Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty

Transkrypt

1 Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty 285 Tomasz Gidziñski Pañstwowy Instytut Geologiczny Rakowiecka 4, Warszawa tgid@pgi.waw.pl Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty Groundwater divide and topographic divide in the Utrata river catchment Streszczenie W niniejszym opracowaniu scharakteryzowano warunki hydrogeologiczne czwartorzêdowych warstw wodonoœnych wystêpuj¹cych na terenie fragmentu zlewni rzeki Utraty. Ponadto przedstawiono przebieg wyznaczonego dzia³u wód podziemnych na tle dzia³u topograficznego. Summary The paper shows hydrogeological characteristics of Quaternary aquifers located in the Utrata river basin. The main purpose is to show a course of groundwater divide against a background of topographic divide. Wstêp Przyjmuje siê, e obszarem bilansowania i oceny warunków formowania siê iloœci i jakoœci wód jest zlewnia rzeczna. W przypadku ³¹cznego analizowania wód powierzchniowych i podziemnych, gdy pojawiaj¹ siê niezgodnoœci w przebiegu zlewni podziemnej i powierzchniowej, fakt ten nale y uwzglêdniaæ zawsze na etapie badañ i pomiarów jak i analizy wyników. Dlatego wiedza o przebiegu granic obu ze zlewni jest niezbêdna. W artykule przedstawione zosta³y ró nice w identyfikacji i po³o eniu dzia³u wód podziemnych i dzia³u topograficznego na przyk³adzie œrodkowej czêœci zlewni rzeki Utraty. Po³o enie obszaru badañ i zarys budowy geologicznej Obszar badañ po³o ony jest w zlewni rzeki Utraty, bêd¹cej lewobrze nym dop³ywem Bzury, na terenie Niziny Mazowieckiej, 38 kilometrów na pó³nocny zachód od Warszawy (ryc. 1). Na pó³noc

2 286 Tomasz Gidziñski od wyznaczonego dzia³u wód podziemnych zlewni Utraty wody podziemne w sp³ywie podpowierzchniowym (œródpokrywowym) i podziemnym docieraj¹ do górnego odcinka zlewni kana³u Olszowieckiego, wytypowanego jako zlewnia kontrolna stacji bazowej Zintegrowanego Monitoringu Œrodowiska Przyrodniczego Po ary. Ryc. 1. Lokalizacja terenu badañ Fig. 1. Location of the studied area W celu wyznaczenia granicy zlewni wód podziemnych w rejonie miejscowoœci Osiek (B³onie) Paw³owice wykonano w latach kartowanie hydrogeologiczne, w tym dokonano pomiaru wysokoœci po³o enia zwierciad³a wód podziemnych w 187 studniach kopanych ujmuj¹cych przypowierzchniow¹ warstwê wodonoœn¹. Teren badañ charakteryzuje siê skomplikowan¹ budow¹ geologiczn¹ oraz zró nicowan¹ mi¹ - szoœci¹ i rozprzestrzenieniem w poziomie warstw wodonoœnych, zw³aszcza przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego. Widoczne jest bezpoœrednie powi¹zanie mi¹ szoœci osadów czwartorzêdowych z ukszta³towaniem stropu powierzchni osadów trzeciorzêdowych (i³ów plioceñskich). Osady czwartorzêdowe na terenie zlewni Utraty charakteryzuj¹ siê du ¹ zmiennoœci¹ wykszta³cenia litologicznego oraz czêsto zredukowanymi profilami stratygraficznymi. Zmiennoœæ wystêpowania poszczególnych ogniw czwartorzêdu oraz ich zró nicowana mi¹ szoœæ stanowi¹ przyczynê du ej zmiennoœci i z³o onoœci warunków hydrogeologicznych obszaru badañ (ryc. 2).

3 Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty 287 Ryc. 2. Przekrój hydrogeologiczny na linii Rochaliki Leszno (Wielomska 1976) Fig. 2. Hydrogeological cross section Rochaliki Leszno (Wielomska 1976) Ryc. 3. Przekrój geologiczny œrodkowa czêœæ strefy krawêdziowej poziomu b³oñskiego 1 piasek ze wirem, 2 piasek œrednioziarnisty, piasek gruboziarnisty, 3 piasek drobnoziarnisty, 4 mu³ki, 5 glina, 6 i³ (Krogulec, Sikorska Maykowska 1999) Fig. 3. Geological cross section central part of Warsaw Blonie Terrace margin zone 1 sand with gravel, 2 medium sand and coarse sand, 3 fine sand, 4 silt, 5 till, 6 clay (Krogulec, Sikorska Maykowska 1999)

4 288 Tomasz Gidziñski Warunki hydrogeologiczne Na podstawie analizy profili otworów wiertniczych oraz dokumentacyjnych materia³ów archiwalnych stwierdzono wystêpowanie na poziomie b³oñskim, w obrêbie poligonu badañ generalnie dwóch czwartorzêdowych warstw wodonoœnych, a tylko lokalnie (Leszno) wiêkszej ich liczby (ryc. 3). Mi¹ szoœæ utworów czwartorzêdowych pozostaje w bezpoœrednim zwi¹zku z charakterem ukszta³towania powierzchni i³ów plioceñskich. Za przypowierzchniowy poziom wodonoœny przyjêto wody podziemne o swobodnym zwierciadle oraz wystêpuj¹ce p³ytko pod powierzchni¹ terenu wody przypowierzchniowe o znacznie zredukowanej strefie aeracji. Marginalne znaczenie na terenie badañ maj¹ wody o zwierciadle napiêtym wystêpuj¹ce na niewielkiej g³êbokoœci jako pierwsza od powierzchni terenu warstwa przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego. Przypowierzchniowy poziom wodonoœny poziomu b³oñskiego charakteryzuje zró nicowane wykszta³cenie litologiczne oraz du a niejednorodnoœæ w rozprzestrzenieniu osadów buduj¹cych ten poziom zarówno w poziomie jak i w profilu pionowym. Warstwa przypowierzchniowa zbudowana jest z piasków drobnoziarnistych i pylastych. Mi¹ - szoœæ tej warstwy jest niewielka od ca³kowitego braku tego rodzaju utworów do 4 metrów mi¹ - szoœci. Na podstawie wyników badañ laboratoryjnych (analiza granulometryczna) dla 9 próbek gruntu pobranych z terenu badañ okreœlone zosta³y wzorem Seelheima wartoœci wspó³czynnika filtracji przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego wynosz¹ce od 1,24x10 5 do 8,88x10-5 m/s (Gidziñski 2000). Pomimo niewielkiej mi¹ szoœci oraz s³abych w³asnoœci filtracyjnych utworów buduj¹cych przypowierzchniowy poziom wodonoœny, stanowi on najczêœciej ujmowany przez studnie kopane poziom wodonoœny na terenie objêtym obserwacjami w ramach niniejszego opracowania. Zasobnoœæ tego poziomu jest wystarczaj¹co wysoka, aby w pe³ni zaspokoiæ zapotrzebowanie na wodê (g³ównie do celów gospodarskich) u ytkowników studni. Ryc. 4. Schemat systemu przep³ywu wód podziemnych w strefie krawêdziowej poziomu b³oñskiego (œrodkowa czêœæ strefy wartoœci w m 3 /d) (Krogulec 1997) Fig. 4. Sketch of the groundwater circulation system in Warsaw- Blonie Terrace margin zone (central part of margin zone units in m 3 /d) (Krogulec 1997)

5 Ryc 5. Mapa hydrogeologiczna przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej œrodkowej czêœci zlewni rzeki Utraty. Stan na wrzesieñ 1999 roku Fig. 5. Hydrogeological map of shallow aquifer in the central part of the Utrata catchment. September 1999 Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty 289

6 290 Tomasz Gidziñski Z uwagi na ma³¹ mi¹ szoœæ, a co z tym zwi¹zane ma³¹ pojemnoœæ wodn¹ oraz p³ytkie po³o enie i s³ab¹ izolacjê od zanieczyszczeñ przenikaj¹cych z powierzchni terenu wraz z infiltruj¹cymi wodami opadowymi, poziom ten nie ma walorów poziomu u ytkowego dla budowy wiêkszych ujêæ wody. Jest jednak stosunkowo zasobnym kolektorem wód zasilaj¹cych g³êbsze warstwy wodonoœne i pe³ni wa n¹ rolê tranzytow¹ w procesie zasilania i kszta³towania siê zasobów wód wielowarstwowych systemów hydrogeologicznych. Jest te istotny przy okreœlaniu bilansu systemów hydrogeologicznych (Macioszczyk 1997). Poziom ten jest równie odpowiedzialny za procesy wzajemnego oddzia³ywania wód podziemnych z s¹siaduj¹cymi z danym systemami hydrogeologicznymi. Zwierciad³o wód podziemnych przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej ma charakter swobodny, a jedynie lokalnie wystêpuje zwierciad³o napiête zwi¹zane z obszarami wystêpowania s³aboprzepuszczalnych osadów pylastych. Warstwa ta zasilana jest na drodze bezpoœredniej infiltracji opadów atmosferycznych. Du a ró norodnoœæ i zmiennoœæ warunków hydrogeologicznych przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej odzwierciedlona jest w znacznej zmiennoœci po³o enia zwierciad³a wód podziemnych. Uk³ad hydroizohips, wyznaczonych dla warstwy przypowierzchniowej w sposób jednoznaczny wskazuje na podobieñstwo w ogólnym zarysie morfologii zwierciad³a wód podziemnych z ukszta³towaniem powierzchni terenu, potwierdzaj¹c zwi¹zek hydrauliczny cieków z wodami podziemnymi (ryc. 5). Przypowierzchniowa oraz g³êbiej wystêpuj¹ca warstwa wodonoœna rozdzielone s¹ kompleksem s³aboprzepuszczalnych utworów i³ów zastoiskowych, mu³ków i glin zwa³owych o mi¹ szoœci zawieraj¹cej siê w przedziale od kilku do kilkunastu metrów. Lokalnie brak jest warstwy osadów s³aboprzepuszczalnych i wystêpuje jeden poziom wodonoœny charakteryzuj¹cy siê znaczn¹ mi¹ szoœci¹. Parametry filtracji okreœlone dla i³ów zastoiskowych wynosz¹: od 0,01 x10-9 do 7,50 x10-9 m/s - wspó³czynnik filtracji poziomej i od 0,03 x10-9 do 0,24 x10-9 m/s - wspó³czynnik filtracji pionowej (Krogulec, Sikorska-Maykowska 1999). Wg³êbny poziom wodonoœny poziomu b³oñskiego zbudowany jest z piasków drobnoziarnistch i miejscami osadów piaszczystych o grubszej granulacji (piaski œrednioziarniste, piaski ze wirem). Mi¹ szoœæ tej warstwy wodonoœnej okreœlona na podstawie analizy profili archiwalnych studni wierconych, zlokalizowanych na terenie badañ wynosi od kilkunastu do ponad 25 metrów. Wartoœæ wspó³czynnika filtracji osadów buduj¹cych tê warstwê wodonoœn¹ (obliczona wzorem Seelheima na podstawie wyników analizy granulometrycznej, wynosi od 1,36 x10-5 do 5,95 x10-5 m/s (Krogulec 1997). G³êbiej wystêpuj¹ca warstwa wodonoœna poziomu b³oñskiego jest zasilana w g³ównej mierze w wyniku pionowego przes¹czania siê wód infiltruj¹cych z przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej przez kompleks s³abo przepuszczalnych osadów zastoiskowych i gliniastych. Pewne znaczenie w procesie zasilania g³êbszej warstwy wodonoœnej ma w tym przypadku bezpoœrednia infiltracja wód opadowych w rejonach, w których brak jest rozdzielaj¹cych obie warstwy wodonoœne osadów s³aboporzepuszczalnych i wystêpuje jeden poziom wodonoœny o znacznej mi¹ szoœci. Schemat zasilania warstw wodonoœnych poziomu b³oñskiego w rejonie Komorowa przedstawia poni szy schemat (ryc. 4). Poni ej tej warstwy wystêpuje seria s³aboprzepuszczalnych osadów ilasto - gliniastych, poœród których lokalnie wystêpuj¹ niewielkiej mi¹ szoœci izolowane soczewki piasków drobno- i œrednioziarnistych. Charakterystyka dzia³u wód podziemnych przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego zlewni rzeki Utraty w rejonie badañ na tle przebiegu dzia³u topograficznego Przedstawione zagadnienie wymaga jednoznacznego zdefiniowania i opisu podstawowych pojêæ. Za dzia³ wód podziemnych uznawana jest linia, wzd³u której wystêpuje kulminacja zwierciad³a wód podziemnych i która rozdziela dwie zlewnie wód podziemnych, dwa przeciwne kierunki sp³ywu wód podziemnych (Kleczkowski, Ró kowski 1997). Wyznaczone dzia³y wód podziemnych poszczególnych poziomów wodonoœnych charakteryzuj¹ siê ró nym po³o eniem i wykazuj¹ czêsto znaczne przesuniêcie wzglêdem siebie. Równie dzia³ topograficzny czêsto nie pokrywa siê w swoim przebiegu z dzia³em wód podziemnych.

7 Dzia³ wód podziemnych a dzia³ topograficzny na przyk³adzie zlewni rzeki Utraty 291 Przypowierzchniowy poziom wodonoœny terenu badañ charakteryzuje siê wystêpowaniem zwierciad³a swobodnego oraz du ¹ zmiennoœci¹ warunków hydrogeologicznych, przejawiaj¹c¹ siê w postaci znacznej zmiennoœci po³o enia zwierciad³a wód podziemnych. W ogólnym zarysie uk³ad hydroizohips tego poziomu wodonoœnego naœladuje morfologiê powierzchni terenu, co jest charakterystyczne dla p³ytko wystêpuj¹cych, zasilanych w wyniku infiltracji opadów atmosferycznych warstw wodonoœnych. Warunki hydrogeologiczne poziomów przypowierzchniowych nale ¹ do najbardziej skomplikowanych ze wzglêdu na bezpoœrednie zwi¹zki z innymi systemami hydrogeologicznymi oraz z powierzchni¹ ziemi (poziomy najbardziej podatne na zanieczyszczenia antropogeniczne), a tak e ze wzglêdu na ich du ¹ niejednorodnoœæ wykszta³cenia litologicznego oraz sedymentologicznego (Macioszczyk 1997). Wysokoœæ po³o enia zwierciad³a wód podziemnych czwartorzêdowych warstw wodonoœnych poziomu b³oñskiego podlega zmianom sezonowym z najni szymi stanami notowanymi od kwietnia do czerwca, a najwy szymi w okresie zimowym - od listopada do stycznia (Manis 1996). Roczne wahania zwierciad³a wód podziemnych przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego wynosz¹ od kilkunastu do kilkudziesiêciu centymetrów. Drena wód podziemnych przez Utratê ulega sezonowym zmianom, z najmniejszymi dop³ywami wód w miesi¹cach od czerwca do wrzeœnia (Manis 1996). Rzêdne zwierciad³a wód podziemnych przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego na terenie badañ wynosz¹ od 82,2 m n.p.m. do 91,3 m n.p.m. w strefie wododzia³owej (dane z wrzeœnia 1999 roku). Ukszta³towanie powierzchni zwierciad³a wód podziemnych pozostaje w œcis³ym zwi¹zku z morfologi¹ powierzchni terenu, co charakterystyczne jest dla p³ytko wystêpuj¹cych, przypowierzchniowych warstw wodonoœnych. Kumulacje zwierciad³a wód podziemnych powoduj¹ lokalnie ograniczenia w dop³ywie wód w kierunku drenuj¹cej przypowierzchniowy poziom wodonoœny rzeki Utraty. Uk³ad hydroizohips przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej poziomu b³oñskiego wykazuje wyraÿnie drenuj¹cy charakter rzeki. Generalnie kierunek przep³ywu wód podziemnych nastêpuje od strefy wododzia- ³owej w kierunku po³udniowym i po³udniowo - zachodnim ku rzece (ryc. 5). Na podstawie wyników pomiarów wysokoœci zwierciad³a wód podziemnych wykonano mapê hydroizohips przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej w skali 1: oraz wyznaczono dzia³ wód podziemnych zlewni Utraty. Wyznaczony dzia³ wód podziemnych ma w ogólnym zarysie przebieg prostolinijny i biegnie ze wschodu ku zachodowi. We wschodniej czêœci terenu badañ granica ta przebiega oko³o 100 m na po³udnie od miejscowoœci Leszno i dalej w kierunku zachodnim przebieg tej granicy generalnie pokrywa siê z kulminacjami powierzchni terenu. Granica dzia³u wód podziemnych ma przebieg równoleg³y do drugorzêdnej drogi Leszno - Kampinos, z przesuniêciem ku rzece w kierunku po³udniowym. Dzia³ topograficzny wyznaczono na podstawie kulminacji powierzchni terenu na mapie w skali 1: W stosunku do dzia³u topograficznego dzia³ wód podziemnych przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego wykazuje kilkudziesiêcio, a nawet kilkuset metrowe przesuniêcie w kierunku po³udniowym (ryc. 5). Niewielka liczba studzien, ujmuj¹cych g³êbsz¹ warstwê wodonoœn¹ poziomu b³oñskiego nie pozwoli³a na wyznaczenie hydroizohips dla tego poziomu na badanym terenie. Tym samym niemo liwe by³o okreœlenie kierunków filtracji wód podziemnych g³êbiej wystêpuj¹cej warstwy wodonoœnej oraz porównanie ukszta³towania powierzchni zwierciad³a wód z uk³adem hydroizohips przypowierzchniowego poziomu wodonoœnego. Na podstawie innych wyników badañ przeprowadzonych na obszarze, zlewni rzeki Utraty zak³adaæ nale y drenuj¹cy charakter rzeki równie wzglêdem g³êbszej warstwy wodonoœnej (Wielomska 1976). Niemniej brak wyników w³asnych obserwacji nie pozwala na jednoznaczne okreœlenie warunków przep³ywu wód w g³êbszej warstwie wodonoœnej.

8 292 Tomasz Gidziñski Podsumowanie i wnioski Badania przeprowadzone w ramach niniejszego opracowania stanowi¹ czêœæ cyklu badañ prowadzonych w IH i GI Uniwersytetu Warszawskiego i dotycz¹cych charakterystyki budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych obszaru Kampinoskiego Parku Narodowego oraz terenów po³o onych w obrêbie jego otuliny. Zlewnia Utraty na obszarze badañ graniczy z Parkiem, a przebieg wyznaczonego dzia³u wód podziemnych jest równoleg³y do skarpy oddzielaj¹cej poziom b³oñski od tarasu kampinoskiego. Poziom b³oñski charakteryzuje du a niejednorodnoœæ i komplikacja budowy geologicznej osadów czwartorzêdowych, a zw³aszcza objêtej szczegó³owym rozpoznaniem przypowierzchniowej warstwy wodonoœnej, z czym zwi¹zana jest zmiennoœæ warunków hydrogeologicznych. W zwi¹zku z tym wyznaczenie dzia³u wód podziemnych poziomu przypowierzchniowego na terenie badañ wymaga³o dok³adnego rozpoznania hydrogelogicznego oraz zastosowania pewnych uogólnieñ w procesie charakterystyki ukszta³towania zwierciad³a wód. Wyznaczenie dzia³u wód podziemnych jest wa ne ze wzglêdu na mo liwoœæ poprawnego wyznaczenia bilansu wód przez uwzglêdnienie przep³ywu wód podziemnych w granicach zlewni. Na kszta³towanie siê warunków hydrogeologicznych oraz charakteru filtracji wód na badanym terenie, maj¹cym charakter typowo rolniczy, najwiêkszy wp³yw wywieraj¹ czynniki geologiczno - geomorfologiczne, klimatyczne oraz hydrogeologiczne. W mniejszym stopniu charakter przep³ywu wód podziemnych zaburzony zosta³ czynnikami antropogenicznymi zwi¹zanymi np. z wymuszeniami jakie maj¹ miejsce przy lokalizacji wiêkszych ujêæ wód podziemnych. Literatura Gidziñski T., 2000: Próba wyznaczenia prawobrze nej zlewni Utraty miedzy przekrojem Paw³owice a przekrojem B³onie ( Osiek ). Arch., IH i GI UW, Warszawa (niepublikowane). Kleczkowski A. S., Ró kowski A., [red.], 1997: S³ownik hydrogeologiczny. Ministerstwo Ochrony Œrodowiska, Zasobów Naturalnych i Leœnictwa, Warszawa. Krogulec E., 1997: Numeryczna analiza struktury strumienia filtracji w strefie krawêdziowej poziomu b³oñskiego. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa. Krogulec E., Sikorska- Maykowska M., 1999: Rola poziomu b³oñskiego w zasilaniu po³udniowej czêœci Kampinoskiego Parku Narodowego. [W]: Wspó³czesne problemy hydrogeologii t. IX, Warszawa. Macioszczyk T., 1997: Rola przypowierzchniowych poziomów wodonoœnych w formowaniu i modelowaniu zasobów wielowarstwowych systemów hydrogeologicznych. [W:] Wspó³czesne Problemy Hydrogeologii, Górski J., Liszkowska E., [red.], t. VIII, s , Wroc³aw. Manis K., [red.], 1996: Masterplan odnowy rzeki Utraty- przed³o ony do Japoñskiego Funduszu Specjalnego przez CHZM HILL- UNICO ENVINROMENTAL SERVICES Ltd. Wielka Brytania; Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Polska; PROMASZ - Biuro Studiów i Doradztwa Gospodarczego- ul. Barbary 1, Warszawa. Wielomska E., [red.], 1976: Dokumentacja hydrogeologiczna zasobów wód podziemnych z utworów czwartorzêdowych zlewni rzeki Utraty. Kombinat Geologiczny Warszawa Pó³noc, Warszawa.