lg [m],
m �"k r
V. USTALENIE PARAMETRÓW WARSTWY WODONOŚNEJ I WARUNKÓW EKSPLOATACYJNYCH
STUDNI
Warunki pracy studni określone są przez zasoby eksploatacyjne ujęcia wyznaczające ilość wody
podziemnej, którą można pobrać w określonej jednostce czasu bez ujemnego wpływu na ilość i jakość tej
wody.
1. Wydajność eksploatacyjna studni:
5
Qeks d" 0,5�Qmax [m3/s]
2. Depresja eksploatacyjna studni:
Qeks
seks = [m]
qśr
3. Promień leja depresji eksploatacyjnej warstwy wodonośnej:
a) dla zwierciadła swobodnego:
Reks = 575�seks� kśr �"H [m]
b) dla zwierciadła napiętego:
Reks = 3000�seks� [m]
kśr
4. Wydajność warstwy wodonośnej:
a) dla zwierciadła swobodnego:
kśr �" (H2 - h2 )
Q = 1,36 �" [m3/s]
lgReks - lgr
lub jeżeli h = H-S
kśr �" (2 �"H - Seks) �" Seks
Q = 1,36 �" [m3/s]
lgReks - lgr
b) dla zwierciadła napiętego:
k �"m �" (H - h)
śr
Q = 2,73 �" [m3/s]
lgR - lgr
eks
lub znając S
k �"m �" Seks
śr
Q = 2,73 �" [m3/s]
lgR - lgr
eks
5. Wydatek właściwy przy jednostkowej depresji dopuszczalnej:
jest to ilość wody, którą otrzymuje się w jednostce czasu na 1 m depresji. Wynosi ona:
a) dla zwierciadła swobodnego:
k �" (2 �"H -1)
Ą# ń#
śr m3 /mdepresji
q = 1,36 �"
ó# Ą#
lgR - lgr s
Ł# Ś#
eks
b) dla zwierciadła napiętego:
6
Qeks
Ą# ń#
m3 /mdepresji
q =
ó# Ą#
seks s
Ł# Ś#
6. Wydatek właściwy studni:
Oznacza wydatek przypadający na 1 m2 powierzchni filtra i jest obliczany z wzoru:
qśr
qw =
Ffiltra
VI. USTALANIE ZASOBÓW UJ
CIA WODY
1. Zasoby statyczne:
obejmują całkowitą objętość wody wolnej zawartej porach i szczelinach danej warstwy wodonośnej
i wynoszą:
Qs = F�m�ne = V�ne [m3]
gdzie :
F  powierzchnia warstwy wodonośnej [m2]
F = �"R2, R- promień leja depresji
m  miąższość warstwy wodonośnej [m]
ne  współczynnik odsączalności równy wskaz
nikowi porowatości efektywnej
m
Ą# ń#
ne = 0,593 �" 7 k
ó# Ą#
śr
s
Ł# Ś#
V  objętość warstwy wodonośnej [m3]
2. Zasoby dynamiczne:
to ilość wody, która w jednostce czasu przepływa przez przekrój poprzeczny określonego poziomu
wodonośnego. Okresla się je z wzoru:
Ą# ń#
m3
Qd = B�k�m�J
ó# Ą#
s
Ł# Ś#
gdzie:
B  szerokość przekroju równa 2 �"R = 200 [m]
eks
k  współczynnik filtracji [m/s]
m  miąższość warstwy wodonośnej
J  spadek hydrauliczny
seks
J =
R
eks
Pożądane jest aby Qd < Qeks.
3. Zasoby eksploatacyjne:
określają ilość wody podziemnej, którą można pobierać w określonej jednostce czasu bez ujemnego
wpływu na ilość i jakość ogólnych zasobów tej wody. Określa się je na podstawie poniższych wzorów:
a) dla wód o zwierciadle swobodnym;
Ą# ń#
2 �" (H - seks ) �" seks m3
Qeks = Qmax �"
ó# Ą#
2 �" (H - smax ) �" smax
s
Ł# Ś#
7
dla warunku seks d" 1,5�"smax i H-seks d" 0,5,
b) dla wód o zwierciadle napiętym;
Ą# ń#
Seks m3
Qeks = Qmax �"
Smax ó# s Ą#
Ł# Ś#
dla warunku Seks d" 1,5�"Smax,
gdzie:
Seks  depresja eksploatacyjna
Smax  depresja odczytana z wykresu Q = f(S) dla wydatku Qmax.
4. Czas pracy studni bez dopływu wody:
jest to czas, w jakim studnia może prawidłowo pracować bez dopływu wody.
Qs
tp = [d], [rok]
Qeks
VII. USTALANIE STREF OCHRONNYCH UJ
CIA WODY
 Prawo wodne ustawa z dn. 18 lipca 2001 roku w zakresie stref oraz obszarów ochronnych
przewiduje:
W celu zapewnienia odpowiedniej jakości wody ujmowanej do zaopatrzenia ludności w wodę
przeznaczoną do spożycia oraz zaopatrzenia zakładów wymagających wody wysokiej jakości, a także ze
względu na ochronę zasobów wodnych, mogą być ustanawiane:
1) strefy ochronne ujęć wody,
2) obszary ochronne zbiorników wód śródlądowych.
Strefę ochronną ujęcia wody, zwaną dalej "strefą ochronną", stanowi obszar, na którym obowiązują
zakazy, nakazy i ograniczenia w zakresie użytkowania gruntów oraz korzystania z wody.
Strefę ochronną dzieli się na teren ochrony:
1) bezpośredniej,
2) pośredniej.
Dopuszcza się ustanowienie strefy ochronnej obejmującej wyłącznie teren ochrony bezpośredniej,
jeżeli jest to uzasadnione lokalnymi warunkami hydrogeologicznymi, hydrologicznymi i geomorfologicznymi
oraz zapewnia konieczną ochronę ujmowanej wody.
Na terenie ochrony bezpośredniej ujęć wód podziemnych oraz powierzchniowych zabronione jest
użytkowanie gruntów do celów niezwiązanych z eksploatacją ujęcia wody.
Na terenie ochrony bezpośredniej ujęć wód należy:
1) odprowadzać wody opadowe w sposób uniemożliwiający przedostawanie się ich do urządzeń
służących do poboru wody,
2) zagospodarować teren zielenią,
8
 3) odprowadzać poza granicę terenu ochrony bezpośredniej ścieki z urządzeń sanitarnych,
przeznaczonych do użytku osób zatrudnionych przy obsłudze urządzeń służących do poboru
wody,
4) ograniczyć do niezbędnych potrzeb przebywanie osób niezatrudnionych przy obsłudze urządzeń
służących do poboru wody.
Teren ochrony bezpośredniej należy ogrodzić, a jego granice przebiegające przez wody
powierzchniowe oznaczyć za pomocą rozmieszczonych w widocznych miejscach stałych znaków stojących
lub pływających; na ogrodzeniu oraz znakach należy umieścić tablice zawierające informacje o ujęciu wody i
zakazie wstępu osób nieupoważnionych.
Na terenach ochrony pośredniej może być zabronione lub ograniczone wykonywanie robót oraz
innych czynności powodujących zmniejszenie przydatności ujmowanej wody lub wydajności ujęcia, a w
szczególności:
1) wprowadzanie ścieków do wód lub do ziemi,
2) rolnicze wykorzystanie ścieków,
3) przechowywanie lub składowanie odpadów promieniotwórczych,
4) stosowanie nawozów oraz środków ochrony roślin,
5) budowa autostrad, dróg oraz torów kolejowych,
6) wykonywanie robót melioracyjnych oraz wykopów ziemnych,
7) lokalizowanie zakładów przemysłowych oraz ferm chowu lub hodowli zwierząt,
8) lokalizowanie magazynów produktów ropopochodnych oraz innych substancji, a także rurociągów
do ich transportu,
9) lokalizowanie składowisk odpadów komunalnych lub przemysłowych,
10) mycie pojazdów mechanicznych,
11) urządzanie parkingów, obozowisk oraz kąpielisk,
12) lokalizowanie nowych ujęć wody,
13) lokalizowanie cmentarzy oraz grzebanie zwłok zwierzęcych.
Na terenach ochrony pośredniej ujęcia wody podziemnej, oprócz zakazów lub ograniczeń, o których
mowa w ust. 1, może być zabronione lub ograniczone:
1) wydobywanie kopalin,
2) wykonywanie odwodnień budowlanych lub górniczych.
VIII. DOBÓR FILTRA
1. Filtr właściwy:
a) parametry;
- długość / l /: uzależniona od miąższości warstwy wodonośnej / m /
- szerokość : 0,05  0,20 m
Górna część filtra powinna znajdować się co najmniej 0,5 m poniżej stropu warstwy wodonośnej,
natomiast dolna  0,5 m powyżej spągu warstwy wodonośnej.
Najlepiej gdy: lmin < l < lmax , gdzie lmin = 0,5H, a lmax = H-2�"0,5m
9
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
średnica filtru [m]
W warstwach o małej miąższości należy jednak zaprojektować filtr, który pozwoli uzyskać
wymagana ilość wody, czyli na całej miąższości warstwy wodonośnej i jednocześnie o większej średnicy,
jednak nie większej niż 0,3 m.
b) współczynnik przepustowości filtra;
f
m =
F
gdzie: f  łączna powierzchnia otworków wlotowych
F  powierzchnia, na której filtr jest perforowany
Na ogół przyjmuje się:
- przy otworach okrągłych m d" 30 %
- przy otworach szczelinowych m d" 20 %
- przy filtrach prętowych m d" 65 %
co daje dobre warunki pracy filtru i jego dostateczną wytrzymałość.
c) rodzaj perforacji;
1. perforacja okrągła  powstaje przez wykonanie w ścianie rury otworów okrągłych o średnicy
zależnej od przeznaczenia rury filtrowej. Otwory mogą być rozmieszczone w układzie:
- symetrycznym, gdy tworzą np. szachownicę, o odstępie osiowym b = 2,3-2,8 do, gdzie
do oznacza średnicę otworu,
- niesymetrycznym, gdy odstępy pomiędzy środkami otworów zawieraja się w granicach 2b =
20 - 40 mm, a wzdłuż osi pionowych a = 20-30 mm, zachowując współczynnik m d" 30 %,
10
wydatek [%]
Układ otworów w rurze filtrowej: a) symetryczny, b) niesymetryczny
2. perforacja szczelinowa  powstaje przez wykonanie w rurze układu szczelin. Szczeliny mogą mieć układ:
pasowy prosty, pasowy w szachownicę, w szachownicę z nasunięciem.
Wymiary szczelin:
a. złoża piaskowe i żwirowe  szerokość (t): 2,5-4,0mm; długość (l): 25-40 mm
b. złoża skaliste  szerokość (t): do 10 mm; długość (l): do 100 mm
Układ szczelin w rurze filtrowej: a) prosty pasowy, b) pasowy w szachownicę,
c) w szachownicę z nasunięciem
c) dobór wymiarów otworów wlotowych;
Wymiary otworów wlotowych powinny być dostosowane do uziarnienia warstwy wodonośnej.
Wyznaczanie wymiarów otworów można dokonać na podstawie poniższej tabeli, odnosząc wymiar (średnicę
lub szerokość szczeliny) do przeciętnej średnicy ziaren gruntu wodonośnego d50. Mniejsze wartości odnoszą
się do piasków drobnoziarnistych, większe do gruboziarnistych.
Zalecane wymiary otworów wlotowych w rurach filtrowych
Wymiary otworu do, t
Rodzaj perforacji
w piaskach jednorodnych w piaskach różnorodnych
11
okrągłe (2,5-3,0)�"d50 (3,0-4,0)�"d50
prostokątne (1,5-2,5)�"d50 (1,5-2,0)�"d50
Na ogół średnicę otworów przyjmuje się nie większą niż 10% średnicy rury, czyli do d" 10 % df.
2. Rura podfiltrowa:
- długość : 0,5  5,0 m, wyjątkowo /np. w drobnych piaskach/ 10,0 m
3. Rura nadfiltrowa:
- długość : 2,0  5,0 m, a powyżej można stosować rury pomocnicze lub liny.
Schemat studni
12
KARTA OTWORU STUDZIENNEGO
Lokalizacja otworu  Miejscowość:. Projektant:
Szkic orientacyjny w skali 1:. ..................................................... ..........................................................
Współrzędne geograficzne: X: ................... Y: & & & & .
Rzędna wysokościowa: ......................... m n.p.m.
Wyniki badań i obliczeń hydrogeologicznych dla ujmowanej warstwy
wodonośnej:
Q1 =..........m 3/h, S1 =& & .m, T1 =& & h, q1 =& & m3/h/l m depresji
Q2 = & & .m3/h, S2 =& & .m, T2 =& & h, q2 =& & m3/h/l m depresji
Q3 = & .....m3/h, S3 =& & ..m, T3 =& .. h, q3 =& & m3/h/l m depresji
k = & & & m/s wyznaczony na podstawie wyników próbnego pomp.:
zasoby eksploatacyjne Qe=& & & .. m3/h , depresja S = & & & .m,
promień leja depresji R =& & & .m,
Wyniki badania wody:
Badania fiz. chemiczne
Temp. & & & & .0C
Mętność & & & . mg/l SiO3
Barwa & & & &
Zapach & & & ..
Odczyn-pH& & .
Twardość og. & . m val/l
Zasadowość & & m val/l
Żelazo og& & & ..mg/l Fe
Chlorki & & & & mg/l Cl
Amoniak & & & mg/l NH3
Azotyny & & & .mg/l NO2
Azotany & & & ..mg/l NO3
Utlenialność & & mg/l O2
Sucha pozost. & mg/l
Mangan & & & & mg/l Mn
Siarczany & & & mg/l SO4
Siarkowodór & & mg/l H2S
Krzem .................mg/l SiO3
Chlor wolny & & mg/l Cl
Wapń & & & & ..mg/l Ca
Magnez & & & & mg/l Mg
Fluor & & & & & mg/l F
Badania bakteriologiczne
ogólna liczba kolonii w 1 ml
wody na żelazie po 18 godz.
w temp. 200C & & & & &
Miano Coli& & & & & & ..
13
Skala 1 :
Schemat zarurowania i
zafiltrowania, sposób
zamknięcia wód
(rysunek konstrukcyjny)
Poziomy wód podziemnych :
" nawiercony
" ustabilizowany
Profil litologiczny (graficzny)
Głębokość [m p.p.t.]
Opis litologiczny
Inne badania
Uwagi
(np. uzasadnienie pominięcia
warstwy wodonośnej itp.)
Stratygrafia
 14