Wykład 5

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
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 wodnych
Gleik, P. H., 1996: Water resources. W: Encyclopedia of Climate and Weather,
ed. S.H. Schneider, Oxford University Press, Nowy York, vol. 2, 817-823
Źródło wody
Objętość
wody[mi3]
Objętość
wody [km3]
Oceany, morza, zatoki
321,000,000
1,338,000,000
--
96.5
Pokrywa lodowa, lodowce,
wieczne śniegi
5,773,000
24,064,000
68.7
1.74
Wody podziemne
5,614,000
23,400,000
--
1.7
słodkie
2,526,000
10,530,000
30.1
0.76
słone
3,088,000
12,870,000
--
0.94
3,959
16,500
0.05
0.001
Wieczna zmarzlina
71,970
300,000
0.86
0.022
Jeziora
42,320
176,400
--
0.013
słodkie
21,830
91,000
0.26
0.007
słone
20,490
85,400
--
0.006
Woda w atmosferze
3,095
12,900
0.04
0.001
Bagna
2,752
11,470
0.03
0.0008
Wilgoć w glebie
Procent wody
słodkiej
Procent całkowitej
objętości 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 monoklinie
Zasilanie bezpośrednie
Zasilanie pośrednie
• w okresie wysokich stanów
• w okresie posusznym
Wody podziemne
w obszarach płytowych
Wody podziemne
w strukturach uskokowych
w rowie tektonicznym
w zrębie tektonicznym
Podział wód podziemnych według Pazdry (1977 )
Strefa
Typy wody
Stan
fizyczny
Aeracji
higroskopijne
błonkowate
kapilarne
wody związane
wsiąkowe
zawieszone
wody wolne
Saturacji
zaskórne
gruntowe
wgłębne
głębinowe
Rodzaje wód
warstwowe
szczelinowe
krasowe
Strefa aeracji i saturacji
1 - warstwa przepuszczalna
2 – 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 pomiaru
stanów 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
wrz 03
lip 03
maj 03
mar 03
sty 03
lis 02
wrz 02
lip 02
maj 02
mar 02
sty 02
lis 01
wrz 01
lip 01
maj 01
mar 01
sty 01
lis 00
wrz 00
lip 00
maj 00
mar 00
Stany wód podziemnych w okresie badawczym (III.2000 – X.2003)
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
PH8
-2
PH9
P5
-2,5
P6
m p.p.t.
P4
-3
P10
PN1
-3,5
-4
-4,5
-5
-5,5
-6
-6,5
-7
PN2
PN3
PN4
PN5
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 podziemnej
Na 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
– L
– t
prędkość skuteczna
odległość otworów obserwacyjnych
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)
Wody
powierzchniowe
9067 hm3 (70%)
Pobór wody
11891 hm3
(100%)
Zużycie wody
Rolnictwo
i leśnictwo
1108 hm3 (10,2%)
10834 hm3
(100%)
Wody podziemne
2824 hm3 (30%)
Produkcja
przemysłowa
7555 hm3 (69,7%)
Zaopatrzenie
ludności
2171 hm3 (20,0%)