Plan wykładu

1. Pochodzenie wód podziemnych

– Cykl hydrologiczny – Zasilanie wód podziemnych – Wody podziemne w strukturach geologicznych

2. Klasyfikacja wód podziemnych

─ Wody strefy aeracji─ Wody strefy saturacji

Plan wykładu c.d.1. Wahania wód gruntowych w ciągu roku

i w wieloleciu - pomiar zwierciadła wody

5. Mapa hydroizohips i hydroizobat - wyznaczenie kierunku spływu wód podziemnych

5. Źródła

http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika:Wcdiagram.jpg

Cykl hydrologiczny - naturalny obieg wody na Ziemi

Obejmuje procesy zachodzące zarówno w:– atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja,

opady, transport wilgoci; – biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w

procesie oddychania czyli transpiracja, – litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i

powierzchniowy.

W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały.

Obieg duży obejmuje procesy zachodzące w skali globalnej i mające wpływ na ogólny bilans wody.

Są to:• parowanie z oceanów • kondensację w atmosferze • przemieszczanie się pary wodnej nad

kontynenty • opad na lądy • wsiąkanie • spływ podziemny i powierzchniowy, ponownie

zasilający oceany

Obieg duży

Obieg mały

• Obieg mały, to lokalna cyrkulacja wody nie wpływająca znacząco na globalny bilans wody:

• W obrębie oceanów jest to: – parowanie – kondensacja – opad

• W obrębie kontynentów: – parowanie – kondensacja – opad – wsiąkanie – odpływ

Światowe zasoby wodne

• Całkowita objętość wody na Ziemi wynosi około 1,386 mln km3 (332.5 mln mi3), z czego 96% to wody słone.

• Wody słodkie w 68% zmagazynowane są w lodach i lodowcach.

• Pozostałe 30% wód słodkich znajduje się pod ziemią. • Powierzchniowe zasoby słodkiej wody, w rzekach czy

jeziorach, wynoszą około 93,000 km3 (22,300 mi3), co stanowi zaledwie 1/150% całkowitych zasobów wodnych Ziemi. A mimo to rzeki i jeziora są podstawowym źródłem wody w codziennym życiu człowieka.

Światowe zasoby wodne

Ocena światowych zasobów wodnychGleik, P. H., 1996: Water resources. W: Encyclopedia of Climate and Weather,

ed. S.H. Schneider, Oxford University Press, Nowy York, vol. 2, 817-823

0.00080.0311,4702,752Bagna

0.0010.0412,9003,095Woda w atmosferze

0.006--85,40020,490    słone

0.0070.2691,00021,830    słodkie

0.013--176,40042,320Jeziora

0.0220.86300,00071,970Wieczna zmarzlina

0.0010.0516,5003,959Wilgoć w glebie

0.94--12,870,0003,088,000    słone

0.7630.110,530,0002,526,000    słodkie

1.7--23,400,0005,614,000Wody podziemne

1.7468.724,064,0005,773,000Pokrywa lodowa, lodowce, wieczne śniegi

96.5--1,338,000,000321,000,000Oceany, morza, zatoki

Procent całkowitej objętości  wody

Procent wody słodkiej

Objętość wody [km3]

Objętość wody[mi3]Źródło wody

ZASILANIE WÓD PODZIEMNYCH:

- infiltracja opadów atmosferycznych,- infiltracje wód powierzchniowych (z rzek, jezior),- sztuczna infiltracja (z basenów lub stawów infiltracyjnych,

ze studni chłonnych, rurociągów nawadniających).

Zasilanie wód podziemnych przez okna hydrogeologiczne

powstałe wskutek wyklinowania się warstwy nieprzepuszczalnej

okno sedymentacyjne

Wody podziemne

w strukturach geologicznych

Wody podziemne w strukturach fałdowych

w antyklinie w synklinie

Wody podziemne w monoklinieZasilanie pośrednieZasilanie bezpośrednie

• w okresie posusznym

• w okresie wysokich stanów

Wody podziemne w obszarach płytowych

Wody podziemne w strukturach uskokowych

w rowie tektonicznym w zrębie tektonicznym

Podział wód podziemnych według Pazdry (1977 )

wody związanehigroskopijnebłonkowatekapilarne

Aeracji

Rodzaje wódStan fizyczny

Typy wodyStrefa

warstwowe

szczelinowe

krasowe

wody wolne

zaskórnegruntowewgłębnegłębinowe

Saturacji

wsiąkowe zawieszone

Strefa aeracji i saturacji

1 - warstwa przepuszczalna2 – warstwa nieprzepuszczalna

Wody w strefie aeracji

Woda zawieszona

Wody w strefie saturacji

woda gruntowa

woda wgłębna

woda głębinowa

Woda gruntowa i woda zaskórna

Zwierciadło wody napięte i swobodne

Wody artezyjskie i subartezyjskie

Wody krasowe i źródło krasowe

Wody szczelinowe i źródło szczelinowe

Gwizdek studzienny

Urządzenia do pomiarustanów wody podziemnej

Wahania stanów wód podziemnych w ciągu roku i w wieloleciu

Mapa hydroizohips

Rzeka drenująca Studnia odwadniająca

Rzeka infiltrująca Staw infiltracyjny

Układ hydroizohips w sąsiedztwie budowli piętrzącej

Wahania stanów wód podziemnych w ciągu roku i w wieloleciu

Data

-7

-6,5

-6

-5,5

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

mar

00

maj

00

lip 0

0

wrz

00

lis 0

0

sty

01

mar

01

maj

01

lip 0

1

wrz

01

lis 0

1

sty

02

mar

02

maj

02

lip 0

2

wrz

02

lis 0

2

sty

03

mar

03

maj

03

lip 0

3

wrz

03

data

m p

.p.t.

PH8

PH9

P5

P6

P4

P10

PN1

PN2

PN3

PN4

PN5

Stany wód podziemnych w okresie badawczym (III.2000 – X.2003)

Młaki, wysięki, źródła

Źródła

warstwowe, zaporowe uskokowe, zaporowe

Źródła

warstwowe, descensyjne uskokowe, ascensyjne

DYNAMIKA WÓD PODZIEMNYCH

• Równanie Bernoulliego• Spadek hydrauliczny• Współczynnik filtracji• Prawo Darcy`ego• Prędkość filtracji, prędkość skuteczna• Dopływ do rowu• Dopływ do studni• Siatka hydrodynamiczna

h

Prawo Darcy traci swoją ważność gdy poza tarciem laminarnym występują dodatkowe siły oporu (siły powierzchniowe, bezwładności oraz tarcia burzliwego)

W gruntach spoistych:• przedział sprężysty• przedział przedliniowy• przedział liniowy -

W gruntach nie spoistych:ruch laminarny

W utworach szczelinowych, krasowych:ruch burzliwy

Zależność współczynnika i prędkości filtracji od spadku hydraulicznego w gruntach słabo przepuszczalnych

Pomiar prędkości przepływu wody podziemnejNa kierunku największego spadku wykonuje się 2-3 otwory

obserwacyjne, w odległości L (od 1 do kilkunastu m).

t1 - początek pojawienia się wskaźnika w otworze obserwacyjnym

t2 - maksimum krzywej stężenia t3 - środek masy powierzchni wyznaczonej krzywą stężenia (odpowiada czasowi t3, w którym 50% masy wskaźnika

osiągnęła otwór obserwacyjny)

Pomiar prędkości przepływu wody podziemnej

vs = L / t

– vs - prędkość skuteczna– L - odległość otworów obserwacyjnych– t - czas potrzebny na przebycie drogi L

przez cząstki wody podziemnej

Stosuje się wskaźniki:

– barwne (fluoresceina)– chemiczne (NaCl, Ca Cl2)– promieniotwórcze (Cl 33, J131)

Maksymalna prędkość skuteczna:

v s max = L / t1

Dominująca prędkość skuteczna:

v s d = L / t2

Średnia pędkość skuteczna:

v s śr = L / t3

Eksploatacja i użytkowanie zasobów wodnych w Polsce w 2002 r. (łącznie z odwodnieniem zakładów górniczych

i obiektów budowlanych)

Pobór wody11891 hm3

(100%)

Wody powierzchniowe9067 hm3 (70%)

Wody podziemne2824 hm3 (30%)

Zużycie wody

10834 hm3 (100%)

Rolnictwo i leśnictwo

1108 hm3 (10,2%)

Produkcja przemysłowa

7555 hm3 (69,7%)

Zaopatrzenie ludności

2171 hm3 (20,0%)