Kolokwium nr 2 - geologia
1. Warunki hydrogeologiczne w obrębie obszarów: płytowych, fałdowych, monoklinalnych
- obszary płytowe zbudowane na przemian z ległych warstw przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych są na ogół ubogie w wodę
2. Stosunek wód rzecznych do wód podziemnych (charakter hydrogeologiczny rzek drenujący, infiltrująca, zmienny)
najczęstszy przypadek rzeka zasilana jest przez wody podziemne - rzeki drenujące
rzeki infiltrujące - oddają część wody do aluwiów lub podłoża
Zmienny charakter hydrogeologiczny:
nagłe zwiększenie miąższości aluwiów
zwiększenie szerokości doliny = wzrost objętości aluwiów
rzeka wkracza na obszar skał silnie spękanych
dużej miąższości warstwa przepuszczalna pod dnem rzeki, zwierciadło wody gruntowej może być głęboko
intensywność zasilania
3. Źródła
Źródłem nazywamy naturalny, samoczynny i skoncentrowany wypływ wody podziemnej na powierzchnię terenu. Są przejawem naturalnego drenażu obszaru. Powstają tam, gdzie zwierciadło wody podziemnej przecina się z powierzchnią terenu. Najczęściej spotykamy je w dolinach.
Wyróżniamy:
źródła grawitacyjne(zstępujące) - wodę w ruch wprawia siła ciężkości
źródła artezyjskie (wstępujące) - wodę w ruch wprawia ciśnienie piezometryczne
Ze względu na rodzaj przewodów wyprowadzających wodę wyróżniamy źródła:
warstwowe
szczelinowe
uskokowe
krasowe
4. Wody artezyjskie i subartezyjskie - budowa geologiczna Niecki Warszawskiej
Wody artezyjskie są to wody wgłębne o napiętym zwierciadle. Podlegają prawu naczyń połączonych.
Warunki występowania:
warstwa wodonośna musi znajdować się pomiędy warstwami wodoszczelnymi np. warstwa piasku pomiędzy iłami
obszar zasilania musi być wyżej niż obszar gromadzenia wody
Duże baseny artezyjskie np. niecka warszawska (rys. str. 131) mają ogromne znaczenia gospodarcze - źródła zapotrzebowania w wodę dobrej jakości, a ujęcie ich dzięki istniejącemu ciśnieniu jest proste i tanie.
Wody subartezyjskie - wody podziemne występujące w warstwach wodonośnych pod skałami nieprzepuszczalnymi, pod niskim ciśnieniem hydrostatycznym, w przypadku których słup wody w odwiercie nie sięga powierzchni ziemi, jednak podnosi się wyżej, niż nawiercone zostało zwierciadło wód podziemnych. Warunkiem wystąpienia jest kompleks skalny którego spąg znajduje się poniżej poziomu ciśnienia piezometrycznego.
5. Zasoby statyczne, dynamiczne, wzbudzone, dyspozycyjne i eksploatacyjne
Zasoby statyczne Całkowita objętość wody wolnej zawartej w porach i innych próżniach zbiornika wód podziemnych, określona dla danej chwili, niezależnie od ruchu wody. Mogą być nieodnawialne (nie uzupełniane w cyklu hydrologicznym) i odnawialne (uzupełniane dzięki naturalnym czynnikom zasilania).
Zasoby dynamiczne określa się, podając natężenie przepływu strumienia wody podziemnej w przekroju poprzecznym danego poziomu wodonośnego. Ilość wody, jaka przepływa przez przekrój poziomu wodonośnego, zbiornika wód podziemnych, wyrażona w jednostkach objętości na jednostkę czasu.
Zasoby eksploatacyjne wód podziemnych stanowią część naturalnych zasobów dynamicznych lub statycznych, których pobór nie zakłóci równowagi hydrologicznej i nie wyrządzi szkód innym użytkownikom zasobów wodnych. Dopuszczalna ilość (pobór) wód podziemnych w ujęciu przy określonym sposobie eksploatacji, uwzględniająca ograniczenia związane z wymaganiami ochrony środowiska i warunkami techniczno-ekonomicznymi poboru wody.
Zasoby wzbudzone - Dodatkowa ilość wody w bilansie wód podziemnych, jaką po stronie „dodatniej” można uwzględnić w przypadku, kiedy na skutek eksploatacji wody i zdepresjonowania płytko występującego zwierciadła następuje redukcja ewapotranspiracji i tym samym wzrasta wielkość infiltracji efektywnej
Zasoby dyspozycyjne - Ilość wód podziemnych zbiornika lub jego części nadających się i możliwych do wykorzystania gospodarczego przy zachowaniu ograniczeń związanych z wymaganiami ochrony środowiska naturalnego.
6. Główne Zbiorniki Wód Podziemnych (GZWP) - kryteria wydzielenia, cel powstania
Zbiornik wód podziemnych odpowiadający umownie ustalonym ilościowym i jakościowym kryteriom podstawowym:
wydajność potencjalnego otworu studziennego powyżej 70 m3/h,
wydajność ujęcia powyżej 10 000 m3/d,
przewodność warstwy wodonośnej większa niż 10 m2/h,
najwyższa klasa jakości wody.
W obszarach deficytowych do wyznaczenia GZWP stosuje się indywidualne kryteria ilościowe (zbiornik ma lokalnie praktyczne znaczenie użytkowe). W Polsce wydzielono 180 GZWP (40 według indywidualnych kryteriów) o łącznej powierzchni 163 441 km2 i szacunkowych zasobach dyspozycyjnych 7,35 km3/a.
Cel powstania - naturalny zbiornik wodny znajdujący się pod powierzchnią ziemi, gromadzący wody podziemne i spełniający szczególne kryteria ilościowe i jakościowe. GZWP mają strategiczne znaczenie w gospodarce wodnej kraju.
7. Rodzaje ruchu wód podziemnych
Wody podziemne prawie zawsze znajdują się w ruchu. Charakter ruchu zależy od środowiska geologicznego. Najczęściej spotykamy powolne przesączanie się wody - filtrację, przez splątane systemy porów i kanalików.
8. Prawo Darcy
Badacz ten jako pierwszy zajął się problemem filtracji wody przez ośrodek gruntowy. Na podstawie doświadczeń wykreślił on zależność Q=kIF, gdzie Q - ilość przepływającej wody, k - współczynnik filtracji, I - spadek hydrauliczny, F - powierzchnia przekroju.
Prędkość filtracji cieczy w przekroju F określa równanie V=Q/F
Dzieląc obydwa równania przez F, otrzymujemy: Q/F=Ki
A po podstawieniu V=Ki
Jest to prawo filtracji i jest ono charakterystyczne dla ruchu laminarnego (warstwowego).
9. Metody polowe oznaczania współczynnika filtracji
Najlepsze rezultaty dają badania terenowe, prowadzone w naturalnych warunkach. Badania te można podzielić na 3 grupy:
bezpośrednie pomiary prędkości,
próbne pompowanie,
zalewania studni i dołów chłonnych
W geologii inżynierskiej najczęściej stosuje się zalewanie dołów chłonnych.
10. Metody laboratoryjne oznaczania współczynnika filtracji
Pomiar ilości wody, która w jednostce czasu przesączy się przez próbkę skały o określonej wysokości i przy określonej różnicy ciśnień.
Służą do tego:
aparat Z. Wiluna typ ITB-ZW-K2
rurka Kamińskiego
11. Czynniki rządzące kształtem i wielkością leja depresji
Lej depresji - obszar obniżonego statycznego zwierciadła wód gruntowych w stosunku do jego naturalnego poziomu wokół miejsca ich poboru. Przyczyną powstawania leja depresji jest wypompowywanie wody dla celów gospodarczych lub bytowych, a także podczas działalności kopalń odkrywkowych i podziemnych. Efektem tego jest zachwianie stosunków wodnych danego obszaru, przesuszenie gruntów, trudności z zaopatrzeniem w wodę na terenach wiejskich (np. wysychanie studni) itp. W Polsce leje depresji występują na obszarach dużych miast i okręgów przemysłowych, przykładowo w rejonie Gdańska ma on ok. 300 km2, w rejonie Lublina ok. 250 km2.
Zasięg promienia leja depresyjnego R zależy od:
depresji
wsp. filtracji k
i rośnie wraz z nimi
Wydatek studni Q zależy od:
wsp. filtracji
miąższości warstwy wodonośnej
konstrukcji ujęcia
12. Terenowe metody pomiaru prędkości filtracji
13. Własności chemiczne wody podziemnej:
odczyn ph
warunki utleniająco - redukcyjne
kwasowość i zasadowość
mineralizacja lub sucha pozostałość
Zalezy od:
środowiska geologicznego
litologii skał
prędkości przepływającej wody
wielkości powierzchni kontaktu wody ze skałą
związku wody z powierzchnią ziemi
wymiany jonowej
14. Własności fizyczne wody podziemnej:
temperatura
przezroczystość
mętność
przewodnictwo elektryczne
radoczynność
15. Własności organoleptyczne:
smak
zapach
barwa
16. Klasyfikację wód podziemnych pod kątem warunków występowania i krążenia
17. Zwierciadło wód podziemnych
Zwierciadłem wód podziemnych nazywamy górną powierzchnię wyznaczoną zasięgiem wody wolnej (występującej w porach, szczelinach) wypełniającej różnego rodzaju wolne przestrzenie pomiędzy cząstkami mineralnymi w skałach. Jest granicą pomiędzy strefą aeracji ( powyżej zwierciadła) a saturacji ( poniżej). Może mieć charakter hydrauliczny swobodny lub napięty.
18. Strefa saturacji i aeracji
Strefa saturacji - dolna część warstwy wodonośnej, warstwa skalna w której wolne przestrzenie są całkowicie wypełnione wodą. Od strefy aeracji oddzielona zwierciadłem.
Strefa aeracji - górna część warstwy wodonośnej, strefa pomiędzy powierzchnią terenu a zwierciadłem. Wolne przestrzenie pomiędzy skałami są częściowo wypełnione wodą lub powietrzem.
19. Czynniki wpływające na kształt zwierciadła wód podziemnych
Zwierciadło wód podziemnych na ogół układa się poziomo, gdyż siła grawitacji nie jest jednym z nań czynnikiem. Zarówno zwierciadło swobodne jak i piezometryczne kształtuje się głównie pod wpływem zasilania, drenażu oraz oporów, jakie poruszającej wodzie stawia środowisko skalne.
Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na kształt zwierciadła, a przypadku płytkiego jego położenia jest:
parowanie
pobór wody przez rośliny
okresowa infiltracja wód powierzchniowych
przesączanie do niżej położonych warstw
lokalna eksploatacja
20. Spadek hydrauliczny
Zwierciadło wody podziemnej najczęściej wykazuje pewne pochylenie świadczące o ruchu wody - tzw. spadek hydrauliczny. Jest odwrotnie proporcjonalny do współczynnika filtracji k. Przy stałej prędkości filtracji V, im mniejsze k, tym większe I, tym bardziej stromo będzie układało się zwierciadło.
21. Wody przypowierzchniowe
Wody przypowierzchniowe (zaskórne) występują tuż pod powierzchnią ziemi, na głębokości od 0 do 1m. Są pod bezpośrednim wpływem czynników zewnętrznych. Zasilane opadami atmosferycznymi. Zwierciadło ich jest swobodne i ulega wahaniom. Wody te są zwykle zanieczyszczone chemicznie i bakteriologicznie - nie mogą być używane do celów pitnych i przemysłowych.
Spotykane w obrębie dolin rzecznych i pradolin oraz na obszarze utworów lodowcowych.
22. Wody gruntowe
Wody gruntowe - są to wody zbliżone charakterem i sposobem występowania do wód przypowierzchniowych. Granica między nimi jest umowna. Ich strefa aeracji ma miąższość większą niż 1m. W stropie wód gruntowych brak jest warstwy izolacyjnej, są zasilane z opadów. Zwierciadło ich jest swobodne, w przybliżeniu odtwarza rzeźbę terenu. Zwierciadło ulega wahaniom w zależności od ilości opadów. Im głębiej są te wody tym są bardziej czyste. W skałach okruchowych są mało zanieczyszczone. W skałach litych, na obszarach uprzemysłowionych mogą być zanieczyszczone do dużych głębokości.
23. Wody wgłębne - zasilanie i drenaż warstwy wodonośnej wód wgłębnych
Wody wgłębne to wody znajdujące się pod warstwą wodoszczelną. Mogą one występować w kilku poziomach w zależności od budowy geologicznej. Zasilane są na wychodniach warstw wodonośnych lub przez okna hydrogeologiczne - czyli obszary na których brak jest warstw wodoszczelnych nad warstwami wodonośnymi. Zwierciadło może być swobodne lub napięte.
Zasilanie warstwy wodonośnej wód wgłębnych odbywa się:
Bezpośrednio przez wychodnie
Pośrednio przez inne warstwy
Pośrednio przez okna hydrologiczne:
Spowodowane wyklinowaniem się warstwy nieprzepuszczalnej
Spowodowane miejscową zmianą litologii warstwy nieprzepuszczalnej
Erozją warstwy nieprzepuszczalnej
W wyniku przesączania się z poziomów wyżej ległych przez utwory o niskiej przepuszczalności, o ile w warstwie wody wgłębnej panuje ciśnienie niższe.
Drenaż wód wgłębnych może być:
Bezpośredni - przez źródła, rzeki i morza
Pośredni lateralny - przez aluwia w dolinie
Pośredni poprzez wyżej lub niżej ległe utwory słabo przepuszczalne
24. Wody głębinowe
Wody głębinowe to wody wyłączone z cyklu hydrologicznego. Znajdują się na dużych głębokościach i posiadają duże ciśnienie tzw. Złożowe. Występują między innymi w sąsiedztwie złóż ropy naftowej.
25. Zwierciadło napięte i swobodne
Zwierciadło swobodne - ciśnienie w każdym punkcie na jego powierzchni odpowiada ciśnieniu atmosferycznemu. Położone jest w obrębie warstwy przepuszczalnej. W przypadku nawiercenia pozostaje ono w otworze na tej samej głębokości, na której zostało ono osiągnięte.
Zwierciadło napięte - znajduje się pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Występuje pod spągiem warstwy nieprzepuszczalnej, która wymusza jego położenie. Podnosi się ono w otworze po nawierceniu i stabilizuje na pewnej wysokości. Zwierciadło w nowym położeniu nazywamy ustalonym, statycznym lub piezometrycznym.
26. Mapa hydroizohips i hydroizobat
Hydroizohipsy - są to linie łączące punkty o jednakowym położeniu zwierciadła swobodnego lub piezometrycznego nad przyjęty poziom odniesienia (przeważnie nad poziom morza).
Pozwalają na wyznaczenie kierunku ruchu wody podziemnej, który jest do nich prostopadły. Z mapy hydroizohips można obliczyć także spadek hydrauliczny - pochylenie zwierciadła.
Hydroizobaty - to linie równych głębokości zwierciadła nawierconego (swobodnego lub napiętego) od powierzchni terenu. Przedstawiają miąższość warstwy suchej.
Oba te rodzaje izolinii wyznacza się metodą interpolacji. Do ich wyznaczenia potrzebne są minimum 3 punkty pomiarowe.