Hydrologiczne i hydrochemiczne cechy wody źródeł na obszarach młodoglacjalnych 1

Transkrypt

1 Hydrologiczne i hydrochemiczne cechy wody źródeł na obszarach młodoglacjalnych 1 Joanna Fac-Beneda Uniwersytet Gdański, Katedra Hydrologii, ul. Dmowskiego 16a, Gdańsk geojfb@univ.gda.pl Zarys treści: Głównym celem pracy była rejestracja oraz określenie podstawowych parametrów fizyczno-chemicznych wód wybranych źródeł na Pojezierzu i Pobrzeżu Kaszubskim. Comiesięcznym monitoringiem objęto sześć źródeł, w tym dwa w całym roku hydrologicznym 2008, cztery zaś w półroczu letnim. Zebrany materiał posłużył do określenia cech hydrologicznych i hydrochemicznych wody wypływów. Badane źródła wykazywały w trakcie monitorowania zmienność w czasie (ryc. 2). Hydrochemiczny typ wszystkich wypływów jest wodorowęglanowo-wapniowy. Wystąpiło duże stężenie fosforanów (tab. 1), co wskazuje na słabą izolację wód podziemnych i dopływ do nich ścieków bytowo-gospodarczych. Słowa kluczowe: krenologia, hydrochemia, obszary młodoglacjalne, Niż Polski. Wody podziemne, ze względu na odizolowanie od powierzchni terenu przez mniej lub bardziej miąższą warstwę pokrywy glebowej, utwory zwietrzelinowe i skały, są lepiej od wód powierzchniowych chronione przed zanieczyszczeniami pochodzącymi z atmosfery i powierzchni ziemi. Mimo to notowane są coraz częściej przypadki skażenia, zanieczyszczenia, a nawet zatrucia wód podziemnych. Określenie cech hydrochemicznych wody wypływającej na powierzchnię terenu w sposób naturalny może być informacją służącą do rozpoznania jakości wód podziemnych. Wypływy wód podziemnych spełniają ponadto istotną rolę w obiegu wody, są to zatem obiekty hydrograficzne, których badań należy się podjąć, szczególnie w świetle doświadczeń zebranych w trakcie realizacji nowej edycji mapy hydrograficznej w skali 1: Praca zrealizowana w ramach BW G

2 Hydrologiczne i hydrochemiczne cechy wody źródeł 391 Obszar badań i metody Badania terenowe wykonano na Pojezierzu i Pobrzeżu Kaszubskim (ryc. 1). Cztery spośród wybranych obiektów leżą na tzw. gdańskim systemie wodonośnym (Kozerski 2007), gdzie obszarem zasilania i tranzytu jest wysoczyzna morenowa Pojezierza Kaszubskiego, natomiast strefą drenażu Zatoka Gdańska z nizinami nadmorskimi, równiną aluwialną delty Wisły, a także pradolina Redy Łeby. Granice tego systemu obejmują dorzecza Redy i Raduni oraz rzek wpadających do Zatoki Gdańskiej, do Gizdepki na północy włącznie. Dwa z nich (nr 1 i 2) położone są w strefie drenażu gdańskiego systemu wodonośnego, dwa (nr 3 i 4) w strefie zasilania i tranzytu tego systemu (ryc. 1). Pozostałe (nr 5 i 6) leżą poza tym systemem. Ryc. 1. Położenie obszaru badań 1 badane wypływy, 2 posterunek w Borucinie, 3 główne miasta, 4 gdański system wodonośny, 5 główne dorzecza, 6 Pobrzeże Kaszubskie, 7 Pojezierze Kaszubskie Fig. 1. Position of the studied area 1 examined outflows, 2 station Borucino, 3 main cities, 4 Gdańsk aquifer system, 5 the main river basins, 6 Kashubian Seaside, 7 Kashubian Lake District Comiesięcznym monitoringiem objęto sześć źródeł spośród 293 wcześniej zidentyfikowanych wypływów wód podziemnych (Fac-Beneda 2008). W przypadku zespołu źródeł Staniszewskie Zdroje (nr 6) i Zdrój Rębosza (nr 4) badania wydajności prowadzono w całym roku hydrologicznym 2008, a w przypadku pozostałych źródeł tylko w półroczu letnim. Próby wody do oznaczeń chemicznych pobierano we wszystkich źródłach w półroczu letnim 2008.

3 392 J. Fac-Beneda Pomiary właściwości fizyczno-chemicznych (poza temperaturą wody) wykonywano w laboratorium Katedry Hydrologii Uniwersytetu Gdańskiego. Do określenia typu hydrochemicznego wody wykorzystano klasyfikację Szczukariewa-Prikłońskiego (Macioszczyk 1987). Ocenę jakości przeprowadzono na podstawie rozporządzenia Ministra Środowiska z 11 lutego Według przyjętej klasyfikacji badane wody podzielono na pięć klas jakości. Hydrogeologiczna charakterystyka obszaru badań Omawiany obszar leży w hydrogeologicznym regionie wschodniopomorskim (Paczyński, Sadurski 2007). Wody podziemne występują tu w trzech piętrach: kredowym, paleogeńsko-neogeńskim i czwartorzędowym. W piętrze czwartorzędowym wyróżnia się trzy poziomy wodonośne: górny, środkowy i dolny. To piętrowe występowanie warunkuje zróżnicowana budowa geologiczna, zdeterminowana akumulacyjną działalnością plejstoceńskich lodowców skandynawskich. Specyfiką tego obszaru jest bliskość ostatecznej bazy drenowania, jaką stanowi Bałtyk, a co za tym idzie istnienie strefy kontaktu wód morskich z podziemnymi oraz urozmaicona rzeźba terenu o znacznych deniwelacjach, z wyraźnie wyodrębniającymi się strefami zasilania i tranzytu oraz drenażu (Kozerski 2007). System krążenia wód podziemnych na omawianym obszarze charakteryzuje się dominacją zasilania infiltracyjnego wodami z dopływu atmosferycznego oraz ogólnym kierunkiem spływu z wysoczyzn ku równinom nadmorskim i dalej do morza oraz ku delcie Wisły. Zróżnicowane warunki środowiska geograficznego, szczególnie dwóch obszarów pojezierzy i nadmorskich równin aluwialnych, skutkują odrębnościami w regionalnym systemie krążenia wód podziemnych. Na obszarze pojezierzy funkcjonują systemy lokalnego krążenia wód podziemnych, gdzie spływ jest skierowany ku lokalnym osiom hydrograficznym, którymi są systemy jezior, czy główny ciek w dorzeczu. System taki funkcjonuje np. w zlewni górnej Raduni, z której odpływ podstawowy przekracza 180 mm rok 1, (Jankowska 1985), a punktowo dochodzi nawet do 260 mm rok 1 (Drwal 1982). Przykładowo, w zlewni górnej Raduni Jankowska (1985) wyróżniła cztery zasadnicze poziomy wodonośne: przypowierzchniowy, międzymorenowy górny, międzymorenowy dolny i sandrowy. Dwa z badanych źródeł (nr 3 i 4) zlokalizowane są właśnie w zlewni górnej Raduni, na krawędzi Jeziora Raduńskiego Górnego, pomiędzy jeziorami Brodnem Małym i Brodnem Wielkim, i drenują przypowierzchniowy poziom wodonośny. Wszystkie badane źródła drenują czwartorzędową warstwę wodonośną, są źródłami warstwowo-spływowymi i krawędziowymi (Paczyński, Sadurski 2007).

4 Hydrologiczne i hydrochemiczne cechy wody źródeł 393 Wydajność wypływów Badane źródła miały różną średnią wydajność i według klasyfikacji Meinzera (Pazdro, Kozerski 1990) można je zaliczyć do klas od IV do VI. Źródła na Pobrzeżu Kaszubskim (nr 1 i 2) miały najmniejszy wydatek i zaliczono je do klasy VI. Źródła na Pojezierzu Kaszubskim są bardziej wydajne i należą do klasy V (nr 3, 4 i 5) oraz IV (nr 6). W trakcie monitorowania uwidoczniła się zmienność w czasie (ryc. 2). W półroczu letnim 2008 r. wydajność źródeł nr 1 i 3 generalnie wzrastała, największą zanotowano w październiku. Wydajność źródeł nr 2 i 5 utrzymywała się na wyrównanym poziomie (ryc. 2A). Ryc. 2. Wydajność badanych źródeł (numeracja wg ryc. 1) A źródła obserwowane w letnim półroczu 2008, B źródła obserwowane w całym roku Fig. 2. Discharge of the examined springs (numbers according to fig. 1) A in summer half-year 2008, B in 2008 year. Zespół źródeł Staniszewskie Zdroje (nr 6) i Zdrój Rębosza (nr 4) był monitorowany przez cały rok hydrologiczny Wśród badanych obiektów Staniszewskie Zdroje są najbardziej wydajnym źródłem i należą do IV klasy wydajności. Jego średnia roczna wydajność wynosi 48 dm 3 s 1, przy czym najwyższą wartość w okresie badań zanotowano w październiku (61,12 dm 3 s 1 ). Lipcowa wydajność była bliska średniej (50 dm 3 s 1 ), co jest zgodne z wynikami badań z lipca 1985 (Herbich, Herbich 1987). W roku badań wydajność wykazywała tendencję wzrostu. Mniej wydajne źródło Zdrój Rębosza (V klasa wydajności) charakteryzowała średnia na poziomie około 7 dm 3 s 1 ; wzrost wydajności zanotowano od grudnia do czerwca (maksimum 11,8 dm 3 s 1 ), po czym następował spadek, z minimum w grudniu (ryc. 2B). Współczynnik zmienności jednorocznej Mailleta (Pazdro, Kozerski 199) wynosi: dla źródła nr 4 R = 6,2 i dla źródła nr 6 R = 1,6. Oznacza to, że pierwsze z wymienionych należy do mało zmiennych, a drugie do stałych. Wydajność źródeł nr 3, 4, 5 i 6 zestawiono z wynikami pomiarów opadów atmosferycznych na stacji w Borucinie w 2008 r. Źródła nr 3 i 5 nie reagowały zmiennością wydajności na wielkość opadów w badanym okresie. W przypadku

5 394 J. Fac-Beneda źródła nr 6 wahania wydajności następowały z miesięcznym opóźnieniem w stosunku do opadów w półroczu zimowym, w półroczu letnim takiej prawidłowości nie zaobserwowano. Jedynie w sierpniu, wrześniu i październiku spadek i wzrost wydajności następował równolegle ze zmniejszonym lub zwiększonym opadem (ryc. 3). Ryc. 3. Wydajność źródeł Pojezierza Kaszubskiego na tle średnich miesięcznych wartości opadów atmosferycznych (numeracja wg ryc. 1) Fig. 3. Discharge of springs in Pojezierze Kaszubskie and monthly average totals of precipitation (numbers according to fig. 1) Właściwości fizyczno-chemiczne Woda wszystkich źródeł jest typu wodorowęglanowo-wapniowego. Jak pisze Kozerski (2007), w wodach podziemnych z utworów czwartorzędu, niezależnie od głębokości, dominują wody dwujonowe HCO3 Ca, chociaż lokalnie mogą pojawiać się inne. Podstawowe charakterystyki fizyczno-chemiczne wód badanych źródeł zestawione zostały w tab. 1). Najwyższą mineralizację ogólną przejawiały wody źródeł Pobrzeża Kaszubskiego (nr 1, 2). Wahała się ona w granicach mg dm 3 w przypadku źródła nr 1 i mg dm 3 w przypadku źródła nr 2. Mineralizacja wód źródeł Pojezierza Kaszubskiego oscylowała między 276 a 455 mg dm 3, przy czym najniższą wykazywała woda źródła nr 3, a najwyższą źródła nr 4. Najcieplejszą wodą charakteryzowało się źródło nr 1 (strefa drenażu) od 8,1 C w maju do 12,0 C w sierpniu, co świadczy o drenowaniu warstwy przypowierzchniowej. Pozostałe źródła miały temperaturę niższą (od 7,7 do 9,3 C), zbliżoną do średniej rocznej temperatury powietrza (średnia roczna dla 2008 r. na stacji w Borucinie wynosi 8,3 C), nie wykazując wyraźnego związku z warunkami zewnętrznymi.

6 Tab. 1. Parametry fizyczno-chemiczne badanych źródeł w okresie badawczym Tab. 1. Physical and chemical parameters of the examined springs Parametri/iParameter 1 Wartości minimalnei/iminimal. 2 Wartości maksymalnei/imaximal. Numeracja źródełi/isprings number min. maks. śr. min. maks. śr. min. maks. śr. min. maks. śr. min. maks. śr. min. maks. śr. Wydajność (Q) [dm 3 s 1 ] 0,06 1 0,24 0,12 0,7 1,19 0,94 2,0 3,0 2,5 1,89 11,78 6,61 1,38 1,66 1,46 37,9 61,1 2 48,1 Temperatura [ o C] 8,1 12,0 10,7 8,2 9,1 8,8 8,6 9,6 7,4 7,7 8,4 6,7 7,3 1 8,6 6,7 7,6 9,3 6,9 Odczyn ph 7,9 8,9 8,5 7,3 8,4 8,1 7,6 8,7 8,4 7,3 1 8,5 8,1 7,6 8,8 8,4 7,8 9,0 2 8,6 Twardość niewęglanowa [mv dm 3 ] 2,2 2,8 2 2,5 1,7 1,8 1,7 0,8 1,0 0,9 1,1 1,5 1,3 1,2 1,3 1,2 0,7 1 0,7 0,7 Twardość węglanowa [mv dm 3 ] 4,4 5,4 2 5,1 3,8 3,9 3,9 2,7 1 2,9 2,8 4,2 4,3 4,2 2,9 3,1 3,0 4,0 4,1 4,0 Twardość ogólna [mv dm 3 ] 6,7 8,0 2 7,6 5,5 5,7 5,6 3,7 1 3,7 3,7 5,4 5,7 5,5 4,1 4,2 4,2 4,7 4,8 4,7 Przewodność właściwa [μs cm 1 ] Siarczany (SO4) [mg dm 3 ] Chlorki (Cl) [mg dm 3 ] Sód (Na) [mg dm 3 ] 11,6 14,4 13,3 16,1 22,2 2 18,0 3,3 1 5,0 3,8 5,7 7,5 6,3 4,9 7,0 5,7 5,3 7,0 5,9 Wapń (Ca) [mg dm 3 ] Magnez (Mg) [mg dm 3 ] 15,1 20,2 2 16,7 7,0 8,5 7,8 5,6 1 6,3 6,0 11,9 14,1 12,8 8,3 10, 9,1 9,2 10,4 9,8 Żelazo rozpuszczone (Fe) [mg dm 3 ] 0,01 1 0,11 0,06 0,01 1 0,07 0,02 0,01 1 0,03 0,01 0,03 0,28 2 0,16 0,01 1 0,14 0,08 0,01 1 0,14 0,08 Potas (K) [mg dm 3 ] 4,9 6,9 2 5,8 1,5 2,1 1,8 0,7 1 1,2 0,9 2,3 2,9 2,5 1,3 1,7 1,5 1,7 2,2 1,9 Wodorowęglany [mg dm 3 ] Mineralizacja [mg dm 3 ] Fosforany (PO4) [mg dm 3 ] 0,16 0,94 0,64 0,34 2,74 2 1,23 0,05 0,38 0,2 0,1 1 1,65 0,56 0,33 1,04 0,54 0,08 1,34 0,5 Azotany (NO3) [mg dm 3 ] 0,00 1 1,2 0,57 0,00 1,5 1,08 0,6 1,8 2 1,08 0,1 0,9 0,57 0,1 1,1 0,47 0,00 1 0,8 0,2

7 396 J. Fac-Beneda Z charakterystyk chemicznych ważna jest zawartość biogenów, czyli azotanów i fosforanów w wodzie źródlanej. Zwiększenie zawartości fosforanów w wodach powierzchniowych jest spowodowane przede wszystkim ściekami bytowo-gospodarczymi, a zwiększenie zawartości azotanów m.in. wzrostem ilości ścieków biologicznie oczyszczonych, wprowadzanych do odbiorników, oraz zanieczyszczeniami pochodzenia rolniczego. Wzrost stężenia w wodach podziemnych zarówno azotanów, jak i fosforanów, może być spowodowany ich izolacją. O zanieczyszczeniu wód świadczy również zawartość siarczanów (Macioszczyk, Dobrzyński 2002). W monitorowanych źródłach nie zanotowano zwiększonej zawartości azotanów. Wszędzie woda była bardzo dobrej jakości (I klasa). Inaczej było z zawartością fosforanów. Zauważono zwiększenie ich zawartości we wszystkich przypadkach w całym okresie badawczym. Najwyższe stężenia fosforanów zanotowano w czerwcu i lipcu w wodach źródła nr 2 Grodzisko (Sopot). Plasowało to wodę w klasie V (> 1,0) (ryc. 4). Zawartość siarczanów utrzymywała się w granicach wartości wód I klasy w przypadku pięciu źródeł. Jedynie w wodzie źródła nr 1 przekroczyła wartość graniczną dla klasy II. Ryc. 4. Zawartość fosforanów w wodzie badanych źródeł Fig. 4. Phosphates (PO4) in the water of the examined springs Delikatnie podwyższone zawartości chlorków odnotowano w wodach źródeł nr 1 i 2 (obszar zurbanizowany). Charakterystyczna nieco wyższa (około 30 mg dm 3 ), w stosunku do prób z pojezierza, zawartość jonu Cl w próbach pobranych w strefie drenażu gdańskiego systemu wodonośnego, w obszarze tzw.

8 Hydrologiczne i hydrochemiczne cechy wody źródeł 397 tarasu nadmorskiego, związana jest z efektem intruzji wód morskich w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, na skutek zbyt dużej eksploatacji wód podziemnych w tym rejonie i wystąpienia leja depresyjnego. Po ograniczeniu eksploatacji wód podziemnych, pod koniec ubiegłego wieku rozpoczął się proces wysładzania. Do dziś pozostał jednak delikatny efekt intruzji słonych wód morskich. Jedynym oznaczonym metalem było żelazo, którego średnia zawartość nie przekraczała w większości źródeł 0,1 mg dm 3. Jedynie w Zdroju Rębosza (nr 4) zawartość żelaza wynosiła 0,28 mg dm 3 i plasowała wodę w II klasie (tab. 1). Wartości maksymalne większości charakterystyk chemicznych miała woda źródeł strefy drenażu gdańskiego systemu wodonośnego, w tym przede wszystkim źródła nr 1, położonego w terenie silnie zurbanizowanym, co świadczy o wpływie antropopresji. Minimalną mineralizację, zawartość chlorków, sodu, wapnia, magnezu, potasu oraz wodorowęglanów miała woda ze źródła nr 3, zlokalizowanego w Kaszubskim Parku Krajobrazowym. Jednak występująca tu najwyższa wśród badanych prób zawartość azotanów (1,8 mg dm 3 ) zwraca uwagę na niebezpieczeństwo przedostawania się do wód podziemnych związków azotu z nawozów. Wnioski Jeśli nie liczyć zespołu źródeł Staniszewskie Zdroje (nr 6), wydajność źródeł jest niewielka. Średnia z badanego okresu nie przekracza 10 dm s 1. Typ hydrochemiczny wody wszystkich źródeł jest wodorowęglanowo- -wapniowy. Wyniki analiz hydrochemicznych posłużyły do określenia zróżnicowania jakości wody w monitorowanych źródłach. Wody źródeł Pojezierza i Pobrzeża Kaszubskiego różniły się składem chemicznym. W przypadku Pobrzeża Kaszubskiego zaobserwowano większe stężenia niektórych parametrów. Ponieważ azotany traktowane są jako główny wskaźnik zanieczyszczeń wód podziemnych (Żurek 2007), określenie ich zawartości w badanych wypływach jest ważną informacją o jakości wód podziemnych. Wody monitorowanych źródeł nie wykazywały w okresie badawczym wzrostu zawartości azotanów, wykazywały natomiast duże stężenia fosforanów. Wskazuje to na słabą izolację wód podziemnych od warunków zewnętrznych i dopływ do wód podziemnych ścieków bytowo-gospodarczych. Zidentyfikowanie wypływów na obszarach Pojezierza i Pobrzeża Kaszubskiego przyczyniło się do stworzenia wstępnej bazy danych. Dalsze badania powinny skoncentrować się na poszerzeniu spektrum parametrów chemicznych i wprowadzeniu ciągłego monitoringu wypływów.

9 398 J. Fac-Beneda Literatura Drwal J., 1982, Wykształcenie i organizacja sieci hydrograficznej jako podstawa oceny struktury odpływu na terenach młodoglacjalnych, Rozpr. i Monogr., 33, Wyd. UG, Gdańsk. Fac-Beneda J., 2008, Naturalne wypływy wód podziemnych na obszarach chronionych w północnej Polsce, [w:] J. Pociask-Karteczka (red.), Wody na obszarach chronionych, IGiGP UJ, Kraków. Herbich J., Herbich P., 1987, Charakterystyka przyrodnicza rezerwatu Staniszewskie Zdroje, Wojewódzki Konserwator Przyrody, Gdynia, Warszawa. Jankowska H., 1985, Znaczenie jezior w kształtowaniu się odpływu podziemnego w dorzeczu górnej Raduni, Zesz. Nauk. Wydz. BGiO UG, Geografia, 14. Kondracki J., 2000, Geografia fizyczna Polski, PWN, Warszawa. Kozerski B. (red.), 2007, Gdański system wodonośny, Wyd. PG, Gdańsk. Macioszczyk A., 1987, Hydrogeochemia, Wyd. Geol., Warszawa. Macioszczyk A., Dobrzyński D., 2002, Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemnych, PWN, Warszawa. Paczyński B., Sadurski A. (red.), 2007, Hydrogeologia regionalna Polski, t. 1, PIG, Warszawa, 542. Pazdro Z., 1958, Wody podziemne regionu gdańskiego, Przegl. Geol., 6, 6, Warszawa. Pazdro Z., Kozerski B., 1990, Hydrogeologia ogólna, Wyd. Geol., Warszawa, 625. Piekarek-Jankowska H., 1979, Związki wód podziemnych z jeziorami rynnowymi górnego dorzecza Raduni, praca doktorska, UG, Gdańsk. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 11 lutego 2004 w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji i prezentacji stanu tych wód, DzU nr 32, poz Wytyczne techniczne GIS-3. Mapa hydrograficzna Polski skala 1:50000 w formie analogowej i numerycznej, 2005, GUGiK, Warszawa. Żurek A., 2007, Ocena wpływu obszarowych ognisk zanieczyszczeń na jakość wód podziemnych na podstawie obserwacji w źródłach, [w:] P. Jokiel, P. Moniewski, M. Ziułkiewicz (red.), Źródła Polski. Wybrane problemy krenologiczne, Wydz. Nauk Geogr. UŁ, Łódź. Hydrological and hydrochemical features of springs water on youthglacial areas The main aim of the research work was the registration, classification and definition of fundamental physico-chemical parameters of spring water. The field investigations covered Pojezierze Kaszubskie and Pobrzeże Kaszubskie (fig. 1). Six preselected sources with the biggest capacities from among 293 outflows were covered by monthly monitoring (Fac-Beneda, 2008). The fundamental physico-cemical characteristics are put together in table (tab. 1). All the observed sources showed changeability in time during the monitoring period (fig. 2A, B). During the investigation, the monitoring of sources did not reveal increase in nitrare, but high concentration of phosphate. The highest concentration was recorded in June and July in the waters of source no 2 (city). The quality of water then dropped to 5 th class (> 1,0) (fig. 3). It indicates weak isolation of underground water from outside conditions and inflow of human and farm sewage to underground water. A slightly higher content of chlorides (still within 1 st class) was recorded only in the waters of border source (no 1 and no 2). Key words: spring hydrogeology, hydrochemistry, youthglacial areas, the Polish Plain.