Hydrogeologia  występowanie wód podziemnych
Hydrogeologia - nauka o wodach podziemnych, procesach wzajemnego oddziaływania
hydrosfery (podziemnej), litosfery, atmosfery, biosfery oraz człowieka. Zajmuje się badaniem
genezy, warunków występowania i krążenia oraz właściwości fizyczno  chemicznych wód
podziemnych.
Wody podziemne  wody występujące pod powierzchnią ziemi w wolnych przestrzeniach
skalnych posiadające zdolność ruchu w wyniku działania siły ciężkości.
Woda jest w ciągłym ruchu czyli podlega procesowi krążenia. Obieg wody w skali kuli ziemskiej,
obejmujący procesy parowania i opadów nad morzami i zbiornikami śródlądowymi, krążenia wód
gruntowych i zmian zasobów pokryw lodowych to CYKL HYDROLOGICZNY. Jego motorem jest
energia słoneczna, siła grawitacji i przyciąganie księżyca.
Całkowitą objętość wody na kuli ziemskiej szacuje się na około 1459 mln km3, z czego prawie
96 % to wody mórz i oceanów, nieco poniżej 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. Zależy od: wielkości opadów, odpływu i
parowania
Wody podziemne powstają głównie dzięki infiltracji (wsiąkaniu) opadów atmosferycznych, a
niekiedy również wód powierzchniowych  wody o tej genezie są typu infiltracyjnego.
1
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.
Ie- zwykle zawiera się w granicach od 16 do 25 %
(kilka % gdy na pow. występują iły i nawet 30%
gdy na pow. żwiry). W Polsce przyjmuje się, że
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 dłużej)
� temperatura i wilgotność powietrza (duża wilgotność to mniejsze parowanie i wyższa inf.)
� przepuszczalność gruntów (wyższa przepuszczalność to wyższa 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 podwyższonej temperaturze, ulegają przeobrażeniu
� juwenilne  powstające podczas dyferencjacji magmy jako hydrotermalne roztwory
juwenilne
wydzielane w ostatnim etapie procesu krzepnięcia magmy. Część z nich może wypływać
na powierzchnię w postaci gorących z
ródeł lub gejzerów
� reliktowe  stare wody uwięzione w osadach, wyłączone z systemu krążenia 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 krążenia
w wyniku procesów geologiczne
Warstwa wodonośna zbudowana jest ze skał,
które mogą gromadzić, przewodzić i oddawać
wodę wolną w wyniku działania siły ciężkości.
Aby możliwe było akumulowanie i
przewodzenie wody wolnej, skała musi
wykazywać: porowatość (lub szczelinowatość,
krasowatość) i przepuszczalność
hydrauliczną.
porowatość polega na występowaniu w skale
drobnych próżni i kanalików między
poszczególnymi ziarnami mineralnymi,
porowatość zależy od jednorodności
uziarnienia, ułożenia i kształtu ziaren (nie zależy od wielkości ziaren skalnych)
2
przepuszczalność hydrauliczna (wodoprzepuszczalność)  zdolność do przewodzenia wody
wolnej w wyniku 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). Wodoprzepuszczalność zależy 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 zależność między spadkiem
hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Współczynnik filtracji ma miano prędkości.
Współczynnik filtracji zależy od: filtracyjnych własności ośrodka skalnego, przede wszystkim
od uziarnienia, oraz od fizycznych własności filtrującej cieczy (ciężar właściwy, temperatura,
lepkość).
Prawo Darcy ego - liniowe doświadczalne prawo filtracji wyrażające proporcjonalność prędkości
filtracji do spadku hydraulicznego.
v = k I gdzie: v - prędkość filtracji [LT-1]; k - współczynnik filtracji [LT-1]
I - spadek hydrauliczny wyrażający 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
Ponieważ 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  żwiry, piaski, pospółki, skały lite silne szczelinowate;
półprzepuszczalne  piaski gliniaste, ilaste, gliny piaszczyste, torfy, namuły;
nieprzepuszczalne  gliny, iły, mułki, skały lite nieszczelinowate;
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
(żwiry, piaski grubo- i różnoziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(żwiry, piaski grubo- i różnoziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(żwiry, piaski grubo- i różnoziarniste, skały masywne z bardzo gęstą >10-3
(żwiry, piaski grubo- i różnoziarniste, 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 różnoziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i różnoziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i różnoziarniste,
(piaski gruboziarniste lekko ilaste, piaski średnio- i różnoziarniste,
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)
3
Podział skał według własności filtracyjnych
Podział skał według własności filtracyjnych
W zależności od rodzaju pustek skalnych wyróżnia 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
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, 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.
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)
Wody podziemne pod ciśnieniem (naporowe) mogą charakteryzować się zwierciadłem
stabilizujacym się ponad powierzchnią terenu. Mówimy wtedy o ciśnieniu artezyjskim
4
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, nie przenoszą ciśnień hydrostatycznych,
utrzymywane w środowisku skalnym siłami molekularnymi
większymi od siły ciężkości (woda higroskopijna, błonkowata,
kapilarna)
Wody higroskopijne  wody związane powstające na skutek
adsorbowania przez ziarna drobin pary wodnej z powietrza w
strefie aeracji. Charakteryzują się duża 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. Zależy 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. że w bardzo wąskich rurkach
zanurzonych w cieczy poziom wody podnosi się do pewnej
wysokości lub opada na skutek działania sił molekularnych
działających na granicy ciała stałego i cieczy (siły spójności i
przylegania). Podlega sile ciężkości i przenosi ciśnienie
hydrostatyczne
Wielkość wzniosu kapilarnego zależy od wielkości ziaren i
wynosi dla żwiru 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
5
W zależności od głębokości występowania wód podziemnych oraz warunków geologicznych
wyróżniamy następujące typy wód w strefie saturacji:
wody gruntowe  oddzielone od powierzchni ziemi mniej lub bardziej miąższą 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 użytkowe, są uciążliwe w budownictwie.
wody przypowierzchniowe (zaskórne)  występują bardzo płytko pod powierzchnią ziemi i
praktycznie pozbawione są strefy aeracji, zasilanie przez wody opadowe i gruntowe, są
uciążliwe w budownictwie.
Zwierciadło wody
gruntowej
Obszar wody
przypowierzchniowej
wody wgłębne  również 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 dużym
ciśnieniem, które jednak przy ich eksploatacji ulega
obniżeniu 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
6
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
wyżej, niż poziom wody w rzece.
Rzeka infiltrująca - rzeka zasilająca wody podziemne. Ma to
miejsce wtedy, gdy zwierciadło wód podziemnych znajduje się
niżej, niż 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.
Pl4
Pl4
Pl3
Pl3
W regionie gdańskim występują trzy
Pl3
główne piętra wodonośne o
Pl2
znaczeniu użytkowym:
1. czwartorzędowe -
plejsctoceńskie
2. trzeciorzędowe  miocen i
oligocen
3. kredowe na głębokości od
około 120 m ppm
Groundwater table
Silt
Sand and gravel
Till
Stratigraphic boundary
Marles and limestones
7
Pl - Pleistocene - Miocene - Oligocene - Eocene
Vistulian Glaciation Odranian Glaciation Sanian Glaciation
Pl4 Pl3 Pl2