Dynamika stanów wód podziemnych na przedpolu

Dynamika stanów wód podziemnych na przedpolu

Sebastian BUCZY SKI, Stanisław STA KO, Robert TARKA
Uniwersytet Wrocławski, Instytut Nauk Geologicznych; e-mail: [email protected]
DYNAMIKA STANÓW WÓD PODZIEMNYCH NA PRZEDPOLU
SUDETÓW NA PRZYKŁADZIE STACJI W ZEBRZYDOWIE
DYNAMICS OF THE HYDRAULIC HEADS ON THE SUDETY MOUNTAINS FOREGROUND - THE
ZEBRZYDÓW STATION
Słowa kluczowe: monitoring, wahania zwierciadła wód podziemnych, opad, korelacja
Keywords: monitoring, dynamics of groundwater, precipitation, correlation
Abstract: Interpretation of long term water level fluctuation in porous Quaternary and Tertiary
aquifers in SW Poland have been presented. Statistical analysis indicated average water level change in
range from 1.2 m to 1.8 m based on measurements data from 1988-1999 years in three observation wells.
Low correlation with precipitation amount and distribution have been showed. Upper Quaternary aquifer
indicated seasonal variation and reaction for recharge in two months when lower aquifers showed delayed
respond 2-4 years.
1. WST P
Coraz dłu szy czas obserwacji stanów wód podziemnych przekłada si na coraz
wi ksz liczb publikacji, w których podj to próby analizy wieloletnich waha zwierciadła
wód. W pracach tych oprócz przedstawiania prawidłowo ci zachodz cych w re imie wód
podziemnych autorzy cz sto staraj si wyznaczy widoczne trendy zmian i okre li ich
przyczyny za pomoc podstawowych parametrów statystycznych.
Przegl dowe prace dla obszaru Polski Chełmickiego (1986, 1991), wykazuj na podstawie
obserwacji z lat 1961-1980 wzrost stanów zwierciadła wody w przewa aj cej cz ci kraju.
Równie
prace o zasi gu lokalnym , jak na przykład opracowanie Dynowskiej i
Pietrygowej (1978) z dorzecza górnej Wisły, Kazimierskiego (1999) z obszaru niecki
mazowieckiej oraz Guzik i in. (1999) dla Regionu
l sko-Krakowskiego na podstawie
analizy ci gów kilkunasto- do 25-letnich wykazuj tendencj do wzniosu zwierciadła wód
podziemnych. Przyczyny wzniosu zwierciadła autorzy upatruj we wzro cie sum opadów
(Chełmicki, 1986, 1991; Dynowska, Pietrygowa, 1978) oraz zmniejszeniem eksploatacji
wód podziemnych (Kazimierski, 1999; Guzik i in., 1999).
D browski (1997) analizuj c odnawialno
podziemnych
Wielkopolski
stwierdza
tendencj
trzeciorz dowego zbiornika wód
systematycznego
zwierciadła wody w rejonie wysoczyzny redzkiej. Warto
obni ania
si
spadku zwierciadła wody
wynosiła 0,17 m/rok w latach 1975-1982 i wzrosła w latach 1983-1993 do 0,47 m/rok.
Zahamowanie spadku zwierciadła wody nast piło w 1994 roku. Obserwacje te autor wi e
bardziej z obni eniem poboru wód, ni ze zwi kszeniem zasilania opadowego.
1
Dla obszaru Sudetów i bloku przedsudeckiego Tarka (1997) w analizowanym przez
siebie dwudziestoleciu (1961-1980) nie obserwuje statystycznie istotnych zmian w
poło eniu zwierciadła wody. Wnioskuje równie
e obecnie prognozowany wzrost
kontynentalizmu klimatu w Polsce nie spowoduje obni enia zasobów wód podziemnych
na obszarze Sudetów
i ich przedpola. Innego zdania s
Górski i Przybyłek (1997) którzy twierdz ,
e
niekorzystnym zjawiskiem kontynentalizmu klimatu jest zwi kszenie opadów w okresie
zimowym i ich spadek latem. Mo e to mie bardzo du y wpływ na spadek jako ci i
niedobór ilo ci wody podziemnej i powierzchniowej w okresach letnich susz.
Celem tej pracy jest scharakteryzowanie zmian poło enia zwierciadła wód
podziemnych na przedpolu Sudetów w czwartorz dowym i dwóch trzeciorz dowych
poziomach wodono nych w 12-leciu 1988-1999. Ponadto podj to prób zaobserwowania
w jakim stopniu opady atmosferyczne wpływaj
na poło enie zwierciadła wody
w poszczególnych poziomach wodono nych.
Do wst pnej analizy waha zwierciadła wód podziemnych wytypowano dane pomiarowe
z trzech studni nale cych do stacji hydrogeologicznej w Zebrzydowie, która jest cz ci
Sieci Stacjonarnych Obserwacji Wód Podziemnych (PIG, Warszawa). Stacja ta poło ona
jest
ok. 7 km na NE od miasta widnicy i znajduje si w obr bie makroregionu Przedgórza
Sudeckiego.
Jest to jedyna stacja monitoringowa I-rz du w obszarze regionu wrocławskiego i
sudeckiego w której prowadzone s obserwacje waha zwierciadła wody w poziomie
czwartorz dowym (studnia 710-3) i dwóch poziomach trzeciorz dowych, płytszym
(studnia 710-2) i gł bszym (studnia 710-1). Otwory te znajduj si w odległo ci około 5
metrów od siebie a ich parametry jak i dokładniejsz charakterystyk całej stacji mo na
znale
w pracy Gurwina i in. (2001).
Dane na temat wielko ci opadów atmosferycznych pochodz ze stacji meteorologicznej we
Wrocławiu nale cej do Zakładu Meteorologii i Klimatologii, Instytutu Geografii i
Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego.
2. WYNIKI
Analiza danych wykazała, e rednia roczna amplituda waha zwierciadła wód dla
omawianych otworów wynosi od 0,5 metra w studni najgł bszej do 1,07 metra w studni
2
najpłytszej (Tab.1). W otworach tych widoczna jest tak e prawidłowo
przestrzennych
zmian redniej rocznej amplitudy pi tra trzeciorz dowego, która pozostaje taka sama na
ró nych gł boko ciach i od roku 1992 nie przekracza 0,5 m.
Stosunek
redniej rocznej amplitudy z wielolecia do amplitudy wieloletniej wynosi
odpowiednio: 0,367 dla studni 710-1, 0,454 dla studni 710-2 i 0,571 dla studni 710-3.
Z warto ci tych wynika, e wraz ze wzrostem gł boko ci ujmowania warstwy wodono nej
zaznacza si przewaga waha wieloletnich nad zmianami sezonowymi.
Tab. 1. Wybrane parametry statystyczne waha zwierciadła wód podziemnych z wielolecia
Tab. 1. Selected statistics characteristic of water level fluctuation
L.p.
1
2
3
Punkt
obserwacyjny
(wiek uj tej
warstwy)
710-1 (Tr 1)
Zebrzydów
710-2 (Tr 2)
Zebrzydów
710-3 (Q)
Zebrzydów
Maksimum Minimum
z wielolecia
z
[m p.p.t.]
wielolecia
[m p.p.t.]
12,29
13,65
rednia
12,97
rednia
Amplituda Stosunek
Okres
roczna
wieloletnia amplitudy obserwacji
amplituda
[m]
rocznej do
[m]
wieloletniej
0,5
1,36
0,367
1988-1999
11,74
12,95
12,45
0,55
1,21
0,454
1988-1999
0,65
2,53
1,59
1,075
1,88
0,571
1988-1999
Pomiary dynamiki zwierciadła wody w obu studniach ujmuj cych wody pi tra
trzeciorz dowego maj
podobny przebieg (Ryc. 1, Ryc. 4) i odzwierciedlaj
roczne
tendencje obni ania i podnoszenia (Konoplancew, Siemionow, 1979). Od roku 1988 do
1995 widoczny jest stopniowy spadek poziomu zwierciadła wody. Spadek ten wyniósł dla
studni
710-1 – (0,8 m) i dla studni 710-2 (0,3 m). Od roku 1996 widoczny jest wzrost poziomu
zwierciadła wody.
3
Q
Tr
160
710-3
1
11
2
710-2
12
80
710-1
3
13
25-pa -99
22-mar-99
17-sie-98
12-sty-98
09-cze-97
04-lis-96
01-kwi-96
28-sie-95
23-sty-95
20-cze-94
15-lis-93
12-kwi-93
07-wrz-92
03-lut-92
01-lip-91
0
26-lis-90
15
23-kwi-90
5
40
18-wrz-89
14
13-lut-89
4
Opad [mm]
120
11-lip-88
Gł boko
do zwierciadła [m p.p.t.]
10
Ryc. 1. Stany wód podziemnych w obserwowanych studniach
Fig. 1. Groundwater level fluctuations in observation wells
Periodogramy okresowo ci zmian poło enia zwierciadła wody (Ryc. 2) wykazuj ,
e okres zmienno ci wzrasta wraz ze wzrostem gł boko ci poło enia warstwy wodono nej.
W studni najpłytszej, ujmuj cej poziom czwartorz dowy (Ryc. 2. 710-3) okresowo
zmian poło enia zwierciadła wody wynosi 1-rok i 2-lata. W studni 710-2 oprócz
okresowo ci jednorocznej i dwuletniej zaznacza si okresowo
3,5-4 letnia, natomiast w
studni najgł bszej ujmuj cej dolne pi tro trzeciorz dowe widoczna jest jedynie
okresowo
Cho
3,5-4 letnia.
wykresy korelacyjne wskazuj
generalnie na bardzo nisk
zale no
pomi dzy opadami a stanami wód podziemnych, mo na zauwa y pewne prawidłowo ci.
Najpłytszy poziom wodono ny reaguje na stosunkowo małe zmiany wysoko ci opadów.
Reakcja
w postaci wzniosu zwierciadła wody w poziomie czwartorz dowym jest stosunkowo
szybka i nast puje około dwa miesi ce po opadzie (Ryc. 3 710-3).Wówczas to korelacja
pomi dzy opadami a wzniosem zwierciadła wody jest najwi ksza - warto
współczynnika
korelacji
r = -0,21.
Zupełnie inaczej wygl da sytuacja w gł bokich studniach ujmuj cych izolowane
poziomy wodono ne pi tra trzeciorz dowego, gdzie reakcj obserwuje si po roku lub
4
dwóch latach. Studnie 710-1 i 710-2 zareagowały na wysokie warto ci opadów w roku
1995 dopiero w 1996 roku (Ryc. 4).
Jednocze nie prowadzone badania i analizy wykazuj , e wzrost stanów zwierciadła wody
jest zale ny od zmniejszaj cych si wielko ci poborów w zlewni, co wcze niej wykazali
Buczy ski i Sta ko (2004).
W poziomach trzeciorz dowych korelacja pomi dzy miesi cznymi warto ciami opadów
i stanów wód nie jest widoczna (ryc. 3; 710-2).
Tak niska korelacja z opadami i niewielkie sezonowe wahania zwierciadła wód w
poziomach trzeciorz dowych wskazuj , e zasilanie tych warstw nast puje przez infiltracj
wód z czwartorz du i jest ono równomierne w ci gu roku. Wahania zwierciadła wody
w trzeciorz dowych warstwach wodono nych uzale nione s
utworach czwartorz dowych ni od bezpo redniej dostawy wody.
5
bardziej od zmian w
5
3
3,5- 4 lat
rz dna
4
2
1
0
0
0,1
0,2
cz sto
0,3
0,4
0,5
0,4
0,5
0,4
0,5
studnia 710-1
2,4
2
3,5- 4 lat
rz dna
1,6
1,2
0,8
2 lata
1 rok
0,4
0
0
0,1
0,2
cz sto
0,3
studnia 710-2
8
rz dna
6
4
2 lata
1 rok
2
0
0
0,1
0,2
cz sto
0,3
studnia 710-3
Ryc. 2. Periodogramy zmian poło enia zwierciadła wody
Fig.2. Periodograms groundwater levels fluctuation
6
1
wsp. korelacji
0,6
0,2
-0,2
-0,6
-1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
30
35
40
45
przesuni cie [miesi ce]
studnia 710-2
1
wsp. korelacji
0,6
0,2
-0,2
14
2
-0,6
-1
0
5
10
15
20
25
przesuni cie [miesi ce]
studnia 710-3
Ryc. 3. Korelacja pomi dzy opadami a stanami zwierciadła wód podziemnych
Fig. 3. Correlation between precipitation and groundwater level fluctuations
Chmal (2004) wykazał na podstawie analizy zmienno ci dwóch wska ników CI
(index cyrkulacyjny) i NAO (oscylacja północno-atlantycka) quasi-siedmioletni
cykliczno
przyrodnicz , któr powi zał z prawdopodobie stwem wyst pienia wielkich
powodzi, obejmuj cych dorzecze rodkowej i górnej Odry (co 7, 14, 21 lat). By mo e ta
siedmioletnia cykliczno
ma tak e wpływ na wieloletnie tendencje wzniosu b d spadku
zwierciadła wód. Jednak na podstawie dotychczasowych stosunkowo krótkich obserwacji
(dane 1988-1999; 12 lat) nie mo na w sposób jednoznaczny potwierdzi czy zmienno
dynamiki wód podziemnych zachodzi w cyklu quasi-siedmioletnim.
Autorzy wyra aj podzi kowanie Pa stwowemu Instytutowi Geologicznemu
7
w Warszawie za udost pnienie danych z bazy SOH oraz Instytutowi Geografii i Rozwoju
Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego za udost pnienie danych o wielko ciach
opadów.
pi tro
Q
Tr
1500
710-2
1
710-1
13
1200
710-3
900
3
600
14
684.1
4
420.2
487.1
479
652.2
669.4
549.9
499.6
300
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
0
1991
15
1989
5
474.4
555.1
Ryc. 4. rednie roczne stany wód podziemnych na tle rocznych sum opadów
Fig. 4. Average annual groundwater levels in the connection with annual precipitation
3. PODSUMOWANIE
Analiza wieloletnich pomiarów stanów wód podziemnych na stacji w Zebrzydowie
wykazała, e wraz ze wzrostem gł boko ci ujmowania warstwy wodono nej zaznacza si
przewaga waha wieloletnich nad wahaniami sezonowymi.
W studniach czwartorz dowych widoczne s wahania sezonowe a okresowo
zmian
poło enia zwierciadła wody wyst puje w cyklu rocznym i dwuletnim. W studniach
trzeciorz dowych ujmuj cych górny poziom wodono ny oprócz okresowo ci rocznej
i dwuletniej widoczne s
trendy 3,5 - 4 letnie. Natomiast w studniach ujmuj cych
trzeciorz dowy dolny poziom wodono ny zaznacza si tylko okresowo
3,5 - 4 letnia.
Korelacja pomi dzy opadami a stanami wód podziemnych jest bardzo niska (r = - 0,21)
i widoczna tylko w czwartorz dowym poziomie wodono nym.
Reakcja na opad w przypadku płytkich poziomów wodono nych jest stosunkowo szybka
8
Opad [mm]
2
1990
Gł boko
do zwierciadła [m p.p.t.]
12
i wynosi około 2 miesi cy. Gł bokie poziomy trzeciorz dowe reaguj na zwi kszenie
opadów z opó nieniem 1-2 rocznym.
W celu dokładniejszego poznania okresowo ci zmian poło enia zwierciadła wody oraz
jego korelacji z opadami i wzajemnych korelacji pomi dzy ró nymi poziomami
wodono nymi niezb dne jest kontynuowanie bada w celu zebrania dłu szych ci gów
obserwacyjnych. Wykonane badania statystyczne b d
pomocne przy rozpoznaniu
sposobów zasilania warstw wodono nych, pr dko ci tego procesu a tym samym ocenie
zasobów odnawialnych wód podziemnych
Praca ta stanowi fragment projektu KBN Nr. 5 T12B 056 25 pt.: Warunki
hydrogeologiczne osadowych formacji trzeciorz du bloku przedsudeckiego.
4. LITERATURA
Baza Stacjonarne Obserwacje Hydrogeologiczne (SOH) – Dane o stanach zwierciadła
stacji 710-1, 710-2, 710-3. PIG - Warszawa
BUCZY SKI S., STA KO S., 2004 – Zmiany i tendencje zachodz ce w gospodarce
wodami podziemnymi na terenie Dolnego l ska na przykładzie zlewni Bystrzycy.
Geologiczne i rodowiskowe problemy gospodarowania i ochrony doliny górnej i
rodkowej Odry, Wrocław: 165-176
CHEŁMICKI W., 1986 – Wieloletnia tendencja zmian zwierciadła wód gruntowych w
Polsce w latach 1951-1978. Prace Geograficzne, z. 67, Prace Instytutu Geograficznego UJ,
z 89, PWN, Warszawa
CHEŁMICKI W., 1991 – Zmiany poło enia zwierciadła wód gruntowych na tle zmian
opadów atmosferycznych w latach 1961-1980. Prace Geograficzne, z. 83, Prace Instytutu
Geograficznego UJ, z. 105, PWN, Warszawa
CHMAL H., 2004 – Nowa metoda prognozowania powodzi w dorzeczu Odry. Przegl d
Geologiczny, vol. 52, nr 11: 1096-1097
D BROWSKI S., 1997 – Odnawialno
trzeciorz dowego zbiornika wód podziemnych
wielkopolski. Współczesne Problemy Hydrogeologii, t. VIII, Pozna : 33-39
DYNOWSKA I., PIETRYGOWA Z., 1978 – Wieloletnie fluktuacje zwierciadła wód
gruntowych w dorzeczu górnej Wisły. Czasop. Geograficzne, t. 49, z. 2, PWN, Warszawa
9
GÓRSKI J., PRZYBYŁEK J., 1997 – Wpływ suszy w latach 1989 –1992 na warunki
eksploatacji infiltracyjnych uj
wody w dolinie Warty. Współczesne Problemy
Hydrogeologii, t. VIII, Pozna : 1-8
GURWIN J., KAZIMIERSKI B., LUBCZY SKI M., 2001 – Automatyzacja systemów
monitoringu hydrogeologicznego na przykładzie projektu rozwoju stacji
hydrogeologicznej w Zebrzydowie koło widnicy. Współczesne Problemy Hydrogeologii
X, tom 2, Wrocław: 35-46
GUZIK M., LISZKA P., PACHOLEWSKI A., 1999 – Interpretacja wieloletnich wyników
pomiarów zwierciadła wód podziemnych wybranych poziomów wodono nych regionu
l sko-Krakowskiego. Współczesne Problemy Hydrogeologii, t. IX, Kielce: 89-104
KAZIMIERSKI Bogusław., 1999 – Dynamika stanów wód pi tra trzeciorz dowego
centralnej cz ci Niecki Mazowieckiej. Współczesne Problemy Hydrogeologii, tom IX,
Kielce: 431-434
KONOPLANCEW A., SIEMIONOW S. M., 1979 – Prognozowanie i kartograficzne
odwzorowanie re imu wód gruntowych. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa : s. 235
TARKA R., 1997 – Zmiany poło enia zwierciadła wód podziemnych na wybranych
przykładach z obszaru Sudetów i na ich przedpolu na tle warunków opadowych.
Współczesne Problemy Hydrogeologii, tom VIII, Pozna : 393-396
10