Hydrogeochemia wykład 1:

Wymiana wód następuje powyżej pierwszej warstwy nieprzepuszczalnej.

Mineralizacja wód - zasobność w składniki pokarmowe (inaczej sucha pozostałość)

Czy wody słodkie czy mineralne, wiek wód, pochodzenie, geneza.

Ośrodek Warszawski i Krakowski

Hydrogeologia regionalna Polski - Paczyński i Sadurski, 2007.

Wody podziemne słodkie

Zanieczyszczenia, leje depresyjne, zmiany w ekosystemach powierzchniowych przy eksploatacji wód podziemnych

Zbiorniki wód podziemnych muszą spełniać określone warunki - eksploatacja nie może naruszać zasobów

Lublin, Chełm, Zamość - niecki kredowe, bardzo zasobne, bardzo dobra jakość, wokół miast leje depresyjne

Geneza wód podziemnych:

Globalne zasoby wód - woda słona 97%

słodka 3%: 31,4 to wody podziemne, 68,3 pokrywa lodowa i lodowce; pozostałe 0,3% to woda powierzchniowa słodka ciecze, w tym: rzeki to 2%, bagna 11%, jeziora 87%.

Globalny obieg wody:

- obieg atmosferyczny (parowanie wód z powierzchni oceanów i lądów, opady)

- obieg geologiczny (wolniejszy) - przesiąkanie wód przez skały, jest trudniejsze, przez skały przechodzą różne substancje (silniej zmineralizowana)

Pochodzenie wód związanych z litosferą:

- infiltracyjne

- kondensacyjne

- juwenilne

- reliktowe

- metamorficzne

Strefy wód (od góry):

- strumień

- strefa nienasycona

- poziom wodonośny o zwierciadle swobodnym (lata, dni)

- warstwa nieprzepuszczalna

- poziom wodonośny o zwierciadle napiętym (stulecia)

- warstwa nieprzepuszczalna

- poziom wodonośny o zwierciadle napiętym (tysiąclecia)

Wody infiltracyjne - opadowe, przesiąkające z powierzchni do pierwszego poziomu. 2 typy - opadowe i wody z infiltracji wód morskich, rzecznych, jeziornych.

Kondensacyjne - skraplające się w strefie nienasyconej

Wody juwenilne - wody najmłodsze, powstałe w procesach magmowych (lawa plus substancje lotne)

Wody reliktowe - wody najstarsze, odizolowane od obiegu hydrologicznego i bardzo głęboko zalegające o specyficznym składzie chemicznym (nie ma wymiany).

Metamorficzne - zasilają wody podziemne, na głębokości powyżej 6 km; duże ciśnienie i wysoka temperatura; przemiany mineralogiczne - odwodnienie minerałów, np. ilastych (w procesie diagenezy - płycej), gipsy (siarczan wapnia dwuwodny) w anhydryty (siarczan wapnia bezwodny).

Wody infiltracyjne (wsiąkowe):

- wody z opadu atmosferycznego, przesiąkające przez gleby i skały. Ich ilość zależy od ilości opadów, rzeźby terenu, zdolności skał do przewodzenia, zatrzymywania wody, położenia geograficznego itp.

Wody kondensacyjne:

- w wyniku skraplania pary wodnej na powierzchni Ziemi i bezpośrednio pod powierzchnią; ilość niewielka, znaczna ich część odparowuje przy wzroście temperatury powietrza; duże znaczenie w obszarach o znacznych wahaniach dobowych temperatur (stepy, pustynie), tworzą nawet 50 % wód podziemnych.

Wody juwenilne:

- w ostatnim etapie krzepnięcia magmy, w obszarach czynnego wulkanizmu (gejzery, gorące źródła), wyspy Kurylskie, Kamczatka, Islandia.

Wody reliktowe:

- szczątkowe, na znacznych głębokościach, poza strefą aktywnej wymiany; nieodnawialne, nie biorą udziału w obiegu.

Wody metamorficzne:

- w procesie metamorficznym uwodnionych minerałów, głównie krzemianów z grupy minerałów ilastych (dehydroksylacja).

Podział ze względu na rodzaj próżni skalnych, wędrówki:

- wody szczelinowe - w szczelinach (spękaniach) skał o teksturze zbitej, masywnej: granity, gnejsy, bazalty; szczeliny powstają w wyniku krzepnięcia magmy, ruchów skorupy ziemskiej, procesów wietrzenia fizycznego (głównie procesów termicznych)

- wody krasowe - wypełniają próżnie skał podatnych na rozpuszczanie: sól kamienna, gips, anhydryty, wapienie, dolomity

- wody warstwowe (porowe) - wypełniają przestrzenie w skałach osadowych okruchowych i piroklastycznych, o strukturze ziarnistej, tworząc warstwę wodonośną, mają kluczowe znaczenie w hydrologii

Na zasobność wpływają:

- jednorodność ziaren

- kształt ziaren

- sposób ułożenia ziaren

- stopień scementowania ziaren

Wykład 2 Geneza wód podziemnych cd.

Podział wód ze względu na temperaturę:

- wody chłodne <20°C

- wody termalne:

* hipotermalne 20-35°C

* homeotermalne 35-40°C

* hipertermalne >40°C

Warunki kształtowanie się właściwości wód podziemnych:

- zapełniają wolne przestrzenie pomiędzy cząsteczkami gleb i skał

- kontakt wód podziemnych z ośrodkiem skalnym jest bardzo długi

- poszczególne poziomy wodonośne są rozdzielone warstwami nieprzepuszczalnymi

- kontakt wód podziemnych z wodami powierzchniowymi i atmosferą jest silnie ograniczony

- wraz z głębokością zmieniają się warunki temperatury i ciśnienia

- procesy biologiczne mają marginalne znaczenie (brak światła i tlenu); znacznie większe znaczenie mają procesy mikrobiologiczne

Klasyfikacja stosowana w Polsce:

- uwzględnia charakterystyki:

* głębokość występowania wód

* układ warstw wodonośnych i nieprzepuszczalnych

* stosunek d powierzchni Ziemi

* charakter próżni zajmowanej przez wodę

* genezę wód

Podstawa podziału - zwierciadło wód podziemnych

- strefa aeracji - od powierzchni terenu do głębokości, w której występuje tylko skała i wolna woda (do zwierciadła wód podziemnych)

- strefa saturacji (nasycenia) - wszystkie przestrzenie pomiędzy ziarnami skał wypełnia woda. Górną granicą jest zwierciadło wód podziemnych

Mamy utwory wodonośne oraz poziomy wodonośne

Systematyka wód podziemnych (Pazdro):

Strefy wód:	Typy wody:	Stan fizyczny	Rodzaje (próżnia skalna)
				Strefa aeracji	Wody higroskopijne	Wody związane
					Wody błonkowate
					Wody kapilarne
					Wody wsiąkowe	Wody wolne
					Wody zawieszone
				Strefa saturacji	Wody przypowierzchniowe		Wody porowe Wody szczelinowe Wody szczelinowo-krasowe Wody krasowe
					Wody gruntowe
					Wody wgłębne
					Wody głębinowe

Współczynnik filtracji dla różnych utworów:

Utwory: mm/min

Żwiry 60-500

Piaski 1,5-12,0

Lessy 1,8-4,8

Pyły 0,03-0,18

Gliny 0,000006-0,06

iły <0,000006

Wody artezyjskie (obrazek Jan Fijałkowski):

1. warstwa wodonośna

2. warstwa nieprzepuszczalna

3. obszar zasilania

4. studnia artezyjska

5. poziom równowagi hydrostatycznej (linie ciśnień piezometrycznych)

6. studnia subartezyjska

7. studnia artezyjska

Ćwiczenia:

Kationy: HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-

Kationy: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺

Jak powyżej 20% jonów w ogólnej sumie kationów i anionów - tworzy się nazwę.

Nazwa wody od dominujących - najpierw aniony

Wody: dwujonowe, trzyjonowe

Wzór Kurłowa:

A₁…..A_n% Sp - składnik specyficzny, G - gazy (g/l), M - mineralizacja (g/l),

SpGM -------------- TQ A, K- udział poszczególnych jonów w ogólnej sumie (%), T - temperatura,

K₁…..K_n% Q - wydajność źródła

Wykład 3 Skład chemiczny wód podziemnych:

Wody powierzchniowe zależą od podziemnych.

Rozpuszczanie substancji w wodach podziemnych:

W składzie chemicznym wód można wyróżnić:

1. Substancje nieorganiczne (mineralne)

2. Substancje organiczne

3. Gazy (CO₂, N₂, O₂, CH₄, H₂S)

4. Mikroorganizmy (bakterie)

Roztwory:

- roztwory rzeczywiste (wielkość cząstek i jonów <10^-3µm)

- roztwory koloidalne (10^-3 - 10^-1)

- cząstki większe niż 10^-1 utrzymują się w wodzie jako zawiesiny

Jeżeli energia oddziaływania wody na minerał jest większa od energii sieci krystalicznej minerału, to następuje oderwanie jonu z sieci krystalicznej, jego przejście do roztworu; wzrost temperatury wpływa na ruchy termiczne cząstek w sieci krystalicznej i cząsteczek wody, wzrasta rozpuszczalność ciał stałych.

Uwolniony z sieci krystalicznej jon jest otaczany przez dipole wody tworzące otoczkę hydratacyjną.

Rozpuszczone substancje mogą występować w postaci jonów prostych (Na⁺, Cl^-), jonów złożonych ( [Me(H₂O)m]⁺²), lub jonów kompleksowych ({Me^+x[B]^-2(H₂O)q}^+x-2)?.

Anion kompleksujące - ligand

Np. 1-wartościowe OH^-, Cl^-, HCO₃^-, albo 2-wartościowe np. SO₄^-2

Substancje nieorganiczne (mineralne):

- w typowych wodach naturalnych stanowi podstawową masę substancji rozpuszczonych. Ich suma obliczona na podstawie bilansu jonowego nazywana jest mineralizacją wody [M]

- zakres wartości M jest bardzo szeroki, od kilkudziesięciu mg/dm³ do 640 000 mg/dm³

- formy występowania zależą od warunków red-ox, pH i obecności innych substancji

Strefy hydrogeochemiczne:

- skład chemiczny wód podziemnych zmienia się w sposób prawidłowy wraz z głębokością - wzrasta mineralizacja ogólna M

- tempo wzrostu nie jest jednakowe - zależy od składu mineralnego skał wodonośnych, ich temperatury, przepuszczalności hydraulicznej, historii geologicznej obszaru itp.

- tło geochemiczne - to określona zawartość składnika lub zespołu składników charakterystyczna dla danej jednostki hydrogeologicznej jednolitej pod względem hydrogeochemicznym

Substancje w wodach podziemnych dzielimy na:

- składniki główne (makroskładniki, jony główne)

- składniki podrzędne (drugorzędne)

- mikroelementy (mikroskładniki)

Główne składniki wód podziemnych:

- aniony: wodorowęglanowy HCO₃^-, węglanowy CO₃^-2

chlorki Cl^-

siarczany SO₄^-2

- kationy: wapń Ca⁺²

magnez Mg⁺²

sód Na⁺²

Stanowią one ponad 90%, czasem nawet 99%.

Skład wód podziemnych:

- aniony: azotany (NO₃^-), azotyny (NO₂^-), krzemiany HSiO₃^-

- kationy: jon amonowy NH₄⁺, potas K⁺, żelazo Fe²⁺, Fe³⁺

Mikroskładniki: aniony siarczkowe, kationy cynku

Podział wód podziemnych wg mineralizacji M (Brodski 53') uwzględnia zmiany stanu jonowego:

M (g/dm^3)	Rodzaj wody	Dominujący anion
			0-1	Słodkie	HCO3^-
			1-5	Słonawe	SO4^-2
			5-35	Słone	Cl^-
			>35	solanki	Cl^-

Charakterystyka głównych anionów:

1. anion wodorowęglanowy HCO₃^-

- dominuje w płytkich wodach podziemnych i powierzchniowych klimatu umiarkowanego

- w klimacie gorącym i wilgotnym oraz w chłodnym mają duży udział, ale nie dominują

- w miarę wzrostu głębokości ich udział maleje na korzyść SO₄^-2 i głębiej Cl^-

- towarzyszą zwykle kationom Ca⁺², wzrost mineralizacji powoduje wytrącenie CaCO₃

- podstawowe źródło - ługowanie skał węglanowych pod wpływem wody z rozpuszczeniem CO₂

- źródła o mniejszym znaczeniu: wietrzenie pierwiastków krzemianów i glinokrzemianów, redukcja siarczanów przy udziale materii organicznej: SO₄^-2+2Corg.+2H2O2HCO₃^-+2H₂S

Zawartość: najczęściej są spotykane w wodach użytkowych (w Polsce - 10-300 mg/l)

- ? 109mg/l, wieczna zmarzłoć 82,2mg/l, klimat umiarkowany 222mg/l, górskie 169 mg/l, w strefie lądowego zasolenia 349 mg/l

2. anion siarczanowy SO₄^-2

- forma występowania w wodzie: SO₄^-2, CaSO₄⁰, MgSO₄⁰, NaSO₄^-

- tło geochemiczne - 5-60 mg/dm³, anomalie 100-8000

- przyrodniczy obieg siarki, obejmujący świat organiczny, atmosferę, hydrosferę i litosferę związany z obiegiem wód, przebiega głównie pod działaniem mikroorganizmów (procesy biochemiczne)

- w obiegu tym siarka przechodzi od form zredukowanych S^-2w H₂S do utlenionych [S⁺⁶O₄]^-2 (najczęściej) i odwrotnie

Głównym źródłem siarki w wodach podziemnych są minerały zawierające siarkę: gips (CaSO₄ 2H₂O), anhydryt (CaSO₄), siarczany magnezowo-potasowe (polihalit, kainit i inne - są lepiej rozpuszczalne niż siarczany wapnia), siarczki (np. galena, piryt), siarka rodzima

Stężenie siarki w wodach podziemnych:

- w klimatach umiarkowanym i wilgotnym płytko występujące wody podziemne zawierające niewielkie ilości siarczanów, od kilku do kilkunastu mg/dm³

- mogą osiągać wartości do 2000 mg/dm³ w obszarach występowania gipsów, a jeszcze wyższe w wodach nie zawierających wapnia, w których siarka pochodzi z utleniania siarczków (2000-3000 mg/dm³)

- w klimacie suchym, na obszarach stepowych i pustynnych następuje wyraźne wzbogacenie wód gruntowych w siarczany powodowane intensywnym parowaniem wody i wynoszeniem rozpuszczalnych soli z głębszych warstw litosfery

3. anion chlorkowy Cl^-

- formy występowania w wodzie - Cl^-

- tło geochemiczne 2-60 mg/dm³

- anomalie 100-X00 000mg/dm³ (X=1./.9)

- minerały - halit

- należą do składników głównych większości wód naturalnych, ich udział (%) w wodach słodkich jest niewielki, lecz rośnie wraz ze wzrostem mineralizacji wód. Dominują zazwyczaj w wodach o mineralizacji powyżej 5g/dm³

- łatwo migrują w wodach podziemnych, gdyż są na ogół łatwo rozpuszczalne. Przyjmuje się, że ¾ chlorków skorupy ziemskiej występuje w roztworach (oceany, głębokie wody podziemne)

- obieg chlorków w przyrodzie odbywa się wraz z wodą wskutek przemian fizycznych oraz biologicznych. Nie biorą udziały w reakcjach red-ox

Zakłócenie naturalnego cyklu krążenia ma wyłącznie przyczyny antropogeniczne, np.: wykorzystanie chloru w przemyśle; powstawanie zasolonych ścieków; eksploatacja złóż soli, solanek; wydobycie innych kopalin, którym towarzyszą wody zasolone; posypywanie dróg solą

- w wodach gruntowych słodkich klimatu umiarkowanego stężenia są niskie, w granicach 5-60 mg

- w klimacie gorącym i suchym stężenie znacznie wzrasta na skutek parowania

- klimatyczne zasolenie wód można obserwować obecnie jak i w wodach reliktowych

- wysokie stężenie w wodach kopalń Górnego Śląska (kilkadziesiąt aż do 250 g/dm³), mają taką genezę

Charakterystyka głównych kationów:

1. kation wapniowy Ca²⁺

- występuje we wszystkich wodach naturalnych, w wodzie podziemnej jest często kationem dominującym

- główne źródła - w wodach są minerały skał osadowych: kalcyt, aragonit, dolomity, gips, anhydryt

- w mniejszym stopniu są minerały skał magmowych: plagioklazy, pirokseny, amfibole

Formy występowania:

- Ca²⁺, CaSO₄⁰, CaHCO₃⁺

- stężenie wapnia zależy od zawartości CO₂ i pH wody

- wapń aktywnie uczestniczy w procesach sorpcji/desorpcji i wymiany jonowej z substancją ilastą

Stężenie Ca²⁺ w wodach podziemnych:

- tło 2-200 mg/dm³

- wody GZWP Polski - 2-250 mg/dm³, średnio 80, anomalie 20-X000 mg/dm³

Przyczyny anomalii:

1. Naturalne (neogeniczne) - występowanie gipsów

2. Antropogeniczne: składowiska odpadów komunalnych (w odciekach do 7000 mg/dm³) i przemysłowych np. elektrociepłownie i górnictwo

2. Magnez Mg⁺²

- głównym źródłem są minerały skał osadowych: dolomit i magnezyt, w mniejszym stopniu glinokrzemiany

- w wodach występuje wielokrotnie mniej magnezu niż wapnia (3-4 razy mniej). Jedynie w wodach krążących w skałach dolomitowych oba kationy przyjmują równoważne stężenia

Stężenia:

- zależą od zawartości CO² i pH

- tło 0,5-50 mg/dm³

- wody Głównych Zbiorników Wód Podziemnych - kilka do kilkudziesięciu mg/dm³, średnio 10, anomalie 100-X000 mg/dm³

Przyczyny anomalii:

Antropogeniczne: w pobliżu składowisk odpadów komunalnych (w odciekach do 1500 mg/dm³), przemysłowe - elektrociepłownie, górnictwo węglowe

3. Sód Na⁺

- występują w postaci jonów Na⁺

- zwykle stężenie jest niższe niż wapnia, czasem także niż magnezu

- źródłem sodu jest ługowanie kationu sodu ze skał podczas wietrzenia

- tło geochemiczne 1-60 mg/dm³

- anomalie 100-150000 mg/dm³, maksymalnie w Polsce 150 g/dm³ w silnie zasobnych wodach głębinowych towarzyszących złożom soli kamiennej

- w wodach słodkich zawartość sodu jest równoważnikowo wyższa niż chlorków

Przyczyny anomalii wysokich:

- naturalne (neogeniczne): występowanie wód słonych w pasie nadmorskim lub słonych głębinowych. W Polsce takie wody towarzyszą złożom węgla, miedzi, siarki, ropy, gazu. Wysokie zasolenie wykazują wody ługujące złoża soli kamiennej

Antropogeniczne:

- eksploatacja złóż soli i innych kopalin wymienionych wyżej, odcieki ze składowisk odpadów komunalnych i przemysłowych

Wykład 4 Podział zwykłych wód podziemnych

Podział wód podziemnych (JCWPd - Jednolita Część Wód Podziemnych - wg Prawa Wodnego).

Według Ramowej Dyrektywy Wodnej wprowadza się jednostkę GWB (Ground water body).

W pracach geologicznych jako hydrogeosom.

Podział ten częściowo zbieżny z podziałem w Atlasie Hydrogeologicznym Polski na regiony hydrogeologiczne.

JCWPd obejmuje określoną objętość wody, występującą w obrębie warstwy wodonośnej lub zespołu warstw wodonośnych (Prawo wodne).

Podział wg Paczyńskiego i Sadurskiego:

3 prowincje: 1. Prowincja Wisły, 2. Prowincja Odry, 3. Prowincja wybrzeża i pobrzeża Bałtyku.

Dopisać - nie notowałam gUpia ;]

Jednostki hydrogeologiczne wg Atlasu Hydrogeologicznego Polski:

15 regionów zgrupowanych w 3 prowincjach:

1. Niżowej - 6 regionów: I - warszawski, II - mazowiecko-mazursko-podlaski, III - pomorski, IV - wielkopolski, V - dolnośląski, VI - przedgórski

2. Wyżynnej - 7 regionów: VII - lubelsko-radomski, VIII - świętokrzyski, IX - kutnowski, X - mogileńsko-łódzko-nidziański, XI - jury krakowsko-częstochowskiej, XII - triasu śląskiego, XIII - GZW (Górnicze Zagłębie Węglowe)

3. Górskiej - 2 regiony: XIV - sudecki, XV - karpacki

Jednostki niższej rangi: subregiony i rejony.

JCWPd jako jednostkowe obszary gospodarowania wód:

- wg Ramowej Dyrektywy Wodnej JCWPd obejmują wody podziemne występujące w obszarach wodonośnych o porowatości i przepuszczalności umożliwiających pobór znaczący* lub przepływ o natężeniu znaczącym**

* pobór >10 m³/dobę lub zaopatrujący minimum 50 osób/dobę

** w kontakcie z wodami powierzchniowymi przepływ nie powoduje pogorszenia ich stanu ekologicznego lub chemicznego

Aktualnie - podział na 161 części obowiązuje do końca 2014 roku. Nowa wersja podziału na 172 części oraz subczęści, będzie obowiązywała od 2015 roku.

Przykładowe części:

JCWPd: 75 region: środkowa Wisła

- powierzchnia: 4251,4 km²

- powiaty: radzyński, bialski, rycki, puławski, lubartowski, lubelski, Łęczyński, włodawski

- arkusze: nr i skale

- region hydrogeologiczny AHP

- głębokość występowania wód słodkich: Strefa aktywnej wymiany wód w obrębie kredy górnej sięga 100-150 m p.p.t. Użytkowane poziomy wodonośne związane są z tą strefą. Wody o mineralizacji >1 g/dm³ występują w utworach kredy dolnej, jury oraz niektórych ogniw paleozoiku. Strop kredy dolnej występuje głębokości 430-850 m.

- schemat przepływu wód podziemnych w 75 JCWPd

Podział skał wg właściwości filtracyjnych:

Charakter przepuszczalności	Współczynnik filtracji m/s	Ośrodki skalne
			Bardzo dobra	>10^-4	rumosze, żwiry, żwiry piaszczyste, skały masywne z bardzo gęstą siecią spękań
			Dobra	10^-3 - 10^-4	piaski gruboziarniste nieco ilaste, piaski różnoziarniste, średnioziarniste, skały masywne z gęstą siecią spękań
			Średnia	10^-4 - 10^-5	piaski drobnoziarniste, less
			Słaba	10^-5 - 10^-6	piaski pylaste, gliniaste, mułki, piaskowce, skały masywne z rzadką siecią drobnych spękań
			Skały półprzepuszczalne	10^-6 - 10^-8	gliny, namuły, mułowce, iły piaszczyste
			Skały nieprzepuszczalne	<10^-8	Iły, iłołupki, gliny ilaste, margle ilaste, skały masywne niespękane

Symbol całej JCWPd uwzględniający wszystkie profile: (Q-Tr), (Q_(1-2)-Cr), (Cr)

(Q-Tr) - woda porowa w utworach piaszczystych czwartorzędu i trzeciorzędu, będąca w łączności hydraulicznej, lokalnie izolowana

(Q_(1-2)-Cr) - woda porowo-szczelinowa w utworach piaszczystych czwartorzędu i utworach węglanowych kredy górnej

c.d. Charakterystyka 75:

- obszar leży częściowo w obrębie górno kredowego zbiornika Niecka Lubelska, w GZWP 400 i 407 (zbiornika Lublin i zbiornik Chełm-Zamość) oraz w obrębie zbiornika trzeciorzędowego GZWP 215 - Subniecka Warszawska

- JCWPd 75 charakteryzuje się znaczną nadwyżką zasobów wód podziemnych w odniesieniu do wielkości poboru wynoszącej mniej niż 6% wielkości zasobów

- na obszarze JCWPd nie występuje zanieczyszczenie wód podziemnych

- wody dobrej jakości, wymagają na ogół prostego uzdatniania

Obszar 89: region środkowej Wisły

- powierzchnia 1319,9 km²

- powiaty: lubelski, łęczyński, świdnicki, kraśnicki, janowski

- arkusze

- region hydrogeologiczny - IX - lubelsko-podlaski

- głębokość występowania wód słodkich: strefa aktywnej wymiany wód w obrębie kredy górnej sięga 100-150 m p.p.t.

(Q-Cr) - IV rzędowo kredowy

Cr - kredowy - wody szczelinowe w utworach węglanowych kredy górnej

Obszar ten charakteryzuje się nadwyżką zasobów wód podziemnych w odniesieniu do wielkości poboru, wynoszącego około 50% wielkości zasobów; pobór skoncentrowany głównie w obrębie Lublina, gdzie jego wielkość ponad dwukrotnie przewyższa wartość modułu zasobów dyspozycyjnych.

Wykład 5 Główne zbiorniki wód podziemnych - GZWP.

Zasoby wód podziemnych są nierównomiernie rozmieszczone na terenie Polski.

Zasoby eksploatacyjne wód polski są szacowane na ok. 37713tys.m³/d (13,6km³ rocznie).

Ich miara są jednostkowe zasoby eksploatacyjne (M.eks.) wyrażone w m³/d*km²:

- tereny zasobne 150< M.eks> 408 m³/d*km²

- tereny umiarkowanie zasobne 70<M.eks> 150 m³/d*km²

- tereny slabo zasobne 20 <M.eks> 70 m³/d*km²

- tereny bezwodne M.eks 20 m³/d*km²

Woda nie jest produktem handlowym takim jak każdy inny, ale raczej dziedziczonym dobrem które musi być chronione i bronione oraz traktowany jako taki.

Zarządzanie zasobami wodnymi służy zaspokajaniu potrzeb ludności, gospodarki, ochronie wód i środowisk związanych z tymi zasobami.

Wyznaczanie GZWP miało ograniczyć postępującą degradacje wód w sensie ilościowym i jakościowym.

Kryteria jakie musi spełniać GZWP:

- wydajność studni > 70m3/h

- wydajność ujęcia > 10000m3/d

- przewodność hydrauliczna warstw wodonośnych > 10m3/h

- czystość wody nie wymagająca uzdatnienia lub uzdatnianie w prosty sposób, aby była zdatna do picia

- liczba mieszkańców która może zaopatrzyć > 66000.

W obszarach deficytu wód zastosowano kryteria indywidualne.

W Polsce wydzielono 180 GZWP (40 wg. indywidualnych kryteriów ) o łącznej powierzchni 163441km2 i szacunkowych zasobów dyspozycyjnych 7.35km3

Dla każdego zbiornika prowadzono dokumentacje hydrogeologiczna obejmującą dane :

- granice zbiornika oraz granice obszaru chronionego

- ocenie parametrów hydrogeologicznych utworów wodonośnych oraz rozpoznanie stref zasilania, kierunków i prędkości przepływu wód podziemnych

- oszacowanie zasobów wód i ocenę ich jakości

- określeni potencjalnego zagrożenia ( litologia, miąższość, utworów pokrywających zbiornik i strefy zasilania, prędkość migracji zanieczyszczeń).

- charakterystyka przestrzennego zagrożenia wydzielonej strefy ochronnej - wykres ognisk zanieczyszczeń i ich oddziaływanie na wodę

- projekt monitoringu wód podziemnych i innych elementów środowiska

- koncepcja ochrony zbiornika ( wykaz dotyczący ograniczenia w użytkowaniu terenu - zakazy i nakazy )

- ocena skutków prowadzonej ochrony.

Ochrona GZWP

- zasięg obszarów chronionych zależy od okresu migracji potencjalnych zanieczyszczeń do granic zbiornika - 100lat

- GZWP zalęgających na głębokości lub izolowane otworami słabo przepuszczalnymi maja obszary znacznie zredukowane.

Źródła zanieczyszczeń

- składowiska odpadów komunalnych, przemysłowych dzikie wysypiska

- oczyszczalnie ścieków komunalnych, przemysłowych, system burzowy

- duże fermy hodowlane

- zbiorniki paliw, rurociągi i urządzenia do dystrybucji paliw

- szamba nieskanalizowane dzielnice miast, brak kanalizacji na obszarach wiejskich.

Kredowe pietra wodonośnie

- wody pietra kredowego w strefie aktywnej wymiany wód są dobrej jakości i nie wymagają uzdatniania

- utworami wodonośnymi są spękane margle, opoki i kreda pisząca. Wraz z głębokością zmniejsza się szczelinowatość, co powoduje obniżenie przydatności parametrów hydrogeologicznych do zbiorników wód podziemnych.

Ocena jakości wód podziemnych:

* klasa I - wody o bardzo dobrej jakości:

a) wartości wskaźników jakości wody są kształtowane jedynie w efekcie naturalnych procesów zachodzących w warstwie wodonośnej,

b) żaden ze wskaźników jakości wody nie przekracza wartości dopuszczalnych jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi;

* klasa II - wody dobrej jakości:

a) wartości wskaźników jakości wody nie wskazują na oddziaływania antropogeniczne,

b) wskaźniki jakości wody, z wyjątkiem żelaza i manganu, nie przekraczają wartości dopuszczalnych jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi;

* klasa III - wody zadowalającej jakości:

a) wartości wskaźników jakości wody są podwyższone w wyniku naturalnych procesów lub słabego oddziaływania antropogenicznego,

b) mniejsza część wskaźników jakości wody przekracza wartości dopuszczalne jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi;

* klasa IV - wody niezadowalającej jakości:

a) wartości wskaźników jakości wody są podwyższone w wyniku naturalnych procesów oraz słabego oddziaływania antropogenicznego,

b) większość wskaźników jakości wody przekracza wartości dopuszczalne jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi;

* klasa V - wody złej jakości:

a) wartości wskaźników jakości wody potwierdzają oddziaływania antropogeniczne,

b) woda nie spełnia wymagań określonych dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

Wykład 6 Wody mineralne i lecznicze

Geneza wód mineralnych i leczniczych:

- wody infiltracyjne różnych okresów

- wody reliktowe (rzadziej)

Cztery prowincje: (z mapki)

A - prekambr (od 4 600 mln lat), podłoże krystaliczne na głębokości 200-3500 m

B - paleozoik (od 590 mln lat) - ruchy górotwórcze kaledońskie i hercyńskie, wypiętrzenie Sudetów

C - mezozoik (od 250 mln), klimat gorący, suchy

D - kenozoik (od 65 mln), wypiętrzenie Karpat

Historia i teraźniejszość wód mineralnych i leczniczych w Europie:

- o użytku wód mineralnych decydował smak, właściwości lecznicze i orzeźwiające

- w średniowiecznej Europie wody ze zdrojów francuskich i włoskich wykorzystywano do konsumpcji w Polsce, Niemczech i Czechach - głównie do kąpieli

- wiek XVII - picie wód mineralnych dość powszechne, np. miasto Cheb (Czechy), przedstawicielstwo w Pradze, Wiedniu, Dreźnie i Norymberdze

- w 1784 roku woda z Selters (Niemcy), rozprowadzana w ilości 1 miliona dzbanków

W dawnej Polsce:

- Lądek-Zdrój: najstarsze w Polsce uzdrowisko, znane już w XIII wieku

- Krynica - pierwszy zdrój w Polsce (1806), po jednym roku działalności sprzedał 14 000 flasz kamionkowych

Najstarsze uzdrowiska w Polsce:

- do Krynicy dołączyły Iwonicz, Szczawnica, Muszyna

- około 100 lat później: Ciechocinek i Polanica

Porządkowanie rynku wód mineralnych:

Balneologia - dziedzina wiedzy medycznej wykorzystująca do leczenia, profilaktyki i rehabilitacji naturalne surowce lecznicze, tj. wody mineralne, gazy lecznicze i walory klimatyczne

Międzynarodowy Kongres Balneologiczny w Bad Nauheim (Niemcy) w 1911 roku:

1. wody zwykłe: mineralizacja M <500 mg/l

2. wody o podwyższonej mineralizacji - akratopegi, M - 500-1000 mg/l

3. wody mineralne M >1000 mg/l

Podział przyjęty w Polsce przez hydrogeologów, hydrochemików i balneologów

Kryteria wód leczniczych według Zarządzenia prezesa Centralnego Urzędu Geologii z 5 maja 1963 roku:

- zawierają w 1 litrze co najmniej 1000 mg składników stałych oraz wykazują cech fizycznych i składu chemicznego

- wykazują radoczynność ≥2nCi/l lub mają temperaturę ≥20°C na wypływie samoistnym lub z odwiertu

- zawierają w 1 litrze jeden ze składników swoistych:

Pierwiastek: minimum: rodzaj wody:
	Fe^+^2 10 mg/l żelazista
	As^+3 0,1 mg/l arsenowa
	Mn^+2 1 mg/l manganowa
	F^- 1 mg/l fluorkowa
	Br^- 5 mg/l bromkowa
	I^- 1 mg/l jodkowa
	S^-2 1 mg/l siarczkowa
	HBO2 5 mg/l borowa
	Rn lub Ra 2nCi/l radoczynna
	CO2 wolny 250-999 kwasowęglowa
	CO2 wolny >1000 szczawa

Wody „mineralne”:

- do 90' norma branżowa, według której mineralne wody stołowe były produkowane z wód o mineralizacji od 1000 do 4000 mg/l

- w 1990 roku obniżenie dolnej granicy do 200 mg/l (woda ultrasłodka) i likwidacja Branżowego Ośrodka Normalizacji przy Instytucie Medycyny Uzdrowiskowej (zlikwidowany w 1992 roku)

- dobra woda mineralna powinna zawierać takie stężenia składników, aby pokrywać 15 % dziennego zapotrzebowania

Granice zawartości składników o działaniu fizjologiczno-odżywczym:

Kationy:	Minimum (mg/l)	Maksimum (mg/l)
			Na	200	1000
			Ca	150	600
			Mg	50	300
			Fe	5	10
			Aniony:
			F	1,5	5
			Cl	250	1500
			I	0,5	1
			SO4	250	600
			HCO3	600	2000
			CO2	2000	4000

- Mg - zapotrzebowanie 300 mg, stężenie w wodzie >50 mg/l

- Ca - zapotrzebowanie 800-1200 mg, w wodzie >150 mg/l

- Na i Cl - duże zapotrzebowanie organizmów na te składniki, w wodach naturalnych 1500 mg Cl/l przy stężeniu <200 nie mają większego wpływu na organizm konsumenta

- HCO₃ - mają działanie alkalizujące soki żołądkowe przy stężeniu >600 mg/l; ograniczać przy niedokwasocie, przy nadkwasocie można pić wody do 2000 mg

- SO₄ - zwykle w wodach niewielkie stężenie, wpływa korzystnie na pracę wątroby i trzustki przy stężeniach >250 mg

- I - znaczenie fizjologiczne >0,2

- F - zauważalne działanie na organizmy 1 mg/l

- Fe - działanie korzystne >1

- CO₂ - znaczenie smakowe i bakteriostatyczne, należy unikać przy schorzeniach żołądka i strun głosowych

Wody „mineralne” według Rozporządzenia Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z 2003 roku:

- wody wysoko zmineralizowane: od 1500-4000 mg/l

- wody średnio zmineralizowane: od 500 do 1500, zawierają 5-10% dziennego zapotrzebowania na składniki mineralne i nie wypłukują ich z organizmu konsumenta, nie naruszają równowagi elektrolitycznej; można je pić w dowolnej ilości

- wody stołowe - wody źródlane wzbogacone w składniki mineralne

- wody źródlane <500 mg/l, są alternatywą dla niesmacznych wód wodociągowych; picie większych ilości (upały, duży wysiłek fizyczny) może być niekorzystne - wypłukiwanie minerałów z organizmu

Stan prawny (na 01.01.2007):

- wody podziemne (solanki, wody lecznicze i termalne) podlegają Prawu Geologicznemu i Górniczemu

- Rozporządzenie ?(14.02.06):

* wody lecznicze - 70 miejscowości

* solanki - 1 miejscowość (Łapczyca koło Bochni)

* wody termalne - każda woda podziemna o temperaturze na wypływie ≥20°C

Wody lecznicze:

- wody słonawe - o mineralizacji 3-10 g/l

- wody słone - o mineralizacji 10-35 g/l, zwykle wody proste Cl-Na, lub złożone Cl, So₄, HCO₃-Ca, Na

- wody glauberskie - woda siarczanowo-sodowa

- gorzkie - siarczanowo-magnezowe

- chłodne - o temperaturze na wypływie 5-20°C

- ciepłe (termalne)o temperaturze >20°C

- gorące - o temperaturze 37-42°C, bardzo gorące 42-100°C, wody gejzerów - wrzące

- szczawy - wody typu HCO₃-Ca, Mg, nasycone wolnym CO₂

- zubery - wody o wysokiej mineralizacji, zaliczane do szczaw typu HCO₃, Cl-Na lub HCO₃-Na

Ponadto nazwy od pierwiastków.

Wykład 7 Źródła

Krenologia - dział hydrogeologii zajmujący się badaniem źródeł.

Źródło - samoczynny, naturalny i skoncentrowany wypływ wód podziemnych w miejscu wychodni warstwy wodonośnej na powierzchnie lub przecięcia powierzchni ziemi ze statycznym zwierciadłem wód podziemnych.

Grupy źródeł:

- występujące liniowo - linie źródeł

- występujące w pobliżu grupowo - źródlisko

Wypływy nieskoncentrowane:

- młaka - powierzchniowy, rozległy wypływ, zabagniony lub zatorfiony

- wyciek - słaby wypływ, zwykle na stokach i zboczach dolin, często okresowy

- wysięk - słabe, powierzchniowe wysączanie wody, powodujące zawilgocenie terenu, bez widocznego odpływu

- wypływ kroplisty (wykap) - woda przesącza się przez skały i pojawia pojedynczymi kroplami na powierzchni

Sposób zasilania źródeł:

- źródła descensyjne (grawitacyjne) - woda z obszaru zasilania spływa w dół pod działaniem siły ciężkości

- źródła ascensyjne (artezyjskie) - wypływ wody (od dołu ku górze) powodowany jest ciśnieniem hydrostatycznym

Klasyfikacja źródeł (uwzględniająca rodzaj przewodów hydraulicznych wprowadzających wodę):

- źródło warstwowe - najczęściej pojawiają się w spągu warstwy wodonośnej; są na ogół niewielkie i mało wydajne, wydajność zależy od przepuszczalności warstwy wodonośnej, spadku hydraulicznego i stopnia zasilania tych warstw

- źródła szczelinowe - wyprowadzają wodę krążącą w szczelinach; mogą być zasilanie ascensyjnie, descensyjnie, w zależności od morfologii terenu; wykazują duże wahania wydajności, zależy to od opadów atmosferycznych

- źródła krasowe - charakterystyczne dla obszarów krasowych, najbardziej wydajne; duże źródła to wywierzyska

Wywierzysko daje początek strumieniom i rzekom. Największe wywierzyska na świecie są we Francji - maksymalna wydajność to 200 m³/s. W Polsce - w Wancerzowie koło Częstochowy i Zaporzu na Wyżynie Lubelskiej (313 l/s).

Wywierzyska w Tatrach: Lodowe 3500 l/s, Bystre 2800 l/s.

W zależności od położenia wyróżniamy źródła:

- grzbietowe (i podgrzbietowe) położone na grzbietach górskich lub poniżej

- stokowe - na stokach wyniosłych form

- zboczowe (i podzboczowe) na zboczach dolin lub u ich podnóża

- dolinne - na dnie dolin rzecznych

- klifowe, terasowe, osuwiskowe, morenowe

- korytowe, przykorytowe

Źródła o szczególnych cechach:

- źródła gazujące - z dwutlenkiem węgla i metanem

- gejzery - wyrzucające gorącą parę i wodę; w strefie aktywności wulkanicznej (Islandia, Kamczatka, USA-Park Yellowstone)

Lublin - źródło Kszczonów I, Olszanka (źródła liniowe), Wrzelowiec

Roztocze - Husiny, źródła Raty

---