Można się zgłaszać w szczególnych przypadkach poza godzinami konsultacji (poniedziałek, 14-16)
Egzamin – semestr jest do 30 stycznia. 4 luty pierwszy termin, godzina 10, trzeba zaliczyć ćwiczenia do 30 stycznia Kończy się egzaminem pisemnym, ale szczególnie przy poprawce mogą być ustne. Znaczna część nie zdaje w pierwszym podejściu (najgorszy wynik to ¾ niezdanych).
Zadaniem wykładu jest przedstawienie podstaw i najważniejszych zagadnień hydrogeologicznych (Hydrogeologia w pigułce).Dziś hydrogeologia jest mocno ukierunkowana na problemy środowiskowe. Jest to dziedzina, która musi wychodzić w znaczny sposób poza środowisko geologiczne. Wody podziemne są łącznikiem z innymi środowiskami przyrodniczymi.
Przygotowanie do przedmiotu:
Na początku sylabusu powinno się określić jak powinna być wiedza wstępna studentów:
Podstawy wiedzy geologicznej
Chemia
Głównie chemia wody z zakresu szkoły średniej. Jednym z elementów będą podstawowe wiadomości z hydrogeochemii, która jest działem geologii która zajmuje się własnościami, składem i jakością wód podziemnych.
Fizyka
Podstawowe zagadnienia z zakresu hydrauliki, przepływu w szczególności, ciśnienia
Matematyka
Obliczanie powierzchni i objętości figur geometrycznych, przeliczanie skal, podstawy algebry
Biologia
W mniejszym stopniu
Jeżeli czegoś nie rozumiemy, możemy przyjść na konsultację.
Pewne podstawowe pojęcia i parametry najważniejsze musimy znać bez żadnych problemów. W związku z tym w toku wykładu będą sygnalizowane definicje, które musimy bezwzględnie znać i rozumieć.
Definicja w słowniku hydrologicznym jest często nieprzystępna.
Czasami będzie sprawdzana obecność na wykładzie. Jest to tak zwana indykacja stosunku studenta do przedmiotu.
Podstawowy podręcznik to Hydrogeologia ogólna, Pazdry. Pazdro to nieżyjący już profesor, zaczynał na Politechnice Gdańskiej, po czym przeniósł się na Uniwersytet Warszawski na wydział geologii, uznawany za ojca polskiej hydrogeologii. Podobną ścieżkę miał Kozerski.
Prof. Kleczkowski jest z AGH, nie żyje, podobnie Macioszczyk
Wieczysty- nieżyjący profesor politechniki krakowskiej. Działał w zakresie inżynierii sanitarnej. Mamy dwa podejścia do hydrogeologii. Pierwsze mieści ją w naukach geologicznych. Drugie podejście jest praktyczne i uczy się ją na studiach inżynierskich z zakresu inżynierii środowiska. Wody podziemne są bowiem zasobem, z którego korzysta człowiek.
Turek, nieżyjący profesor PIG,
Niektórzy używają nazwę hydrologia wód podziemnych, ale my jako geolodzy, sytuujemy hydrogeologię w ramach nauk geologicznych
Czasopismo:
Współczesne problemy hydrogeologii – wydawane przy okazji sympozjów hydrogeologicznych organizowanych co dwa lata. Sympozjum to odbędzie się w Żerkowie koło Jarocina, gdzie jest Mickiewiczowskie Centrum Turystyki. Będzie organizowane przez nasz uniwersytet. Można się zaangażować w organizację sympozjum. Przewodniczącą komitetu organizacyjnego jest dr Ewa Liszkowska. Można się z nią kontaktować. Istnieje też koło hydrogeologiczne. Tą sekcją zajmuje się dr Rasała. Przy czym te osoby, które poprzednio aktywnie działały skończyły już studia. Jest potrzebny nowy nabór. Dla wybranych osób istnieje możliwość studiów doktoranckich. Trzeba jednak pomyśleć o tym już teraz. Można się włączyć do grantu.
Przegląd Geologiczny
Gospodarka wodna
Gaz, woda i technika sanitarna
Ground Water (USA) – dwumiesięcznik, jest w naszej bibliotece wydziałowej
Hydrogeology Journal (wyd. przez International Association of Hydrogeologist) – można się do tej organizacji zapisać. Opłata roczna to około 40 euro, ale wszyscy którzy się zapiszą otrzymują bezpłatnie dwumiesięcznik H.J.
U.S. Geological Survey Water-Supply Papers (Amerykańska służba geologiczna). Wydawnictwo dostępne jest w bibliotece PTG. Siedziba jest w Krakowie na UJ przy ul. Oleandry.
Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
W tym roku po raz pierwszy w Polsce odbył się kongres hydrogeologiczny organizowany w różnych krajach świata prze International Association of Hydrogeologist z siedzibą w Paryżu. Odbył się we wrześniu w Krakowie. Przyjechało 540 osób z całego świata. Następny będzie w Kanadzie.
Hydrogeologia- jest dziedziną nauk geologicznych, ponieważ wody podziemne występują w środowisku geologicznym. Wody podziemne, co jest ich cechą charakterystyczną, są elementem tak zwanego cyklu hydrologicznego. Wody te wykazują związki z wodami powierzchniowymi i atmosferą.
Z lądów i mórz następuje parowanie1. Para ta skrapla się i następuje opad, zarówno na teren mórz (wtedy cykl się zamyka, jest krótki) jak i lądów. Wówczas część wody paruje z powrotem do atmosfery, część spływa po powierzchni do rzek i jezior, a potem do mórz. Część wsiąka do środowiska geologicznego. Poprzez to środowisko dopływa do rzek, jezior i następnie do mórz, czasami bezpośrednio do morza. Innym ogniwem jest transpiracja. Ewapotranspiracja obejmuje parowanie i oraz transpirację. Dlatego hydrogeologia musi wychodzić poza środowisko geologiczne. Ma to poważne konsekwencje, m.in. takie że hydrogeologia musi dysponować odpowiednią wiedzą odnośnie wody poza środowiskiem geologicznym i przede wszystkich o wszystkich tych związkach, czyli wiedzę z zakresu chemii, biologii, limnologii, planowania przestrzennego (poprzez planowanie realizuje się ochronę środowiska i wód podziemnych), inżynierii sanitarnej (ścieki, metody oczyszczania i odprowadzania), a także przemysłu i rolnictwa, gdyż wsiąkające wody opadowe mogą wnosić zanieczyszczenia antropogeniczne (także gospodarki komunalnej, górnictwa).
Woda ma duże znaczenie przyrodnicze i gospodarcze. Woda należy do najważniejszych substancji w przyrodzie. Życie powstało w wodzie, a woda jest głównym składnikiem organizmów żywych. Stanowi 65% masy człowieka i 80% masy ryb. Człowiek potrzebuje dziennie ponad 2,5 litra dostarczanej wody do prawidłowego funkcjonowania organizmów. Woda odgrywa dużą rolę w procesach geologicznych, takich jak np. etap hydrotermalny w procesach pomagmowych warunkuje powstanie wielu minerałów (np. liczne siarczki), wietrzenie obejmujące hydratację, hydrolizę, erozja czy działalność lodowców.
Znaczenie przyrodnicze wód podziemnych to problem często nieuświadamiany. Jeśli popatrzymy na bilans (przychody i rozchody) wód Polski:
Przychody:
Z opadów atmosferycznych 186,2 km3 (97,3%)
Z rzek płynących z zagranicy 5,2 km3 (2,7%)
Rozchody
Zużycie wody na parowanie, transpirację i potrzeby gospodarcze 132,8 km3 (69,9%)
Odpływ rzekami do morza
bezpośredni powierzchniowy 24,6 km3 (12,9%)
pośredni
naturalny gruntowy 32,6 km3 (17,1%)
ze zrzutów wody pompowanej 1,3 km3 (0,6%)
Odpływ gruntowy to woda zasilająca rzeki i jeziora. Wody podziemne zasilają przede wszystkim rzeki i jeziora. Co ważne, zasilają je także wtedy gdy nie padają deszcze. Gdyby nie było wód podziemnych rzeki płynęłyby tylko okresowo.
Mają również duże znaczenie dla funkcjonowania ekosystemów lądowych zależnych od wód podziemnych, tereny bagien, łąk podmokłych – wszędzie tam gdzie zwierciadło wód podziemnych zalega płyciej niż dwa metry, ma styczność z systemami korzeniowymi roślin, które je drenują. Czasami obserwujemy oparzeliska, gdzie woda podziemna podpływa i topi wszystko, bo ma stałą temperaturę poniżej 10 °C.
Analogiczną sytuację obserwujemy w obszarach suchych (np. oazy), gdzie następuje drenaż wód podziemnych.
Są traktowane jako surowiec, który jest wykorzystywany do zaopatrzenia w wodę dla potrzeb gospodarki komunalnej (do zaopatrzenia ludności), przemysłu oraz rolnictwa.
Jeśli chodzi o zaopatrzenie ludności, może mieć ono źródła w wodach podziemnych lub powierzchniowych. Wody podziemne są jednak znacznie korzystniejsze, co wynika z różnych powodów. Przede wszystkim są to temperatura i walory smakowe. Temperatura jest bardzo ważna, wody podziemne mają ją stałą. Temperatura wpływa na smak. Woda ciepła jest bowiem niesmaczna. Temperatura ma również znaczenie techniczne. Temperatura wód powierzchniowych może się zmieniać od 0 do 25 °C i powodować nawet przemarzanie rurociągów w czasie ostrych zim. Od czasu problemów z tym związanych przyjmuje się asekuracyjnie większe głębokości przemarzania gruntów niż robiono to uprzednio. Wody powierzchniowe są w znacznym stopniu zanieczyszczone i wymagają bardzo skomplikowanych procesów oczyszczania: koagulacji, utleniania ozonem, dezynfekcja chlorem, co powoduje powstawanie wtórnych zanieczyszczeń.
Wszystkie miasta poszukują możliwości zaopatrzenia w wody podziemne, np. Łódź. Wybudowano po wojnie zbiornik Sulejowski na Pilicy. Teraz prawie nie korzystają już z Pilicy i przestawiają się na wody podziemne. Podobnie stało się w Toruniu i Bydgoszczy. Warszawa wdrożyła natomiast system zdrojów ulicznych, wykorzystujących poziom wodonośny w utworach oligocenu. Każdy mieszkaniec miasta może nabrać wodę do picia i przygotowania potraw. Inne miasta stosują technologię polegającą na sztucznym zasilaniu wód w ujęcia infiltracyjne. Można stosować infiltrację brzegową – studnie przy rzekach. Również sztuczne ujęcia infiltracyjne, pobierającą wodę bezpośrednio. W Poznaniu mamy Dębinę z bezpośrednią i Mosinę Krajkowo z brzegową. Woda powierzchniowa nabiera cech wody podziemnej. Jeśli chodzi o ilościowy udział, wody podziemne przeważają nad powierzchniowymi. 95% miast korzysta z wód podziemnych, tylko kilka największych jest zmuszona do korzystania z powierzchniowych. Na terenach wiejskich większość miejscowości jest zwodociągowana, ale są takie, które korzystają z płytkich studni kopanych, najczęściej zanieczyszczonych.
Przemysł korzysta z wód podziemnych dobrze chronionych przed zanieczyszczeniami poziomów wodonośnych (miał pieniądze na budowę takich ujęć). Często jest tak że przemysł marnotrawi wody podziemne, bo czasami mógłby korzystać z powierzchniowych. Na wydrukowanie tony papieru 175 m3 wody a włókna sztucznego 1000 m3
Rolnictwo- inwentarz, krowa pije do 60 l dziennie. Również na nawodnienia zużywa się dużo wody. Potrzeby rosną związane ze zmianami klimatycznymi. W poprzednim systemie społeczno-gospodarczym było dużo wielkich PGR-ów nastawionych raczej na wykorzystanie wód powierzchniowych do nawodnień (podpiętrzano jeziora, i budowano zbiorniki). W tej chwili struktura się zmienia i w małych gospodarstwach nie opłaca się sprowadzanie wody, więc wykorzystuje się miejscowe wody podziemne.
Nie ma danych na temat ogólnego zużycia wód podziemnych w gospodarce narodowej. Pewne oceny w latach osiemdziesiątych wskazywały na roczne zużycie przekraczające 4 km3 (4,7). Był to pobór wód ale także odwodnienia górnicze 1,28 km3 z tych 4,7.
(znaleźć rycinę)
Średni odpływ podziemny 32,7 km3
Musi być zachowany tak zwany przepływ nienaruszalny. Maksimum jakie możemy pobrać to zatem 22,2 km3, ale jest to technicznie niewykonalne.
Zasoby (technicznie możliwe do pobrania) wynosiły około 13,7 km3.
Na początku lat 90-tych pobory i odwodnienia zdecydowanie spadły. Są teraz mniejsze co najmniej o połowę. Wprowadzono bowiem opomiarowanie i trzeba płacić .
Wody podziemne stanowią duży zasób wody niezanieczyszczonej (najczęściej).
Jeśli zasoby podziemne to 2000 km3,, to powierzchniowe mają zaledwie 37 km3, a zbiorniki retencyjne 4 km3. Wody podziemne tworzą zatem największy zasób wody słodkiej, z której możemy korzystać. Przy czym oszacowane i wyżej wspomniane 13 km3 powinno zostać pomniejszone, w świetle nowych kryteriów środowiskowych. Zgodnie z nimi nie możemy pobierać wody w ekosystemach torfów oraz niektórych lasów, gdyż doprowadzimy do ich dewastacji. Te problemy dotyczą wód słodkich.
Wody mineralne zawierają powyżej 1000 mg/l rozpuszczonych stałych składników. Mogą być wykorzystywane jako:
wody lecznicze w uzdrowiskach,
źródło surowców mineralnych i
nośnik energii.
Hydrogeologia to nauka o wodach podziemnych. Należy do dziedziny nauk geologicznych. Jest jedną z jedną z gałęzi geologii, gdyż występują w środowisku geologicznym. Wody podziemne są pewnym surowcem. W przeciwieństwie do typowych złóż mineralnych takich jak surowce skalne czy rudy metali jest to złoże odnawialne. Ma to takie konsekwencje że pobór wód podziemnych podlega innym zasadom prawnym niż inne surowce mineralne. Zasady eksploatacji surowców mineralnych określa prawo geologiczne i górnicze, a wód podziemnych prawo wodne, które dotyczy wód słodkich odnawialnych. Mamy jednak wody mineralne na dużych głębokościach które nie są odnawialne. Są one wtedy traktowane jak inne surowce mineralne, podlegają prawu geologicznemu i górniczemu. Zasady poszukiwania są wspólne dla wszystkich wód i minerałów. Tylko wykorzystanie wód słodkich podlega prawu wodnemu.
Pierwszy problem to geneza wód (skąd się biorą). Mogą powstawać przez infiltrację, kondensację pary wodnej, metamorficznie, w procesach magmowych, reliktowe dawnych basenów sedymentacyjnych.
Własnościami fizycznymi (temperatura, barwa, smak, zapach, przewodnictwo elektryczne, przeźroczystość, mętność i radoczynność)
oraz Składem chemicznym wód podziemnych (każda woda podziemna zawiera rozpuszczone w niej gazy, sole mineralne, zawiesiny koloidalne, mogą występować też mikroorganizmy, a nawet organizmy wyższe takie jak drobny plankton. Z gazów główne znaczenie mają CO2, O, H2S. Sole mineralne to węglan wapnia, siarczan wapnia itd. Zawiesiny koloidalne to związki glinu, krzemu, żelaza, również huminowe2, białkowe, czyli organiczne substancje. Mogą być mikroorganizmy chorobotwórcze lub nie groźne. Plankton występuje gdy mamy dopływ wód powierzchniowych z rzeki czy jeziora.
Skład chemiczny i własności fizyczne decydują o jakości, czyli przydatności wody do określonych potrzeb (jako wody do picia, wody do poszczególnych przemysłów, do rolnictwa). Najczęściej jeśli mówimy o jakości, myślimy o przydatności wody dla potrzeb zapotrzebowania ludności. Jakość tą określa norma przygotowywania przez ministerstwo zdrowia, która określa dopuszczalne zawartości składników w wodzie do picia, np. azotanów do 50 mg/l
Własności fizyczne i chemiczne określa się na podstawie analiz fizyczno chemicznych (słowo fizykochemicznych to żargon, niestety dość często używany).
Generalnie woda w środowisku geologicznym to woda podziemna (ang. grount water), a woda gruntowa to jeden z jej rodzajów. Powszechnie mówi się o wodzie gruntowej myśląc o wodzie podziemnej. My musimy używać tych pojęć właściwie. Woda gruntowa po angielsku to unconfined aquifer. Aquifer to warstwa wodonośna.
Własności hydrogeologiczne skał – wody występują w skałach, które wykazują różne własności, w sensie możliwości gromadzenia i przewodzenia wody w tym środowisku. Muszę występować pewne próżnie związane z porowatością skał okruchowych, szczelinowatością skał litych, spękanych, a także z krasowieniem niektórych skał
Sposób (reżim) występowania wód podziemnych w środowisku geologicznym. Chodzi o to jak wody podziemne występują w nawiązaniu do facji i struktur tektonicznych
Dynamika wód podziemnych (hydrodynamika). Trzeba znać zasady określające przepływ, obliczać ten przepływ. Niezbędny w celu określenia zasobów, dopływów (do studni).
Krenologia – zajmuje się źródłami (gr. krene – źródło). Źródło ma szczególne znaczenie w hydrogeologii, bo to jedyne środowisko, gdzie można bezpośrednio obserwować wody podziemne. Inaczej trzeba wykonać otwór wiertniczy. Źródło jest tak jak odkrywka dla geologa. Źródło to skoncentrowany, naturalny wypływ wody podziemnej. Oprócz źródeł mamy wypływy nieskoncentrowane.
Wody mineralne – wody te są również wykorzystywane jako wody lecznicze (inne wody lecznicze to wody ze składnikami specyficznymi, niekoniecznie mineralne). Inne zastosowanie to źródło surowców, na przykład sól z Ciechocinka, produkowana jest z wody mineralnej pobieranej z otworów wiertniczych. Inne wody zawierają dużo jodu, bromu (rejon Zapadliska Przedkarpackiego) są surowcem do produkcji jodu, bromu i innych pierwiastków. Innym zastosowaniem jest geotermia. Każe uzdrowisko ma hydrogeologa zajmującego się surowcami balneologicznymi (wody lecznicze, peloidy, gazy lecznicze – CO2).
Systematyka hydrogeologiczna (każda dziedzina nauk wprowadza pewną systematykę): Tu chodzi przede wszystkim o pewien podział wód podziemnych. W Polsce są kryteria zaproponowane przez profesora Pazdro, związane z powierzchnią terenu i atmosfery
Ustalanie zasobów – musimy znać ich ilość by racjonalnie nimi gospodarować. Sprawa jest tu bardziej skomplikowana niż w odniesieniu do stałych surowców, bo wody znajdują się w ruchu i są odnawialne. Najważniejsze jest zatem określenie jak dużo jej przepływa (dopływa i odpływa). Możemy bowiem pobierać tylko odnawialną część zasobów. Do 1990 stosowano podział zasobów na kategorie rozpoznania (A, B, C). Zasoby kategorii C były rozpoznawane na podstawie ogólnych przesłanek geologicznych, kategoria B to rozpoznanie na podstawie badań hydrogeologicznych, wykonywano studnię i robiono próbę pompowania, A – opierano na eksploatacji wód podziemnych. Wiązano je z etapowaniem inwestycji. Do wstępnych założeń inwestycji potrzebowano zasoby kategorii C, projekt techniczny wymagał kategorii B, kategoria A praktycznie nie funkcjonowała z różnych względów. Teraz kategorie te zmieniły się. W prawie wyróżnia się zasoby eksploatacyjne określane dla ujęć i dyspozycyjne określane dla fragmentów zlewni i regionów hydrogeologicznych itd. Z pojęciem tym związane są problemy dotyczące rozpoznawania zasobów i ustalania zasobów w sensie prawno administracyjnym. Każde ujęcie musi mieć określone zasoby eksploatacyjne, które określa dokumentator, wykonujący dokumentację i one są przyjmowane przez jednostki administracji geologicznej (geolodzy powiatowi w starostwach, geolodzy wojewódzcy w urzędach marszałkowskich (kiedyś wojewódzkich), geolog główny – departament koncesji geologicznych, w randze wiceministra, przy nim funkcjonuje komisja która jest jego organem doradczym)
Bilansowanie zasobów wód podziemnych- jest konieczne do określenia zasobów, sporządzanie takiego bilansu jest bardzo trudne, w tej chwili najczęściej sporządza się go na podstawie modeli matematycznych. Pozwala to na prognozowanie poboru i skutków środowiskowych.
Hydrogeologia regionalna – wykonywanie studni, otworów obserwacyjnych, badawczych, powoduje że gromadzimy coraz większą wiedzę o warunkach geologicznych. Do niedawna istniała określona bariera, która powodowała że nie wolno było publikować konkretnych danych geologicznych. W starych publikacjach nie określano dokładnie lokalizacji. Profesor Kleczkowski napisał podręcznik o hydrogeologii regionalnej ziem wokół Polski, bo nie mógł napisać o ziemiach polskich. Wciąż ujęcia powyżej 35 m3/h są często blokowane informacyjnie przez wojsko.
Hydrogeologia kopalniana – wody podziemne to nie tylko pozytywne elementy, ale tworzą też czasami duże zagrożenia – np. dopływ wód do kopalń (zagadnienia te badają hydrogeolodzy z AGH). Dotyczy to kopalń odkrywkowych i głębinowych. W głębinowych pompuje się duże ilości wód zasolonych, zmineralizowanych i zrzuca do cieku. Wokół kopalń odkrywkowych na skutek pompowania powstają leje depresyjne. Np. w Koninie, Bełchatowie, rozważa się nawet możliwość stosowania systemów eksploatacyjno-chłonnych, albo zasila się wodami pompującymi wody powierzchniowe
Agrohydrogeologia – związana z prowadzeniem melioracji, prowadzeniem sztucznych nawodnień, nawożenia, środków ochrony roślin itd. Uprawiana jest głównie na uczelniach rolniczych. Klasycy też powinni się tym zajmować, bo rolnictwo jest głównym trucicielem wód podziemnych.
Kartografia hydrogeologiczna – przedstawianie warunków hydrogeologicznych na mapach jest trudniejsze nawet niż w geologii, gdzie środowisko jest prawie niezmienne. Nowsza mapa różni się tylko stopniem rozpoznania. W hydrogeologii trzeba przedstawić geologię, hydrodynamikę i chemizm wód. Dwa ostanie elementy są zmienne w czasie. Mapy mogą się dezaktualizować już po kilku latach. Wody podziemne występują zwykle w układzie piętrowym, a mapa jest tylko dwuwymiarowa. Pierwsze mapy hydro są w skali 1:300.000 po wojnie, potem mapa 1:200.000. Wreszcie ostatnio seryjna mapa geologiczna 1:50.000 wydana w wersji cyfrowej.
Sporządzanie dokumentacji hydrogeologicznych – gdy stosujemy przy badaniach wyrobiska czy wiercenia musimy sporządzić projekt prac geologicznych, zatwierdzany przez jednostki geologiczne. Dopiero potem możemy przystąpić do analizy.
Będziemy mieli zajęcia z głównym geologiem wojewódzkim. Prawo geologiczne.
Geotermia. Pozyskiwanie energii. Wody termalne powyżej 20 °C, lub nietermalne. Wody termalne na ogół 1,5-2 km do 3 km. Temperatury kilkadziesiąt stopni C. Instalacje kolejno W Bańskiej, Pyrzycach, Stargardzie, Mszczonowie, Uniejowie. Geotermia niskotemperaturowa opiera się na pompach ciepła. Umożliwia pobór energii z medium o stosunkowo niskiej temperaturze, kumulowanie i wykorzystanie tej energii. Oprócz wody podziemnej może być to środowisko geologiczne, do którego wprowadza się krążące medium w rurkach.