POSIEDZENIE NAUKOWE POLSKIEGO TOWARZYSTWA GEOLOGICZNEGO ODDZIAŁ WROCŁAWSKI Wrocław 07.11.2002
Stanisław Staśko Robert Tarka ZASILANIE I DRENAŻ W OBSZARACH GÓRSKICH - NOWE WYNIKI I SPOJRZENIE
Wyniki badań z lat 1997-2002 w eksperymentalnej stacji badawczej położonej pod Śnieżnikiem Kłodzkim na wysokości 860 m npm Wyniki : -dane o wielkości opadów atmosferycznych i zmienności temperatur powietrza ( IMGW) -wielkościach infiltracji efektywnej -wahań zwierciadła wód podziemnych -odpływu podziemnego -odpływu całkowitego -składu chemicznego i izotopowego wód podziemnych Dane zgromadzono w ramach badań statutowych (własnych) ING i grantu KBN przy udziale: M. Modelskiej, T. Olichwera, S. Szczepanowskiego i S. Buczyńskiego, T. Przylibskiego (PWr)
Źródło Hydrograf Studnia Lizymetr Źródło
Opad [mm] Temperatura [oc] Temperatura [oc] 20 10 0-10 800 lata 1997-2001 lata 1975-1982 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesiąc 20 Średnia roczna temperatura powietrza 6,69 C Średn. stycznia -2,3 C Średnia lipca +15,9 C 10 400 0 0 1997 1998 1999 2000 2001-10
opad [mm] Procenty opadu rocznego 30 20 lata 1997-2001 lata 1969-1993 10 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesiąc 1600 1400 1200 Średnia opadów z wielolecia 1150-1676mm Średnie opady z wielolecia Lądek Zdrój 814mm (1955-1999) Kamienica 1408mm (1997-2001) Śnieżnik 1182mm (1891-1930) 1000 800 600 200 400 600 800 1000 1200 1400 wysokość [m n.p.m.]
15 lip 00 17 lip 00 19 lip 00 21 lip 00 23 lip 00 25 lip 00 27 lip 00 29 lip 00 31 lip 00 2 sie 00 4 sie 00 6 sie 00 8 sie 00 10 sie 00 12 sie 00 14 sie 00 opad/infiltracja [mm] 1-Jul-00 31-Aug-00 31-Oct-00 31-Dec-00 2-Mar-01 2-May-01 2-Jul-01 1-Sep-01 1-Nov-01 1-Jan-02 3-Mar-02 Infiltracja [mm] 100 50 0 Zasilanie wód podziemnych zachodzi impulsowo i występuje głównie w okresach wzmożonych opadów (zasilanie letnie) oraz związane jest z topnieniem pokrywy śnieżnej (marzec) 40,0 35,0 30,0 25,0 infiltracja opad Opad inicjujący na badanym obszarze wynosi od 20 do prawie 50 mm opadu. Zależy on od warunków pogodowych nie tylko w ciągu 2 dni przed dotarciem wody do przyrządu pomiarowego ale w dłuższym okresie. 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Analizując dobowe wartości opadu i infiltracji największą zgodność pomiędzy wystąpieniem opadu a dopływem wody do infiltrometru uzyskuje się po dwóch dniach od rozpoczęcia opadu. data
Zestawienia wartości opadów i infiltracji Okres Opad [mm] Infiltracja [mm] Różnica [mm] 14-20.07.2000 70,5 37,0 33,5 24.07-2.08.2000 71,4 23,6 47,5 6-10.08.2000 33,0 3,6 29,4 4-10.11.2000 39,5 1,8 37,7 25-29.11.2000 22,3 1,8 20,5 Porównanie wielkości zasilania Okres Opad Infiltracja Procent opadów VII.1997-XII.1999 3308,6 718,1 21,7 VII.2000-XII.2001 1982,3 299,7 15,1 Roczna infiltracja w okolicach sztolni wynosi od kilkunastu do ponad 20% opadów Infiltracji w okresu VII.1997-XII.1999 była wyższa niż w okresie VII.2000-XII.2001, co niewątpliwie związane jest to ze znacznym zasilaniem w dwóch okresach powodziowych jakie miały miejsce w tym czasie (VII.1997 i VII.1998).
Zwierciadło [m p.p.t] Dobowe zmiany zwierciadła [cm] zwierciadło [m p.p.t.] opad [mm] -2.5 80-3.5 40-4.5-2.5 V VI VII VIII IX X XI XII Rok 2001 0 40 Głębokość do zwierciadła wody: Studnia SO4-3,50 m. p.p..t. amplituda wahań 0,96m Studnia WOP - 11,5 m. p.p..t. amplituda wahań 2,22 m 20-3.5 0-4.5 V VI VII VIII IX X XI XII ROK 2001
99-12-27 00-01-10 00-01-24 00-02-07 00-02-21 00-03-06 00-03-20 00-04-03 00-04-17 00-05-01 00-05-15 00-05-29 00-06-12 00-06-26 00-07-10 00-07-24 00-08-07 97-05-27 97-06-10 97-06-24 97-07-08 97-07-22 97-08-05 97-08-19 97-09-02 97-09-16 97-09-30 97-10-14 97-10-28 97-11-11 Przykładowe stany zwierciadła wód podziemnych w studni WOP a/ z okresu 07.1997-11.1997 b/ 12.1999-07.2000 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0
19-Jan-00 20-Mar-00 20-May-00 20-Jul-00 19-Sep-00 19-Nov-00 19-Jan-01 21-Mar-01 21-May-01 21-Jul-01 20-Sep-01 20-Nov-01 20-Jan-02 22-Mar-02 Położenie zwierciadła wody w studni [m] Infiltracja [mm] Przepływ [m3/s] 1-Nov-98 1-Jan-99 3-Mar-99 2-May-99 2-Jul-99 1-Sep-99 1-Nov-99 1-Jan-00 2-Mar-00 2-May-00 2-Jul-00 1-Sep-00 1-Nov-00 31-Dec-00 2-Mar-01 2-May-01 2-Jul-01 1-Sep-01 1-Nov-01 1-Jan-02 3-Mar-02 Przepływ [m3/s] 10 8 Przepływ rzeki Kamienica - posterunek Kamienica 6 4 2 0 Data 2.5 100 Infiltracja 10.00 Przepływ 3.0 Studnia 1.00 50 0.10 3.5 0.01 4.0 0 0.00
Wydajność mierzona na wypływie ze sztolni: Qmax - 65,4 l/s (VII/1997) Qmin - 10,4 l/s (II/2000, I/2001) Qśr - 17,4-26,6 l./s Q[l/s] 60 40 20 0 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650 VI 1997 1998 1999 2000 2001 I.2002
Wartości współczynników regresji, zasoby wodne i odsączalność masywu dla poszczególnych odcinków hydrogramu - wypływ ze sztolni pod Śnieżnikiem Nr/ Data regresji Czas Wydajność [l] Współ. Objętość Odsącza Zasoby V Początek koniec [doby] Qo Qt Regresji Q -lność [m 3 ] 1/08.07.97 18.07.97 10 64,8 41,7 0,0441 45.257 0,052 126.955 2/22.07.97 07.11.97 108 52,1 18,3 0,0097 301.063 0,115 464.065 3/30.12.97 08.01.98 9 23,3 22,1 0,0059 17.572 0,030 341.206 4/11.01.98 07.02.98 27 26,1 19,8 0,0102 53.364 0,062 221.082 5/16.02.98 25.02.98 9 26,5 20,5 0,0285 18.189 0,062 80.336 6/08.03.98 28.03.98 20 28,2 23,7 0,0087 44.689 0,10 280.055 7/03.04.98 16.04.98 12 33,0 26,9 0,0170 31.002 0,084 167.718 8/14.05.98 20.05.98 6 29,0 26,1 0,0176 14.236 0,066 142.363 9/22.05.98 07.06.98 16 26,5 24,1 0,0059 35.145 0,068 388.068 10/14.06.98 19.06.98 5 35,2 26,1 0,0598 13.147 0,082 50.857 11/27.06.98 06.07.98 11 35,7 32.1 0,011 28.276 0,08 280.407 12/14.07.98 22.07.98 8 41,2 31,2 0,036 24.000 0,093 118.656 13/24.07.98 05.09.98 43 41,7 19,4 0,016 120.420 0,093 221.400 14/16.09.98 28.09.98 12 36,6 25,3 0,030 32.636 0,084 105.408 15/03.10.98 11.10.98 8 30,3 25,3 0,022 19.636 0,05 118.996 16/13.10.98 27.10.98 14 31,2 26,1 0,012 36.720 0,043 224.640 m 3
Wyniki oznaczeń izotopowych w rejonie Snieżnika L.p Miejsce Data 18 O [% 0 ] D [% 0 ] Tryt [TU] 1. Sztolnia 09.1992-11,4-76 24,6 2. 12.02.1998-11,11-78,5 15,6 0,8-11,18-78,4 3. 16.10.1998-10,92-73,1 15,3 0,8-10,95-73,3 4. 17.11.2000-10,94-73,9 13,7 0,8-10,97-73,1 5. 17.04.2002-11,02-73,5 10,6 06 6. Źródło K1 09.1992-11,2-71 22,2 7. 17.11.2000-10,75-74,0 12,2 0,8-10,73-74,2 8 17.04.2002-10,77-72,5 11,1 06 9. Źródło K23 09.1992-11,3-75 18,9 10. L2-10,6-72 19,0 11. L4-11,5-75 18,9 12. L6-11,4-77 18,3 13. Studnia S04 18.12.2000-10,6-72,4 9,4 0,7-10,6-72,5 14. 17.04.2002-10,7-71,3 6,6 05 15. Rzeka 17.11.2000-10,7-71,6 11,4 0,7-10,71-72,2 16. 17.04.2002-11,21-75,1 10,1 06 Interpretacja wyników według prof. Zubera: Stosując program FLOWPC do interpretacji analiz uzyskano następujące rezultaty: Źródło K-1 - Według modelu dyspersyjnego średni wiek wynosi 7,5 lat a parametr dyspersyjny 0,60, Sztolnia - Według modelu dyspersyjnego średni wiek wody wynosi 10,1 lat a parametr dyspersyjny 0,35. Studnia S04 - Dokładne dopasowanie modelu nie jest w tym przypadku możliwe. Orientacyjnie można stwierdzić, że ok. 80% wody ma wiek starszy (woda pozbawiona trytu) a ok. 20% stanowi woda o średnim czasie dopływu ok. 30 lat.
Ujecie Data Ra-226 Blad Ra-228 Blad Rn-222 Blad Laboratoriu pobrania [Bq/dm3] [Bq/dm3][Bq/dm3][Bq/dm3][Bq/dm3][Bq/dm3] WODY PODZIEMNE wypływ ze sztolni "Śnieżnik" 26.06.200 0,011 0,003 0,006 0,003 1430 65 UŚ 18.12.200 0,012 0,003 <0.002 1010 46 UŚ 18.12.2000. 955 45 UŚ 18.12.2000. 1029 45 UŚ 18.12.2000. 955 45 UŚ 31.07.2001. 925,7 29,1 PWr - T.P! 15.11.2001. 1110 20 UŚ źródło K1 + K2 26.06.200 0,016 0,002 0,009 0,006 80,0 5,6 UŚ 18.12.200 0,007 0,002 <0.002 346,0 23 UŚ 15.11.2001. 360 20 UŚ źródło K6 (Roberta) 31.07.2001. 244,5 33,8 PWr - T.P! 15.11.2001. 210 10 UŚ wypływ ze sztolni (K6a) 31.07.2001. 295,5 38,4 PWr - T.P! 15.11.2001. 340 20 UŚ źródło K15 26.06.200 0,007 0,001 0,007 0,005 20,8 0,8 UŚ 18.12.200<0.002 <0.02 13,6 0,6 UŚ 31.07.2001. 21,6 8,8 PWr - T.P! 15.11.2001. 21,7 2,3 UŚ źródło K15a 31.07.2001. 11,8 6,1 PWr - T.P! odwiert SO-3 18.12.200 0,002 0,001 <0.002 1662 47 UŚ 18.12.200 0,006 0,002 <0.002 1119* 42 UŚ źródło K20 31.07.2001. 476,1 31 PWr - T.P! WODY POWIERZCHNIOWE rzeka Kamienica R0 5.11.2001. 0,8 0,5 UŚ rzeka Kamienica R1 26.06.200 0,012 0,002 0,006 0,004 1,3 0,1 UŚ 18.12.200 0,004 0,001 0,006 0,002 <0.2 UŚ 15.11.2001. 0,8 0,6 UŚ rzeka Kamienica R6 26.06.200 0,011 0,002 0,010 0,006 22,1 1,1 UŚ 18.12.200 0,004 0,001 <0.002 19,4 0,5 UŚ 31.07.2001. 15,0 5,0 PWr - T.P! 15.11.2001. 20,0 2,6 UŚ rzeka Kamienica R7 31.07.2001. 2,1 1,8 PWr - T.P! 15.11.2001. 3,7 1,4 UŚ rzeka Kamienica R8 31.07.2001. 3,1 2,1 PWr - T.P! 15.11.2001. 2,2 1,3 UŚ rzeka Kamienica R9 31.07.2001. 28,1 6,5 PWr - T.P! 15.11.2001. 1,4 1,1 UŚ rzeka Kamienica R10 31.07.2001. 6,5 3,5 PWr - T.P! 15.11.2001. 2,0 1,1 UŚ rzeka Kamienica R11 31.07.2001. 4,6 2,9 PWr - T.P! 15.11.2001. 34,8 1,5 UŚ dopływ R20 15.11.2001. 18,5 4,8 UŚ * - po całkowitym odpompowaniu
Wybrane wyniki analiz chemicznych wód podziemnych NUMER L ABORATORYJNY 2024 2253 SYMBOL PRÓBY Sztolnia - 09.1999 Studnia SO4-12.2000 1. Temperatura wody o C 5,2 2. Odczyn wody PH 6,53 5,85 3. Sucha pozostałość mg/l 32 Sztolnia SO4 4. Przewodnictwo elektryczne S/cm 78 64 Cl 5. Zasadowość ogólna Mval 3,5 0,6 6. Twardość ogólna Mval 0,85 HCO3 NO3 7. Jon węglanowy mg/l CO 3 2-8. Jon wodorowęglanowy mg/l HCO 3-0 4,3 36,61 K 9. Jon chlorkowy mg/l Cl - 1,59 2,12 10. Jon siarczanowy mg/l SO 4 2-11,0 9,5 Na 11. Azot azotanowy mg/l NNO 3-12. Azotany mg/l NO 3-1,40 0,67 6,2 3,0 Mg Ca 13. Wapń Mg/l Ca 2+ 9,9 12,02 14. Magnez Mg/l Mg 2+ 1,0 3,04 15. Jon fosforowy HPO 4 mg/l HPO 4 <1,0 16. Krzemionka SiO 2 mg/l SiO 2 14,5 Studnia SO4 HCO3 Cl 17. Fluor mg/l 0,66 18. Brom mg/l < 0,1 SO4 19. Aluminium mg/lal 0,02 20. Ołów g/l Pb <1 21. Cynk mg/lzn 0,006 K NO3 22. Żelazo mg/l Fe 0,01 23. Miedź mg/l Cu < 0,005 Na 24. Mangan mg/l Mn 0,003 25. Bor mg/l B 0,05 26. Bar mg/l Ba 0,001 Mg Ca
Strefa przypowierzchniowa Porowatość szczelinowa - 0,0012-0,013 Współczynnik filtracji szczelinowej 1,1 10-6 -4,6 10-5 m/s Gnejsy (badania laboratoryjne) porowatość efektywna - 0,001-0,012 przepuszczalność - 2,5-5,4 10-8 m/s
SW Śnieżnik 1426 m.n.p.m Stan maksymalny Stan średni V=150 m/a Stan niski NE V=100 m/a Sztolnia 860 m.n.p.m V=10-100 m/a
Wielkość zasilania infiltracyjnego mierzona w lizymetrze wynosi od kilku do 48 % opadów a proces zasilania zachodzi pulsacyjnie po przekroczeniu wilgotności maksymalnej pokryw zwietrzelinowych. Odpływ podziemny mierzony na wypływie ze sztolni wykazuje dwa maksima roczne oraz kilka mniejszych okresów wzrostu wydajności. Odpływ podziemny ze skał krystalicznych Śnieżnika jest stabilny i wykazuje wysokie wartości średnie rzędu 22 l/s km 2 ( 80 m 3 /h). Wielkość odpływu podziemnego mierzona na przekrojach kontrolnych rzek wykazuje wysokie wartości oraz wskazuje na dodatkowe dopływy poza opadem atmosferycznym (z lokalnego systemu dopływu do korytowego, kondensacji pary wodnej, spoza zlewni i inne). Wiek wód określony na podstawie 5 serii pomiarów stężenia trytu wskazuje średni czas od 7,5 do 10,1 lat Wyniki te zmieniają całkowicie dotychczasowe poglądy na temat tłokowego szybkiego przepływu wód podziemnych w środowisku skał szczelinowych. W rozważaniach przepływu należy uwzględniać złożony charakter zbiornika porowy w górnej części i szczelinowy w dolnej oraz model mieszania się wód. Strefy dyslokacyjne i spękań stanowią uprzywilejowane drogi krążenia wód lokalnego i przejściowego systemu przepływu. Zasoby wodne zgromadzone w pokrywach zwietrzelinowych i systemach spękań stawiają badane obszary w klasie średni i wysoko zasobnych. Wody podziemne wykazują dobrą jakość i spełniają normy dla wód pitnych za wyjątkiem lokalnie obniżonego ph i podwyższonej zawartości radonu.