Hydrogeologia - nauka o wodach podziemnych, procesach wzajemnego oddziaływania
hydrosfery (podziemnej), litosfery, atmosfery, biosfery oraz człowieka. Zajmuje się badaniem
genezy, warunków występowania i krą\
enia oraz właściwości fizyczno  chemicznych wód
podziemnych.
Wody podziemne  wody występujące pod powierzchnią ziemi w wolnych przestrzeniach
skalnych posiadające zdolność ruchu w wyniku działania siły cię\
kości.
Woda jest w ciągłym ruchu czyli podlega procesowi krą\
enia. Obieg wody w skali kuli ziemskiej,
obejmujący procesy parowania i opadów nad morzami i zbiornikami śródlądowymi, krą\
enia wód
gruntowych i zmian zasobów pokryw lodowych to CYKL HYDROLOGICZNY. Jego motorem jest
energia słoneczna, siła grawitacji i przyciąganie księ\
yca.
Całkowitą objętość wody na kuli ziemskiej szacuje się na około 1459 mln km3, z czego prawie
96 % to wody mórz i oceanów, nieco poni\
ej 3% jest zmagazynowane w lodowcach i
lądolodach. Około 1% stanowi woda podziemna, natomiast wody powierzchniowe to zaledwie
setne części procenta, a woda w atmosferze to 0,001%.
Retencja gruntowa - podziemna   zatrzymanie w obiegu wody opadowej wsiąkającej w
glebę, grunt czy skałę. Zwykle woda nie jest zatrzymana w sensie dosłownym, lecz tempo jej
obiegu na tym odcinku zostaje bardzo zwolnione. Zale\
y od: wielkości opadów, odpływu i
parowania
Wody podziemne powstają głównie dzięki infiltracji (wsiąkaniu) opadów atmosferycznych, a
niekiedy równie\
wód powierzchniowych  wody o tej genezie są typu infiltracyjnego.
Infiltracja efektywna Ie - część wód pochodząca z opadów atmosferycznych, pomniejszona o
objętość wody związanej siłami molekularnymi z ziarnami w strefie aeracji, przedostająca się do
strefy saturacji i zasilająca wody podziemne.
1
Ie- zwykle zawiera się w granicach od 16 do 25 % (kilka % gdy na pow. występują iły i nawet
30% gdy na pow. \
wiry). W Polsce przyjmuje się, \
e jest to średnio około 18%.
czynniki wpływające na wielkość infiltracji:
czynniki wpływające na wielkość infiltracji:
" wielkość opadów atmosferycznych
" ilość opadów w czasie (inf. większa gdy opad jest mniejszy ale trwa dłu\
ej)
" temperatura i wilgotność powietrza (du\
a wilgotność to mniejsze parowanie i wy\
sza inf.)
" przepuszczalność gruntów (wy\
sza przepuszczalność to wy\
sza inf.)
" nachylenie powierzchni terenu (na terenie płaskim większa inf.)
" roślinność, zabudowania i działalność człowieka(zmniejszają infiltrację )
" stopień przemarznięcia gruntu i nasycenia wodą (zmniejszają infiltrację )
inne genetycznie typy wód:
inne genetycznie typy wód:
" kondensacyjne  powstałe z kondensacji (skroplenia) pary wodnej zawartej w powietrzu
wypełniającym pory i wolne przestrzenie w skałach. Ciepłe i wilgotne powietrze
wchodzące w środowisko skalne ochładza się, a przy spadku temperatury do punktu
rosy, czyli temperatury przy której para wodna w powietrzu osiąga stan nasycenia,
następuje kondensacja i wydzielenie wody.
" metamorficzne  wydzielone podczas termicznej metamorfozy skał podczas, gdy
metamorficzne
minerały nietrwałe w podwy\
szonej temperaturze, ulegają przeobra\
eniu
" juwenilne  powstające podczas dyferencjacji magmy jako hydrotermalne roztwory
juwenilne
wydzielane w ostatnim etapie procesu krzepnięcia magmy. Część z nich mo\
e wypływać
na powierzchnię w postaci gorących z
ródeł lub gejzerów
" reliktowe  stare wody uwięzione w osadach, wyłączone z systemu krą\
enia i
reliktowe
występujące obecnie na większych głębokościach, silnie zmineralizowane:
" reliktowe pochodzenia sedymentacyjnego  wody dawnych osadów morskich lub
jeziornych odizolowane w macierzystych skałach,
" reliktowe pochodzenia kopalnego  wody atmosferyczne odcięte od systemu krą\
enia
w wyniku procesów geologiczne
Warstwa wodonośna zbudowana jest ze skał, które mogą gromadzić, przewodzić i oddawać
wodę wolną w wyniku działania siły cię\
kości. Aby mo\
liwe było akumulowanie i przewodzenie
wody wolnej, skała musi wykazywać: porowatość (lub szczelinowatość, krasowatość) i
przepuszczalność hydrauliczną.
porowatość polega na występowaniu w skale drobnych pró\
ni i kanalików między
poszczególnymi ziarnami mineralnymi, porowatość zale\
y od jednorodności uziarnienia,
uło\
enia i kształtu ziaren (nie zale\
y od wielkości ziaren skalnych)
2
przepuszczalność hydrauliczna (wodoprzepuszczalność)  zdolność do przewodzenia wody
wolnej w wyniku ró\
nicy ciśnień hydrostatycznych; mo\
liwe jest to, gdy pró\
nie i pustki w skale
są ze sobą połączone, oraz gdy mają one odpowiednio du\
e wymiary (gdy wymiary pró\
ni są
bardzo małe, woda zostaje zwiazana siłami międzycząsteczkowymi i staje się niezdolna do
ruchu, np. w iłach). Wodoprzepuszczalność zale\
y więc od wielkości i ilości porów, kształtu
ziaren skalnych, lepkości i temperatury wody.
Miarą przepuszczalności hydraulicznej (wodoprzepuszczalności) skał i gruntów jest
współczynnik filtracji - k
Zgodnie z liniowym prawem filtracji Darcy ego określa zale\
ność między spadkiem
hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Współczynnik filtracji ma miano prędkości.
Współczynnik filtracji zale\
y od: filtracyjnych własności ośrodka skalnego, przede wszystkim
od uziarnienia, oraz od fizycznych własności filtrującej cieczy (cię\
ar właściwy, temperatura,
lepkość).
Prawo Darcy ego - liniowe doświadczalne prawo filtracji wyra\
ające proporcjonalność prędkości
filtracji do spadku hydraulicznego.
v = k I gdzie: v - prędkość filtracji [LT-1]; k - współczynnik filtracji [LT-1]
I - spadek hydrauliczny wyra\
ający się wzorem:
I = DH/L gdzie: H - wysokość hydrauliczna [L]; L - droga filtracji [L]
v  jest pozorną prędkością filtracji,
rzeczywista prędkość filtracji w = v/ne =k*I/ne
Poniewa\
współczynnik porowatości efektywnej - ne jest zawsze <1,
rzeczywista prędkość filtracji jest zawsze większa od prędkości fikcyjnej.
Pod względem wodoprzepuszczalności skały dzielimy na:
Pod względem wodoprzepuszczalności skały dzielimy na:
przepuszczalne  \
wiry, piaski, pospółki, skały lite silne szczelinowate;
półprzepuszczalne  piaski gliniaste, ilaste, gliny piaszczyste, torfy, namuły;
nieprzepuszczalne  gliny, iły, mułki, skały lite nieszczelinowate;
3
Podział skał według własności filtracyjnych
Podział skał według własności filtracyjnych
W zale\
ności od rodzaju pustek skalnych wyró\
nia się wody:
" porowe  wody występujące w skałach okruchowych, sypkich, ziarnistych i wolnych
przestrzeniach pomiędzy ziarnami skalnymi
" szczelinowe - występujące w szczelinach spękanych skał
" krasowe  wody przepływające w pustkach skalnych powstałych w procesach krasowych
Charakter przepuszczalności Współczynnik filtracji
Charakter przepuszczalności Współczynnik filtracji
Charakter przepuszczalności Współczynnik filtracji
Charakter przepuszczalności Współczynnik filtracji
[m/s]
[m/s]
[m/s]
[m/s]
Bardzo dobra
Bardzo dobra
Bardzo dobra
Bardzo dobra
(\
wiry, piaski grubo- i ró\
noziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(\
wiry, piaski grubo- i ró\
noziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(\
wiry, piaski grubo- i ró\
noziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(\
wiry, piaski grubo- i ró\
noziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
siecią drobnych szczelin)
siecią drobnych szczelin)
siecią drobnych szczelin)
siecią drobnych szczelin)
-3 -4
-3 -4
-3 -4
Dobra 10 -3 -10 -4
Dobra 10 -10
Dobra 10 -10
Dobra 10 -10
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i ró\
noziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i ró\
noziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i ró\
noziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i ró\
noziarniste,
skały masywne z gęstą siecią drobnych szczelin)
skały masywne z gęstą siecią drobnych szczelin)
skały masywne z gęstą siecią drobnych szczelin)
skały masywne z gęstą siecią drobnych szczelin)
-4 -5
-4 -5
-4 -5
Średnia 10 -4 - 10 -5
Średnia 10 - 10
Średnia 10 - 10
Średnia 10 - 10
(piaski drobnoziarniste i równomiernie uziarnione, lessy)
(piaski drobnoziarniste i równomiernie uziarnione, lessy)
(piaski drobnoziarniste i równomiernie uziarnione, lessy)
(piaski drobnoziarniste i równomiernie uziarnione, lessy)
-5 -6
-5 -6
-5 -6
Słaba 10 -5 - 10 -6
Słaba 10 - 10
Słaba 10 - 10
Słaba 10 - 10
(piaski pylaste, gliniaste, mułki, skały masywne z rzadką siecią
(piaski pylaste, gliniaste, mułki, skały masywne z rzadką siecią
(piaski pylaste, gliniaste, mułki, skały masywne z rzadką siecią
(piaski pylaste, gliniaste, mułki, skały masywne z rzadką siecią
drobnych spękań)
drobnych spękań)
drobnych spękań)
drobnych spękań)
-6 -8
-6 -8
-6 -8
Skały półprzepuszczalne 10 -6 - 10 -8
Skały półprzepuszczalne 10 - 10
Skały półprzepuszczalne 10 - 10
Skały półprzepuszczalne 10 - 10
(gliny i iły piaszczyste, namuły, torfy)
(gliny i iły piaszczyste, namuły, torfy)
(gliny i iły piaszczyste, namuły, torfy)
(gliny i iły piaszczyste, namuły, torfy)
-8
-8
-8
Skały nieprzepuszczalne <10 -8
Skały nieprzepuszczalne <10
Skały nieprzepuszczalne <10
Skały nieprzepuszczalne <10
(iły, zwarte gliny, margle, skały masywne niespękane)
(iły, zwarte gliny, margle, skały masywne niespękane)
(iły, zwarte gliny, margle, skały masywne niespękane)
(iły, zwarte gliny, margle, skały masywne niespękane)
Zwierciadło wód podziemnych to poziom, do którego wznosi się woda wolna zawarta w
środowisku skalnym. Jest ono 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, pró\
nie 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 przybli\
eniu kształt powierzchni terenu.
Ustala się w otworze wiertniczym na głębokości, na której zostało nawiercone.
Zwierciadło napięte  poło\
enie i kształt zwierciadła napiętego wymuszone są przez wy\
ej
le\
ące utwory nieprzepuszczalne. Zwierciadło napięte znajduje się pod ciśnieniem wy\
szym od
atmosferycznego. Je\
eli 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)
4
Wody podziemne pod ciśnieniem (naporowe) mogą charakteryzować się zwierciadłem
stabilizujacym się ponad powierzchnią terenu. Mówimy wtedy o ciśnieniu artezyjskim
Wody podziemne występują jako:
wody wolne  wykazujące zdolność przemieszczania się pod wpływem siły cię\
kości i ró\
nicy
ciśnień hydrostatycznych
wody związane  nie odsączające się pod wpływem siły cię\
kości, nie przenoszą ciśnień
hydrostatycznych, utrzymywane w środowisku skalnym siłami molekularnymi większymi od siły
cię\
kości (woda higroskopijna, błonkowata, kapilarna)
Wody higroskopijne  wody związane powstające na skutek adsorbowania przez ziarna drobin
pary wodnej z powietrza w strefie aeracji. Charakteryzują się du\
a gęstością około 2 g/dm3,
zamarzają w temperaturze  78�C.
Wody błonkowate  wody związane powstające na skutek wiązania drobin ciekłej wody przez
ziarna mineralne dzięki siłom elektrycznym działającym pomiędzy cząsteczką mineralną a
cząsteczką wody, mają gęstość około 1 g/dm3, temperaturę zamarzania < 0 � C.
Wilgotność molekularna - ilość wody błonkowatej zawartej w skale. Zale\
y od średnicy ziaren
(wilgotność tym większa im mniejsza jest średnica ziaren). Dla grubego piasku wynosi około
1,5% suchej masy, a dla iłów nawet ponad 40%.
Woda kapilarna  woda (związana/wolna), która podnosi się ponad zwierciadło swobodne na
skutek zjawiska włoskowatości (tzn. \
e w bardzo wąskich rurkach zanurzonych w cieczy poziom
wody podnosi się do pewnej wysokości lub opada na skutek działania sił molekularnych
5
działających na granicy ciała stałego i cieczy (siły spójności i przylegania). Podlega sile
cię\
kości i przenosi ciśnienie hydrostatyczne
Wielkość wzniosu kapilarnego zale\
y od wielkości ziaren i wynosi dla \
wiru 3 cm, dla piasku
średnioziarnistego 12-35 cm, a dla mułków i lessów 1,2  3,5 m.
Na granicy strefy saturacji i aeracji występuje strefa wzniosu kapilarnego:
h = 0,15/r [cm]
gdzie: r - średnica przewodu kapilarnego
Woda błonkowata
Woda higroskopijna
W zale\
ności od głębokości występowania wód podziemnych oraz warunków geologicznych
wyró\
niamy następujące typy wód w strefie saturacji:
wody gruntowe  oddzielone od powierzchni ziemi mniej lub bardziej mią\
szą przepuszczalną
strefą aeracji (mają zwierciadło swobodne), zasilane bezpośrednio z powierzchni ziemi przez
infiltrujące opady atmosferyczne, a więc obszar ich zasilania jest równy co do zasięgu z
obszarem ich rozprzestrzenienia. Mają znaczenie u\
ytkowe, są ucią\
liwe w budownictwie.
wody przypowierzchniowe (zaskórne)  występują bardzo płytko pod powierzchnią ziemi i
praktycznie pozbawione są strefy aeracji, zasilanie przez wody opadowe i gruntowe, są
ucią\
liwe w budownictwie.
Zwierciadło wody
gruntowej
Obszar wody
przypowierzchniowej
6
wody wgłębne  równie\
są zasilane przez opady atmosferyczne, lecz znajdują się w
warstwach wodonośnych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi. Są to wody o zwierciadle
napiętym  naporowe.
wody głębinowe  znajdują się głęboko pod powierzchnią ziemi, izolowane całkowicie wieloma
kompleksami utworów nieprzepuszczalnych. Nie są zasilane ani odnawiane, są silnie
zmineralizowane, są to zwykle stare wody reliktowe lub sedymentacyjne. Występują zwykle pod
du\
ym ciśnieniem, które jednak przy ich eksploatacji ulega obni\
eniu na skutek braku zasilania.
STREFA TYPY WODY STAN FIZYCZNY RODZAJE
STREFA TYPY WODY STAN FIZYCZNY RODZAJE
STREFA TYPY WODY STAN FIZYCZNY RODZAJE
STREFA TYPY WODY STAN FIZYCZNY RODZAJE
wody higroskopijne
wody higroskopijne
wody higroskopijne
wody higroskopijne
wody błonkowate wody związane
wody błonkowate wody związane
wody błonkowate wody związane
wody błonkowate wody związane
AERACJI wody kapilarne
AERACJI wody kapilarne
AERACJI wody kapilarne
AERACJI wody kapilarne
wody wsiąkowe
wody wsiąkowe
wody wsiąkowe
wody wsiąkowe
wody zawieszone
wody zawieszone
wody zawieszone
wody zawieszone
wody porowe
wody porowe
wody porowe
wody porowe
wody
wody
wody
wody
wody
wody
wody
wody
przypowierzchniowe
przypowierzchniowe
przypowierzchniowe
przypowierzchniowe
wody wolne
wody wolne
wody wolne
wody wolne
szczelinowe
szczelinowe
szczelinowe
szczelinowe
wody gruntowe
wody gruntowe
wody gruntowe
wody gruntowe
wody krasowe
wody krasowe
wody krasowe
wody krasowe
SATURACJI
SATURACJI
SATURACJI
SATURACJI
wody wgłębne
wody wgłębne
wody wgłębne
wody wgłębne
wody głębinowe
wody głębinowe
wody głębinowe
wody głębinowe
Wody podziemne w kontakcie z ciekami powierzchniowymi
Wody podziemne w kontakcie z ciekami powierzchniowymi
Rzeka drenująca - rzeka zasilana przez wody podziemne z warstwy wodonośnej, przez którą
przepływa i którą drenuje. Ma to miejsce wtedy, gdy zwierciadło wód podziemnych znajduje się
wy\
ej, ni\
poziom wody w rzece.
Rzeka infiltrująca - rzeka zasilająca wody podziemne. Ma to miejsce wtedy, gdy zwierciadło
wód podziemnych znajduje się ni\
ej, ni\
poziom wody w rzece.
y
ródło  samoczynny, naturalny wypływ wody podziemnej na powierzchni terenu, lub w dnie
zbiornika wodnego. Występuje w miejscu, gdzie powierzchnia terenu przecina warstwę
wodonośną.
7
W regionie gdańskim występują trzy główne piętra wodonośne o znaczeniu u\
ytkowym: "
czwartorzędowe " trzeciorzędowe na głębokości od około 80 mnpm do 80 mppm
" kredowe na głębokości od około 120 m ppm
8