PROWINCJA HYDROGEOLOGICZNA NIZINNA; PASMA ZBIORNIKÓW CZWARTORZĘDOWYCH; SUBNIECKI; SUBZBIORNIKI

Transkrypt

1 Draft (nie do rozpowszechniania) PROWINCJA HYDROGEOLOGICZNA NIZINNA; PASMA ZBIORNIKÓW CZWARTORZĘDOWYCH; SUBNIECKI; SUBZBIORNIKI Cz. II : Subniecki, subzbiorniki. 1. Podstawa regionalizacji wg Kleczkowskiego: Na obszarze pasm czwartorzędowych wydzielono szereg struktur podczwartorzędowych tworzących zasobne zbiorowiska wód podziemnych. Nazwano je subnieckami i subzbiornikami przy czym: o rdzeń tych słów (niecka, zbiornik) wynika z formy występowania tych struktur, o przedrostek sub wynika z dwu przyczyn: struktury te są połoŝone pod pokrywą czwartorzędu czyli poniŝej, struktury te posiadają zazwyczaj duŝo niŝszy moduł zasobów dyspozycyjnych od nadległych zbiorników czwartorzędowych. Zasilanie subniecek i subzbiorników odbywa się zazwyczaj drogą pośrednią przez czwartorzęd, a obszary zasilania są ograniczone (wychodnie, wychodnie pod czwartorzęd, okna hydrogeologiczne itp). W pozostałych obszarach izolowanych utworami słabo przepuszczalnymi ocenia się, Ŝe następuje wprawdzie przesiąkanie wód, ale jego intensywność jest niezbyt duŝa. Wydzielono ogółem 5 subniecek trzeciorzędowych, 1 subnieckę kredową oraz 4 subzbiorniki trzeciorzędowe i 1 jurajsko-trzeciorzędowy. o Subniecki trzeciorzędowe to postępując od północy: Subniecka warszawska, SNWa Subniecka poznańska, SNP Subniecka wrocławska SNWr Subniecka kędzierzyńsko-głubczycka SNG-SNK o Subniecka kredowa: Subniecka gdańska SNG o Subzbiorniki trzeciorzędowe to postępując od północy: Subzbiornik Warmia SZW Subzbiornik Podlasie SZPo Subzbiornik Staszów SZS Subzbiornik Bogucice SZB o Subzbiornik jurajsko-trzeciorzędowy: Subzbiornik pomorski SZP 2. Typowe cechy budowy subniecek i subzbiorników W większości struktur ośrodek ma charakter porowy. Wody podziemne występują w utworach piaszczystych i piaszczysto-ŝwirowych. Subzbiornik Warmia w paśmie nadmorskim określono jako porowo-szczelinowy gdyŝ oprócz piasków trzeciorzędowych bierze się teŝ pod uwagę wodonośność szczelinową podścielających utworów kredowych. W obrębie subniecki gdańskiej dominują wody w utworach piaszczystych. W okolicach Gdańska spotyka się 1

2 wprawdzie studnie w utworach kredowych ujmujące wody szczelinowe, ale nie wyróŝniono Ŝadnego obszaru, którego zasoby pozwalałyby na wydzielenie GZWP. Trzeci przypadek to mały subzbiornik Staszów w paśmie przedkarpackim, który posiada charakter porowoszczelinowo-krasowy ze względu na występowanie wód w obrębie trzeciorzędowych piasków oraz wapieni litotamniowych i wapieni detrytycznych. Pozatem praktycznie wszystkie subniecki i subzbiorniki zawierają wody porowe. 3. Warunki zasilania przepływu i drenaŝu. Podstawowym źródłem zasilania wód podziemnych jest pośrednia (przez warstwy nadległe) infiltracja opadów atmosferycznych. Strefy zasilania są zazwyczaj związane z obszarami wyniesionymi morfologicznie (obszary wododziałowe). Odpływ podziemny skierowany jest do głównych regionalnych stref drenaŝu, którymi są główne doliny rzeczne (w przypadku subniecki gdańskiej takŝe morze). W warunkach naturalnych drenaŝ odbywał się pośrednio zazwyczaj przez przepływ pionowy przez warstwy nadległe (okna hydrogeologiczne, przesiąkanie przez warstwy słabo przepuszczalne). W tych warunkach w obszarach przepływu i drenaŝu często występują ciśnienia artezyjskie. W warunkach eksploatacji bazę drenaŝową mogą stanowić ujęcia wód podziemnych. Średnie rzeczywiste szybkości przepływu wód podziemnych są zazwyczaj niewielkie poniŝej 10 m/rok (ruch bardzo wolny) i rzędu m/rok (ruch wolny). Wymiana wody trwa więc setki, tysiące, a nawet dziesiątki tysięcy lat. 3.Główne zbiorniki wód podziemnych (GZWP) i ich ochrona. Na obszarze subniecek i subzbiorników wydzielono 16 GZWP, które czasem obejmują całość wydzielonych struktur, a czasem wydzielone ich fragmenty. Jeden kredowy (GZWP 111 subniecka gdańska) oraz 15 trzeciorzędowych : 4 w subniecce poznańskiej i na jej obrzeŝu; 6 w subniecce wrocławskiej, subnieckę warszawską oraz 2 GZWP na jej obrzeŝu i 2 GZWP w paśmie przedkarpackim. W sumie GZWP tego typu zajmują powierzchnię km 2, przy czym największy GZWP 215 subniecka warszawska obejmuje km 2. Zasoby dyspozycyjne GZWP w subzbiornikach i subnieckach wynoszą około 0.43 km 3 /rok. Moduły zasobów dyspozycyjnych są generalnie niskie. Średni moduł zasobowy wszystkich GZWP tego typu wynosi 0.2 l/s/km 2, a bez SNWa 0.73 l/s/km 2. PrzewaŜnie moduły dla poszczególnych GZWP mieszczą się w granicach l/s/km 2.W SNWa jako całości moduł jest bardzo niski 0.06, a w jej centralnej części (GZWP 215a) jest nieco wyŝszy i wynosi 0.1 l/s/km 2. Warunki ochrony GZWP w subzbiornikach i subnieckach są na ogół dobre ze względu na izolującą rolę nadkładu tych struktur. Mimo tego tylko w pięciu przypadkach (GZWP nr 111, 127, 143, 146, 205) nie zaprojektowano obszarów ochronnych. Konieczność ustanowienia obszarów ochronnych wynika z moŝliwości kontaktów GZWP z powierzchnią przez wychodnie i okna hydrogeologiczne. Powierzchnia obszarów ochronnych stanowią 12.1 % powierzchni subzbiorników i subniecek. 4.Parametry hydrogeologiczne ośrodka wodonośnego: Subniecki trzeciorzędowe: Subniecka warszawska, SNWa związana jest z wodami podziemnymi w piaszczystych utworach oligocenu i miocenu podścielonych przewaŝnie 2

3 marglistymi utworami kredowymi i izolowana od góry na większości obszaru iłami plioceńskimi. MiąŜszość warstw wodonośnych waha się od kilkunastu do 80m w poziomie oligoceńskim i od ok. 2 do 35 m w poziomie mioceńskim. Współczynniki filtracji piasków oligoceńskich są nieco wyŝsze niŝ utworów mioceńskich i wynoszą od około 10-5 m/s do m/s, średnio ok m/s (ok.10 m/d). Dla poziomu mioceńskiego wahają się w granicach od 10-6 m/s do m/s, przeciętnie około m/s.. Przewodność zazwyczaj średnia i wysoka wg klasyfikacji Krasnego najczęściej w przedziale m 2 /d (ok.1-50 m 2 /h). Środowisko hydrogeologiczne jest zazwyczaj słabo lub średnio zróŝnicowane (klasa b i c). Potencjalne wydatki studzien kształtują się najczęściej na poziomie rzędu 10 do ok. 75 m 3 /h. Subniecka poznańska, SNP związana jest z wodami podziemnymi głównie w piaszczystych utworach miocenu oraz oligocenu, podścielonych, przewaŝnie utworami mezozoicznymi i izolowanych od góry na większości obszaru trzeciorzędowymi utworami ilasto-pylastymi. MiąŜszość warstw wodonośnych w GZWP waha się od kilku do około 50m, przeciętnie m. Współczynniki filtracji są zmienne w szerokich granicach, a przeciętnie są rzędu 10-4 m/s (ok.10 m/d). Przewodność jest zazwyczaj średnia i wysoka wg klasyfikacji Krasnego (5-35 m 2 /h), najczęściej w przedziale m 2 /d (ok m 2 /h). Środowisko hydrogeologiczne jest zazwyczaj słabo lub średnio zróŝnicowane (klasa b i c wg Krasnego). Potencjalne wydatki studzien kształtują się średnio na poziomie rzędu 50 m 3 /h, chociaŝ osiągają teŝ do 140 m 3 /h. Subniecka wrocławska SNWr zawiera GZWP w piaszczystych utworach trzeciorzędu o charakterze podobnym do opisywanych w subniecce poznańskiej. MiąŜszość utwotów wodonośnych zmienia się od kilku do 44 m wynosząc przeciętnie m. Współczynnik filtracji przyjmuje wartości od od m/s do m/s, przeciętnie około m/s.. Przewodność zazwyczaj średnia i wysoka wg klasyfikacji Krasnego najczęściej w przedziale m 2 /d (ok.5-10 m 2 /h). Środowisko hydrogeologiczne jest zazwyczaj słabo lub średnio zróŝnicowane (klasa b i c). Potencjalne wydatki studzien kształtują się najczęściej na poziomie rzędu 20 do ok. 50 m 3 /h. Subniecka kędzierzyńsko-głubczycka SNG-SNK zawiera jeden GZWP332 w piaszczystych utworach trzeciorzędu (sarmat) łączący się z czwartorzędowym poziomem dolin kopalnych. Razem tworzą one wspólny zbiornik wód podziemnych. Piaszczyste utwory wodonośne sarmatu o miąŝszości rzędu m są od góry izolowane ilasto-pylastymi utworami trzeciorzędowymi o miąŝszości rosnącej ku centrum subniecki. W centrum spągowy poziom doliny kopalnej o miąŝszości utworów piaszczysto-ŝwirowych od 5 do 30 m jest od góry izolowany glinami czwartorzędowymi w których zdarzają się okna hydrogeologiczne. Współczynnik filtracji utworów piaszczystych sarmatu jest rzędu od 10-5 m/s do 10-4 m/s, przeciętnie około m/s.. Przewodność zazwyczaj wysoka wg klasyfikacji Krasnego najczęściej w przedziale m 2 /d (ok.4-50 m 2 /h). Środowisko hydrogeologiczne jest zazwyczaj słabo lub średnio zróŝnicowane (klasa b i c). Potencjalne wydatki studzien kształtują się najczęściej na poziomie rzędu kilkunastu do ok. 100 m 3 /h. 3

4 Subniecka kredowa: Subniecka gdańska SNG. Jednostka ta została wydzielona z uwagi na zasobny zbiornik wód podziemnych w utworach kredy (GZWP 111). Zbiornik ten jest trójdzielny jego górną i dolną część tworzą serie piaszczyste, a środkową seria węglanowo krzemionkowa. Eksploatowane są głównie wody porowe w piaskach średnioziarnistych o miąŝszości rzędu 50 do około 100m ujmowanych studniami na głębokościach m. Współczynniki filtracji piasków stropowych i spągowych są najczęściej rzędu 3 do m/s.. Współczynnik filtracji serii węglanowo-krzemionkowej zmienia się od do m/s. Przewodność całego kompleksu jest zazwyczaj wysoka wg klasyfikacji Krasnego najczęściej w przedziale m 2 /d (ok m 2 /h). Środowisko hydrogeologiczne jest słabo lub średnio zróŝnicowane (klasa b i c). Wydatki pojedynczych studzien osiągają do 80 m 3 /h, choć ponad 50 lat temu wynosiły nawet 100 do 200 m 3 /h. Subzbiorniki trzeciorzędowe. Subzbiornik Warmia SZW został wydzielony z uwagi na obecność zbiornika wód podziemnych (GZWP 205). Posiada on niewielkie zasoby całkowite (60000 m 3 /d) mimo duŝej powierzchni. Zbiornik został określony jako trzeciorzędowy o charakterze porowym, chociaŝ bierze się teŝ pod uwagę wodonośność szczelinową podścielających utworów kredowych. Wody eksploatowane są z głębokości rzędu m. Subzbiornik Staszów SZS jest małym zbiornikiem w paśmie przedkarpackim, o mieszanym charakterze: porowym (piaski podlitotamniowe) i porowoszczelinowo-krasowym ze względu na występowanie wód w obrębie trzeciorzędowych wapieni litotamniowych i wapieni detrytycznych. Wydajność pojedyńczych studzien osiąga wartości od 6 aŝ do 200 m 3 /h, a wydatki jednostkowe wahają się w granicach 2 do 10 m 3 /h/m Subzbiornik Bogucice SZB na E od Krakowa naleŝy do GZWP451 o powierzchni około 176 km 2 i wyznaczony został w oparciu o kryteria indywidualne. Warstwę wodonośną stanowią tzw. piaski bogucickie o łącznej miąŝszości od 5 do 60 m (lokalnie ponad 100m) Współczynniki filtracji wahają się od to m/s, ze średnią geometryczną m/s. Wydatki pojedynczych studzien o głębokościach rzędu 60 do 200 m osiągają od 4 do 200 m 3 /h, a wydatek jednostkowy osiąga wartość od kilku do kilkunastu m 3 /h/m. Subzbiornik jurajsko-trzeciorzędowy: Subzbiornik pomorski SZP jest zbiornikiem wodonośnym wyznaczonym wstępnie, dotychczas nie rozpoznanym dostatecznie dla wyznaczenia w jego obrębie GZWP. Utworami potencjalnie wodonośnymi są piaszczyste utwory trzeciorzędowe oraz występujące pod nimi utwory piaszczyste i piaskowcowe jury dolnej (lias). Subzbiornik połoŝony jest w osiowej wyniesionej części antyklinorium środkowo-polskiego w obszarze gdzie ze względu na korzystne warunki wymiany wody moŝna spodziewać się wód słodkich. 5. Jakość wód podziemnych. W obrębie subniecek i subzbiorników dominują wody klasy Ic, tylko w subniecce gdańskiej GZWP 111 i części subniecki warszawskiej GZWP 215A występują wody klas Ia,b. Wody klasy Ib stwierdza się obok Ic w niektórych GZWP subniecki poznańskiej (GZWP 127, 4

5 140, 143, 146), a takŝe w subniecce wrocławskiej (GZWP 319 i 321) oraz w subzbiorniku Podlasie (GZWP 224). Wody subniecek i subzbiorników są generalnie dobrze chronione od powierzchni utworami słabo przepuszczalnymi, co powoduje, Ŝe zawarte w nich wody pozbawione są wpływów antropogenicznych. Wody takie są często wykorzystywane jako wysokiej klasy butelkowane wody pitne i sprzedawane jako naturalne wody źródlane i naturalne wody mineralne (szczególnie wody z oligoceńskiego poziomu wodonośnego subniecki warszawskiej). Pewnym problemem są czasami niekorzystne geogeniczne zmiany składu wód. NaleŜą do nich najczęściej: Obecność wód o podwyŝszonej barwie w obrębie utworów mioceńskiej formacji burowęglowej (subniecka poznańska oraz częściowo subniecka warszawska i subniecka wrocławska). Zabarwienie wynika z obecności substancji organicznych i jest niestety trudne do usunięcia przy uzdatnianiu. Obecność wód zasolonych w podłoŝu subniecek i subzbiorników moŝe powodować lokalne, ascenzyjne podciąganie wód o podwyŝszonej mineralizacji. Typowe wody posiadają mineralizację około 200 do 600 mg/l. Są to wody o zróŝnicowanej twardości od miękkich przez średnio twarde do twardych. Najczęściej twardość ogólna jest rzędu 3-10 mval/l ( mg CaCO 3 /L). W warunkach naturalnych dominują wody typu HCO 3 -Ca wg Altowskiego-Szwieca. W strefach geogenicznego podciągania wód zmineralizowanych moŝliwe są podwyŝszone stęŝenia chlorków (subniecka warszawska i poznańska oraz rzadziej siarczanów (subniecka kędzierzyńsko-głubczycka). Wody subniecek i subzbiorników naleŝą do struktur zakrytych, w których panują warunki sprzyjające naturalnie podwyŝszonej zawartości Ŝelaza i manganu, na skutek panujących w nich warunków utleniająco-redukcyjnych (obniŝone Eh). Naturalna przeciętna zawartość Ŝelaza jest prawie zawsze wyŝsza od dopuszczalnej zawartości w wodach pitnych ( 0.2 mg Fe/L oraz 0.05 mg Mn/L), co oznacza niezbędność odŝelaziania i odmanganiania wody. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe usuwanie Ŝelaza i manganu wymagane jest ze względów estetycznych (mętnienie wody po zetknięciu z powietrzem, wytrącanie rdzawych osadów wodorotlenków Ŝelaza itp.), a nie ze względów na szkodliwość dla zdrowia. Do innych lokalnych zagroŝeń geogenicznych naleŝy podwyŝszona zawartość fluorków w niektórych rejonach subniecki gdańskiej. 5

6 Rys 1. Przekrój przez subnieckę warszawską (wg B. Paczyńskiego). Mimo ogromnych rozmiarów zbiornik wód podziemnych obejmujący centralną część niecki (GZWP 215A) posiada zasoby dyspozycyjne około m 3 /d, co nie wystarcza do zaopatrzenia Warszawy w wodę pitną. Warszawa zuŝywa około m 3 /d i musi pozyskiwać wodę z Wisły i Bugo-Narwi. 6

7 Cumulative Frequency Cumulative Frequency Ca Mg Na K HCO 3 SO 4 Cl NO 3 NH 4 DOC NO 3 NH 4 5 Ca a) 2 HCO 3 1 0,001 0,01 0, Concentration (mg L -1 ) Al As B Ba Fe Mn Sr U Zn U As DOC K Concentration (µg L -1 ) Mg Cl Na SO % 84% Median (50%) 16% 2.3% 97.7% 5 b) B 2 Mn Fe 2.3% 1 0,0001 0,001 0,01 0, Al Zn Ba Sr 84% Median (50%) 16% Rys.2. Przedziały stęŝeń składników głównych (a) oraz mikroelementów (b) w wodach sarmackiego poziomu wodonośnego subniecki kędzierzyńsko-głubczyckiej (GZWP 332) 7

8 Rys.3 Przykład strefowości hydrogeochemicznej i hydrodynamicznej w Subzbiorniku Bogucice (SZB) Objaśnienia: przekrój jest zeschematyzowany dla potrzeb modelowania programem Visual Modflow. Niebieskie to słaboprzepuszczalne, trzeciorzędowe utwory ilasto-pylaste rozdzielające warstwy wodonośne. Białe to piaszczyste utwory trzeciorzędowe (piaski bogucickie) stanowiące główne warstwy wodonośne subzbiornika bogucickiego oraz przepuszczalne utwory czwartorzędowe. linie prądu (strzałki co 50 lat) pokazują kierunki i czasy przepływu wody. Linie ekwipotencjalne wysokości hydraulicznej [m npm] pokazują efekt eksploatacji wody przez ujęcie dla Wieliczki. Pytania Określ przybliŝony czas przepływu w najgłębszej warstwie wodonośnej od wychodni po strefę drenaŝu w dolinie Wisły. 8