Wyznaczanie parametrów hydrogeologicznych w oparciu o filtrację nieustaloną sobie omówiliśmy. Schemat Theissa. Można z nich wyprowadzić wzory na wodoprzewodność T i współczynnik zasobności sprężystej. Na podstawie wzorów przy dopływie ustalonym wyznaczamy tylko parametry filtracyjne, a na podstawie wzoru Theissa także współczynnik zasoboności sprężystej T. W celu wyznaczenia parametrów T i S i obserwować depresję w jednym albo w kilki otworach obserwacyjnych położonych w strefie działania… Pomiary musza być prowadzone częściej ponieważ musimy wykreślić zależność depresji od czasu. Polega to na tym że wykonuje się w skali logarytmicznej wykres zależności depresji (s) i czasu (t). Przy czym nie rozwiązania analitycznego równania Theissa bo mmay dwie niewiadome. Musimy zastosować przybliżone metody graficzne w celu rozwiązania. Polega to na ty, że porównuje się dwie krzyw _ krzywą Theissa i krzywą uzyskaną z pomiarów. Jeżeli chodzi o krzywą Theissa to ona może być. w formie (ryc. 318) normalnej lub odwróconej. W skali logarytmicznej jeżeli to jest zależnośc zwykła to jest to w skali W/U od U. Jeżeli badamy zależność W/U do 1/U wtedy ta krzywa ma ten przebieg. Teraz na czym polega to rozwiązanie graficzne Rozwiązanie graficzne ryc. 315 polega na tym że nakładamy na sienbe dwie krzywe czyli krzywą wzorcowaW/U od 1/U cyzli odwróconą częściej stosowaną w praktycę i mamy też krzywą doświadczalną w postaci punktów.
Jeżeli mmay dwa otwory obserwacyjne nasonimy to w postaci r…. Następnie szukamy maksymalnej zgodności geometrycznej krzywej wzorcowej z krzywą doświadczalną. To się robi na kalce przeżroczystej. Szukanie zgodności poleg na przesuwaniu krzywej doświadczalnej przy zachowaniu równoległości układu współćzrędnych. Przesuwając ją po iksach i po ygrekach szukamy takiego położenia by uzyskać maksymalną zdolność geometryczną tych dwóch krzywych. Gdy to zrobimy wybieramy punk arbitralny który nie mus być położony na krzywej. Najprościej wybrać go dla określonej wartości jeśli chodzi o skalę logarytmiczną czyli w tym przypadku 10 -3. I odczytujemy współrz1 z krzywej Theissa. Dalej odczytujemy wartość 1/U, a z krzywej doświadczannej s i t/r21. Mając te dwie pary możemy doświadczalnie wyznaczyć parametry i wtedy T = Q/4 pi śr raz W(U)
a S (2)
Jeżeli byśmy mi8eli tylko jeden otwór obserwanycjny n8e mmay t/r2 tylko jeden przez t. Jeżli mamy trzy nakładają się trzy krzywe
W pierwszym okresie obserwacji istnieje rozbieżność między punktami bo schemat Theissa nie spełnia warunków w tym okresie ale po stosunkowo krotkim czasie dostosowuje się.
To jest tak zwane rozwiązanie równanie Theissa za pomocą metody graficznej.
Istnieje jeszcze druga możliwość jego rozwiązania – metoda przybliżenia logarytmicznego. Metoda ta może być zastosowana jeżeli pompowanie trwa dłużej i wtedy jeśli wartość U jest (3). Wtedy sprawa się upraszcza ponieważ możemy wzór Theissa możemy zapisać w postaci (4)
Do tej metody też musimy sporządzić wykres zależności depresji w czasie, przy czym w tym przypadku już na skali logarytmicznej jest cza a depresja jest w skali dziesiętnej. Teraz jak widzimy te pomiary możemy przybliżyć linią prostą i z tej krzywej mając tę prostą możemy ją przedłużyć do miejsca gdzie s=0 i odczytać wartość t0 z osi gdzie jest czas. (ryc. 320).
Jeżeli podstawimy to do wzoru mmay (6)
Z tej prostej wyznaczamy warość delta s w taki spos.ónb żę delta s zmienia się o jeden cykl logarytmu. Następnie możemy wyznaczyć …(7)
Takie sporządzanie wykresu depresji w zależności od logarytmu czasu jest też przydatne do analizy zmieności warunków w samej warstwie wodonośnej. Jeżeli ta warstwa nie jest jednorodna to wtedy mogą z tej krzywej doświadczalnej możemy wyznaczyć kilka tak zwanych prostych odpowiadających . jeżeli warstwa wodonośna jest jednorodna to wtedy ten wykres s depresji od logarytmu czasu (8)
Natomiast jeśli mielibyśmy do czynienia z facjalnymi zmianami współczynnika filtracji w warstwie wodonośnej to wtedy ten wykres może wyglądać tak że mamy tu jedną prostą, a po pewnym czasie ten układ punktów poim arowych zminienia kierunek, następuje załamanie i to obrazuje na m wpływ tej strefy (9).
Czyli te wykresy pozwalają nam również na analizę struktury warstwy wodonośnej.
Oprócz tego klasycznego schematu Theissa mamy do czynienia jeszcze z innymi schematami, np. Hantusha z przesączaniem, z opóżnionym przesączaniem itd.. Na dalszych kursach hydrogeologii to będzie.
Natomiast dodamy tylko jeszcze że ten wzór możemy zapisać w odniesieniu do wydajności … 10
Schemat Theissa dotyczy warstwy o zwierciadle napiętym i tutaj nie dochodzi do ustalenia się leja depresji. On rozwija się w czasie.
Naturalny, samoczynny i skoncentrowany wypływ wód podziemnych na powierzchnię. W rejonie Poznania jest źródło Lisówki. Źródło jest obiektem interesującym dla hydrogeologia, gdyż to jedyna możliwość kontaktu z naturalną wodą podziemną. Wszelkie inne kontakty są już obarczone pewnymi zmianami jakie musimy dokonać, by móc badać wody podziemne. Musimy to już robić porpz pewne wyrobiska otwory i one naruszają naturalność. Źródło jest jak odkrywka dla geologa. Może on poczuć własnymi zmysłami to źródło, może badać swoimi zmysłami smak zapach barwę. Powszechniej bada się zapach niż smak.
Źródła dla hydrogeologa powinny być sygnałem że występują poziomy wodonośne a z drugiej strony, że występuje zmienność warunków hydrogeologicznych. Najczęściej jeśli mamy nawet bardzo korzystne warunki hydrogeologiczne, ale tej zmienności nie ma, to źródła nie będzie. Kiedyś popełniono trochę błędów kierując się występowaniem źródeł. W miejscowości Zagnańsk nad rzeką Bobrzą koło Kielc w pobliżu dębu Bartek kierowano się obecnością źródeł, pojedyncze wiercenia wykazały nawet dobre warunki hydrogeologiczne ale uzyskano jedynie 23 z planowanym 50 tys. m3/d.
Dział hydrogeologii który zajmuje się źródłami nazywa się krenologią od greckiego słowa krene czyli źródło. Oprócz źródeł według podanej wcześniej definicji wyróżniamy również wypływy wód podziemnych, które nie są źródłami według podanej wcześniej definicji. Wyróżniamy następujące rodzaje młaka, wyciek, wysięk, wypływ kroplisty lub wykap.
Młaka to powierzchniowo rozległy wypływ wody podziemnej. Miejsce tego wypływu jest najczęściej zatorfione lub zabagnione. Młaki pojawiają się tam gdzie następuje zatamowanie swobodnego odpływu wód podziemnych na powierzchnię, głównie na terenach płaskich lub słabo nachylonych. Woda która nie może swobodnie odpływać nasyca warstwę powierzchniową lub zwietrzelinę, często jest to zwietrzelina u podnóża zboczy. Są często porośnięte bujną roślinnością, nawet w okresie długotrwałej suszy. Czasami w tymi miejscu nie następuje zamarzanie – mówimy wtedy o oparzeliskach, tam przy niskich temperaturach tworzą się też zamglenia.
Wyciek jest to bardzo słaby nieskoncentrowany, przeważnie powierzchniowy rzadziej liniowy wypływ wody z odsłoniętej warstwy wodonośnej lub zwietrzeliny skalnej. Woda łączy się w stróżki i spływa po stokach lub zboczach dolin. Wycieki często są okresowe. Czasami warstwa powierzchniowa jest nadcięta i następuje taki wypływ wody.
Wysięk to słabe powierzchniowe sączenie się wody przeważnie ze zwietrzeliny przeważnie podścielonej utworami nieprzepuszczalnymi. Woda powoduje zawilgocenie terenu i może parować, ale nie powoduje odpływu na zewnątrz. Wtedy mówimy że jest to wysięk ewaporacyjny. Jeśli woda wsiąka z powrotem do gruntu mamy tak zwany wysięk infiltracyjny.
Wypływ kroplisty lub wykap polega na tym że woda przesącza się przez skały i wypływa na zewnątrz w postaci pojedynczych wskał lub kropel. Takie wypływy występuje zwykle na wychodniach skał składających się z warstw o różnej przepuszczalności, np. z piaskowców i łupków ilastych (warunek ten spełniają choćby utwory fliszowe, zdarza się również w wyrobiskach górniczych).
Źródła występują pojedynczo lub mogą być usytuowane wzdłuż pewnej linii np. linii uskoku. Mówimy wtedy o linii źródeł.
Dzielimy je generalnie na dwie grupy ascensyjne i descensyjne. Ascensyjne to inaczej mówiąc artezyjskie. Czasami można się pomyliśc czy jest źródlo – bo czasami są otwory wietnicze gdzie następuje wypływ artezyjski, ale to nie jest naturalne. Źródło ascensyjne to takie gdzie motorem wypływu jest ciśnienie hydrostatyczne, a przy descensyjnych grawitacja. Źródło descensyjne to będzi np. takie źródło gdzie mamy warstwę wodonośną która jest nadcina nam pozoim wodonośny i woda nam wypływa. Inaczej mówiąc jest to źródło warstwowe.
Źródło ascensyjne to takie gdzie mamy jakąś warstwę wodnośną. i wypływ nstępje pod wpływem ciśnienia. Czasami siłą motoryczną mogą być gazy lub pary. W gejzerach są pary a w pieniawach dwutlenek węgla pochodzenia endogenicznego.
Źródłą m ożemy klasyfikować wg bardzo różnych kryteriów: fizycznych, chemicznych, geologicznych, hydrogeologicznych morfologicznych, genetycznych itd. W Polsce przyjmujemy podział Pazdry, gdzie klasyfikujemy źródła według podstawowego kryterium jakim jest rodzaj przewodów hydraulicznych jakie wyprowadzają wodę do źródła. Mogą być to pory, szczeliny i próżnie krasowe. Wyróżniamy źródła warstwowe gdzie woda jest wyprowadzania poprzez pory, szczelinowe przez szczeliny, z uwzględnieniem podkategorii źródeł uskokowych i wreszcie źródła krasowe.
Te typy możemy jeszcze dzielić na rodzaje wg różnych kryteriów. Jeśli chodzi o warstwowe źródła, to drenują one wody, które występują w porach utworów okruchowych. One występują tam gdzie warstwa wodonośna rozcięta jest powierzchnią Ziemi. Przykład źródła descensyjnego. Mogą być warstwowo kontaktowe gdzie utwory okruchowe występują na podłożu słaboprzepusczalnym2 albo takie gdzie nie ma zaniku ale istnieje zmniejszenie miąższości warstwy i w pewnym momencie pojawia się źródło gdzie woda się spiętrza (ryc. 233). Warstwowe są niewielkie, niskoprzepuszczalne i są przede wszystkim na niżu.
Szczelinowe mogą być ascensyjne i descensyjne. W descensyjnym woda jest wyprowadzana pod wpływem siły grawitacji. W ascensyjnym woda jest wyprowadzana przez ciśnienie hydrostatyczne. Uskokowe wyprowadzają wodę szczeliną uskokową biegnącą przez utwory nieprzepuszczalne albo bardzo słabo przepuszczalne. Krasowe nazywamy wywierzyskami często mają bardzo duże wydajności i dają poczatek strumieniom i rzekom. W Tatrach np. wywierzysko lodowe ma wydajność 3500 l/s ale są wywierzyska o znacznie większych wydajnościach . Największe występują we Francji. Wywierzyska mamy również w jurze Krakowsko – Częstochoweskiej. Szczególnym rodzajem są tak zwane źródła intermitujące. Polega to na pulsacji przeopływiu i związane jest z chartakterrem przepływu lewarowego w kanałach krasowych. Bardzo ważną cechą określającą rodzaj źródła jest jego położenie w stosunku do układów morfologicznych.
Często są źródłą w obszarze o zróżnicowanej morfologii. Z tego puntku widzenia wyróżniamy zboczowe albo stokowe, dolinne (15). krawędziowe albo klifowe (16) albo tarasowe. Mogą być też osuwiskowe czyli pojawiać się. pod czołem osuwiska, także zaporowo uskokowe, np. źródło (17). Taki charakter mają błękitne
Ze względu na stopień mineralizacji dzielimy je na słodkie i mineralne. Przy czym te z wodąminralną dzielimy na solankowe, siarczanowe i szczawy. Solanka to jest powyżej 35 g/l.
Wody kwasoweglowe mają co najmniej 250 mg/l a szczawy ponad 1000 g/l. Ze względy na t dzielimy na chłodne zwykłe i ciepl.ice. Chłodne jeśli temperatura jest niższ o śrdniej , a cieplice tam gdzie temperatura jest wyższa od średniej roczenju.
Ze względu na genezę wydzielamy meteoryczne i juwenilne. Meteoryczne to takie gdzie wypływają infiltracyjne, juwenilne związane z magmatyzmem są . Specyficzny rodzaj źródeł stanowią gejzery występujące w obszarach młodego wulkanizmu. Wody gejzerów mają niską min. 1 – 2 g/l ale podwyższoną zawartością krzemionki 0,2 – 0,7 g/l. . Wokół gejzerów osadza się zatem gejzerty. osad krzemionkowy skład któ®ego wchodzi głównie opal. Inen specyficzne rodzaj to pieniawy czyli źródłą gazujące. Najcześciej wyprowadzją wodę i juwenilny CO2. Mogą być też pieaniway wyprowadzające metan lub inne węglowodory. Teraz powiemy sobie o tak zwanym reżimie xs®ódel.
Nareżim źródlę składają się następujące sprawy. Weydajność skałd chemiczny cecy fizyczne wody i ciśnienie hydrostatyczne. Jeśli chodzi o wydajnośc źródeł to najczęściej przyjmujemy podział na 8 klas wydajnośći
| I | Pow. 10.000 l/s |
|---|---|
| II | 1.000 – 10.000 |
| III | 100-1.000 |
| IV | 10-100 |
| V | 1-10 |
| Vi | 0,1-1 |
| VII | 0,01-0,1 |
| VIII | 0,001 – 0,01 |
W Polsce największe średnie wydajności osiągają klasę III.
Określa się też wskaźnik wydajności źródeł R. To jest Qmax do Qmin. Ten wskaźnik powienie być określony na podstawie obserwacji wieloletnich. Ze wzaglęu na zmienność wieloletnią dzielimy źródła na:
stałe 1-2
mało zmienne 2-10
zmienne 10 – 50
bardzo zmienne pow. 50
Oprocz zmienności wieloletniej (najlepiej jeśli jest to okres 20 lat) stosuje się też wskaźnik zmienności jednorocznej.
Mamy teź źródla oikrewsowe które występują tylko w pewnym orkesie. W innych w ogólne nie wypływają.
Wydajność źródła zależy od zasialnai zależy od objętości i rozprzestrzeniana poziomu wodonośnego który alimentuje źródło, od przepuszczalności utworów skalnych doprowadzających wodę do źrodła, odległości obszaru zasialnia od żródła, stopnia zasilania źró3 dła przez opady i ich rozkładu w czasie i ciśnienia hydrostatycznego które jest siłą motoryczną wyprowadzająca wode ze źródłą ascnzyjnego.
określamy też wskaźnik pojemnośći źródłą – jest to stosunke sumarycznej roczenuj wydajności źródłą do pojemności wody w poziomie wodonośnym który alimentauje źródła. r = Q/v, Q to wydajność a v pojemność wody. Dla małych poziomów wodonośnych P może dochodzić do 10. Natomiast jeżeli źródła są alimentowane z dużych basenów wodonośnych p może mieć w granicach od 10 -5 do 10 – 10 nawet.
Z hydrogeologicznego punktu widzenia regularotrem wydajności źródła jest …
I regulatorem ejst jest spadek hydrauliczny (18. W okresie gdy zbiornik wodonośny alimentujący źród ła nie jest zasilany źródła mają reżim własny. Jest ona wtedy funkcją czasu i maleje wg wzoru 19, gdzie Q gto przewidywana wydajność źródłą po czasie t , Q0 początkowa obserwowana wydajność źródła kiedy rozpoczyna się reżim własny. Alfa to współczynnik regresji źródła w czasie t – zależy od przepuszczalnościm, miąższości, odsączalnośći utworów wodonośnych oraz odległości źródła od wododziału. T – czas liczony w dniach opowiadający zmniejszaniu się wydajnośći od Q0 do Q. Współczynnik alfa wg badań ekip. zmienia się od 0,04 do 0,7. Możemy go wyznaczyć dla każdego źródła na podstawie obserwacji znając Qo i Q. Wtedy alfa równa się 20 . Jeżeli mamy taki wsskąźmiok wyznaczony możemy prognozować wydajność źródła pracującego w reżimie własnym.
Je.żęli wykonujemy badnia źródłe w określonym terenie wyznacza is…ę tak zwany wskaźnik krenologiczny, czyli liczbę źródłe na km2 powierzcni W Polesce największy w Tatrach 5,38 a na niżowej częśći najwyższy na Pojezierzu Suwalskim gdzie wynosi 0,21, a więćjest wielokrotnie niższy. Na NIżeu zwykle wydajonśći rzędu klasy od 7 do 4. Trzeba jeszcze dodać że źródlą występują przede wszystkim w górach – Karpatach i Sudetach i że wody wypływające ze źródlą czasami charakteryzują się określonymi cechami, np. szczawy albo wod kwasow węglowe, czasami charakeryzjujaće się podwyższonym zasoleniem, czasami radoczynne. Źeódła dały podstqawe rozwoju uzdrowiska , stać np. Cieplice koło Jeleniej Góry, teraz już włączone, w Lądku Zdroju. Większosć uzdrowisk w Polsce zlokalizowana jest na terenie Sudetów i Karpat. W tej chwili w większości uzdrowisk korzysta się także z otworów wiertniczych. np. w rejonie Ciepl;ic wykonano otwór 2.000 m o wyższe temperaturzez początkowo ale potem zaczęło za nikać i zmniejszyła się temperatura.
Metody badania źródeł:
Źródla są naturalnym odłonięciem warstwy wodonośnej i dlatego należy je badań. Jeżeli wykonujemy zdjęcie hydrogeologiczn, chociażby do pracy magisterskiej, to jest kartowanie hydrogeologiczne, obejmuje rejestracje wszelkich dostępnych przejawó wód podziemnyc, możliwości wykonanai pomiarów, oczywiście wsyzedkie źródłłą a nawet nieskoncetnorqaowe wypływy trzeba zaznacanzyć. Trzeba zlokalizować po pierwsze źródła. Lokalizacja powinna być wykonwana pod względem topograficznym, morfolloticznym, administaracyujnym stanu zabudowy, stanu sanitarno technicznego, określi.ć właściciela. Określić czy wypływ jest naturalny czy zmineiaony przez człowiek,a. Trzeba wykonać pomiar obliczyć rzę4dną wypływu żeby skonstruować mapę hydroizohips. Trzba określić morfologię terenu. To nest niezbędne do klasyfikacji i genezy źródłą. Powiny być także zbadane i określone stosunku hydrograficzne w szerszy, oteoczeniu. Jaka jrst relacja tego źródłą do cieków i zbionrikó wodnych. Istotne czy są dizałani pochodzenia atnorpogenicznego. Czy wsytępują melioracje i irygację Powinna być okrelaonba forma i sposób wypływu. Misa, kociołek itp. Czy źródło jest obudowane czy naturalnie bez żadnych doatadtkowych obudów. Niezbędne jest również określenie budowy geologifzcnej a wiec litologii utworów występujących w promieniu kilku kilomet®ow wolkół źródła. Mając te dane powinniśmy określic genezę oraz typ i rodzaj źródłą. Dalej obserwacjom powinniśmy opdawać osady źródlane .czy mmay do czynie Az z wytrącaniem się osadów. bo nast.ępuje natlenianie do trójwartościowego. Mogą równeiż wytrącać się węglany bądź związki siarki czy inne., Przy cieplicach także krzemu. Jak wiem typowym osadem źró5dlanym jest trawertny lano martwica. Paryż jest z rawortynu. i urząd wojewódzki.
Przy małych wydajnośćiach można zmierzyć przez napełnianie naczynia miarowego. To rzadko się udaje raczej wtedy gdy źródło jest obudowane i można podstawić naczynie. W związku z tym najlepszą i najczęściej stosowaną jest metoda przelewo. Wyrózniamy dwa rodzaje tak zwany przelew Thompsona i Poncelleta.
Przelew Poncelleta to przelew prostokątny, a Thompsona trójkątny (21). Thomsopna stosuje się przy wydajnościahc 1-10 a poncelleta pow. 10.
Wzrór jest następujący dla Poncelelta 22. Mi to współczynnik kontrakcji przepływu i zależy od dławienie astrumineia przelewego, wysokości i kształci. Wartość zmienia się od 0,56 do 0,65. Możemy go oddczytac w podręcznikach hydrauliki. B to szerokość przelewu, a h to wysokość przelewającej się warstwy wody. Pomiaru dokonujemy tylko wysokości przelewającej się wody.
Jeżeli wartość h zmienia się w zakresie od 0,01 do 0,20 m wrór się upraszca do 24. Stosuje się przy skrzyniach przelewowych.
Jeżeli chodzi o pomiar powinien być nie dokonywany na smam przelewie ale tam gdie woda nie ulega jeszcze zakrzywieniu.
Dalej mamy pomiary fizycznych własnośći wody w źródłach. Powinniśmy badając źródło podać temperature, przezroczystość, sma, , zapach oi przewodnictwo elektyczne co można łąt2wo zrobić za pomocą konduktometry. Gdy bada się wiele źródeł często jest tak że bramny tylko określony wskaźnik albo kilka wskaźników i często stosuje się tak żeby m ożna było bdać bezpośredno w terenie.
Czasmi pobiera się próbe i wykonuje anliza fizyczno chemiczną w laboratorim . Często jest tak że wykonujemy bdania w terenie i dopiero na poodsawie anlizy decydumem y cyz należy i wkjaikim cleu wykona.ć analiza ficzyno chemiczną i jaki powininien być jej zakres.
Badania źródeł mogą być jednorazowe w trakcie kartowania lub stacjonarne, kiedy dokonuje się pomiarów w jakimś wyznaczonym okresie, powtarza się pomiary. Jeżeli takie pomiary stacjonarne się prowadi niezbe6dne jest róznowległę prowadzeni pomiarów meteoroliccznych, takich jak pomiary temperatury czy opadów i trzeba wtedy założyć stajcę albo korzystać z pobliskiej