Plan wykładu. 1. Pochodzenie wód podziemnych. 2. Klasyfikacja wód podziemnych

Transkrypt

1 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

2 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

3

4 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.

5 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

6 Obieg duży Obieg mały

7 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

8 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.

9 Światowe zasoby wodne

10 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, Źródło wody Objętość wody[mi3] Objętość wody [km3] Oceany, morza, zatoki 321,000,000 1,338,000, Pokrywa lodowa, lodowce, wieczne śniegi 5,773,000 24,064, Wody podziemne 5,614,000 23,400, słodkie 2,526,000 10,530, słone 3,088,000 12,870, ,959 16, Wieczna zmarzlina 71, , Jeziora 42, , słodkie 21,830 91, słone 20,490 85, Woda w atmosferze 3,095 12, Bagna 2,752 11, Wilgoć w glebie Procent wody słodkiej Procent całkowitej objętości wody

11 ZASILANIE WÓD PODZIEMNYCH: - infiltracja opadów atmosferycznych, - infiltracje wód powierzchniowych (z rzek, jezior), - sztuczna infiltracja (z basenów lub stawów infiltracyjnych, ze studni chłonnych, rurociągów nawadniających).

12 Zasilanie wód podziemnych przez okna hydrogeologiczne powstałe wskutek wyklinowania się warstwy nieprzepuszczalnej okno sedymentacyjne

13 Wody podziemne w strukturach geologicznych

14 Wody podziemne w strukturach fałdowych w antyklinie w synklinie

15 Wody podziemne w monoklinie Zasilanie bezpośrednie Zasilanie pośrednie w okresie wysokich stanów w okresie posusznym

16 Wody podziemne w obszarach płytowych

17 Wody podziemne w strukturach uskokowych w rowie tektonicznym w zrębie tektonicznym

18 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

19

20 Strefa aeracji i saturacji 1 - warstwa przepuszczalna 2 warstwa nieprzepuszczalna

21 Wody w strefie aeracji

22 Woda zawieszona

23 Wody w strefie saturacji woda gruntowa woda wgłębna woda głębinowa

24 Woda gruntowa i woda zaskórna

25 Zwierciadło wody napięte i swobodne

26 Wody artezyjskie i subartezyjskie

27

28

29 Wody krasowe i źródło krasowe

30 Wody szczelinowe i źródło szczelinowe

31 Gwizdek studzienny

32 Urządzenia do pomiaru stanów wody podziemnej

33

34 Wahania stanów wód podziemnych w ciągu roku i w wieloleciu

35

36

37

38 Mapa hydroizohips

39 Rzeka drenująca Studnia odwadniająca

40 Rzeka infiltrująca Staw infiltracyjny

41 Układ hydroizohips w sąsiedztwie budowli piętrzącej

42

43

44

45 Wahania stanów wód podziemnych w ciągu roku i w wieloleciu

46 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

47 Młaki, wysięki, źródła

48 Źródła warstwowe, zaporowe uskokowe, zaporowe

49 Źródła warstwowe, descensyjne uskokowe, ascensyjne

50

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

52

53 h

54 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

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

56 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)

57 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)

58 Maksymalna prędkość skuteczna: v s max = L / t1 Dominująca prędkość skuteczna: v s d = L / t2 Średnia pędkość skuteczna: v s śr = L / t3

59 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 hm3 (100%) Zużycie wody Rolnictwo i leśnictwo 1108 hm3 (10,2%) hm3 (100%) Wody podziemne 2824 hm3 (30%) Produkcja przemysłowa 7555 hm3 (69,7%) Zaopatrzenie ludności 2171 hm3 (20,0%)