PROBLEMY HYDROGEOLOGICZNE POŁUDNIOWO-ZACHODNIEJ POLSKI WROCŁAW 1992 Halina KRYZA* Robert TARKA* zasoby wodne erlanów Masyw Śnieżnika WODY PODZIEMNE W UTWORACH ERLANOWYCH MASYWU ŚNIEŻNIKA W artykule przedstawiono charakterystykę krążenia wody w utworach wapiennokrzemianowych (erlanach) masywu Śnieżnika. Na podstawie wyników badań w zlewni potoku Śnieżnego, obejmujących wydajności źródeł, przepływy na ciekach i chemizm wód wykazano krasowy charakter przepływu oraz większą zasobność wodną utworów ertanowych w stosunku do innych wydzieleń litologicznych. Obliczony metodą chemicznej analizy udział wód wypływających z erlanów zajmujących 30% obszaru powierzchni zlewni potoku Śnieżnego w całkowitym odpływie podziemnym wykazał, że stanowią one od 58 do 75% całkowitej ilości wody odpływającej poza zlewnię. Celem niniejszej pracy jest wstępna charakterystyka krążenia wód w utworach wapienno-krzemianowych na obszarze masywu Śnieżnika. Skały erlanowe stanowią tutaj niewielkie przewarstwienia i soczewy, o miąższości do kilkudziesięciu metrów w obrębie łupków łyszczykowych i paragnejsów serii strońskiej, tworząc specyficzne szczelinowo-krasowe środowisko wód podziemnych. Problematyka dotycząca krążenia wód w utworach wapiennych masywu Śnieżnika została szeroko omówiona na przykładzie soczewy marmurów w dolinie Kleśnicy [1, 2, 3]. W artykule skoncentrowano się na wystąpieniu erlanów w górnej części doliny Kamienicy (ryc. 1), gdzie towarzyszą im ławice marmurów [7]. Erlany nie są jednolite pod względem składu (jak np. marmury doliny Koleśnicy), ale tworzą szereg odmian i form przejściowych z marmurami i łupkami łyszczykowymi. J. Teisseyre wyróżnia na tym obszarze dwa podstawowe typy erlanów: erlany epidotowe i erlany hornblendowe. Erlany epidotowe mają strukturę afanitową, składają się głównie z minerałów grupy epidotu i z diopsydu oraz zawierają ponadto zmienne ilości skaleni i kwarcu. Wykazują barwy od szarozielonej do zielonej. Erlany hornblendowe charakteryzują się większym udziałem amfibolu, obok odmian afanitowych spotykane są również odmiany ziarniste. Posiadają barwę od intensywnie zielonej do czarnej. Materiałem wyjściowym do powstania erlanów były prawdopodobnie margle dolomityczne ze zmiennym udziałem frakcji ilastej wieku wend-dolny kambr [4]. Omawiana soczewa ma wydłużenie południkowe i rozciąga się na długości 2900 m. Maksymalna szerokość dochodzi do 450 m a wychodnie utworów wapien- * Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski.
no-krzemianowych zajmują powierzchnię 0,78 km 2 (ryc. 1). Jednak w większości utwory erlanowe przykryte są osadami czwartorzędowymi a na powierzchni odsłaniają się jedynie w dolinie Małego Leja (III/A) i dolinie potoku Śnieżnego (VI/A). Analizę krążenia wody w utworach erlanowych oparto na obserwacjach drenażu źródłowego. Źródła wypływające z utworów węglanowo-krzemianowych są stosunkowo nieliczne. Wskaźnik gęstości występowania źródeł w obrębie erlanów wynosi 12,8, natomiast dla całej zlewni Kamienicy jest on równy 15,2 [5]. W tabeli 1 przedstawiono współczynniki regresji (ot), objętości zbiorników zasilających (V) oraz współczynników zmienności wybranych źródeł (U) wypływających z utworów erlanowych i gnejsowych w zlewni potoku Śnieżnego (ryc. 2). Tabela 1. Porównanie współczynników regresji, wielkości zbiorników zasilających źródła oraz współczynników zmienności wydajności wybranych źródeł. Tab. 1. Comparison of the regression coefficient, volume of recharging reservoir and coefficient of changeability of chosen springs. numer źród1 a utwory a V (m 3 ) u-= q, ax/q nin 11.88 -OS. 90 08. 89-05.90 9 erlany 0.0091 3607 2 62 1. 67 15 erlany 0.0025 57024 3.51 1. 84 23 gnejsy 0.0425 3070 9 31 6. 51 25 gnejsy 0.0171 2627 3.69 2. 74 29 gnejsy 0.0274 1225 4.00 2. 71 Źródła erlanowe charakteryzują się niższymi współczynnikami wysychania (ct) niż źródła wypływające z utworów gnejsowych. Obliczenia objętości zbiorników drenowanych przez poszczególne źródła dokonano na podstawie ich średniej wydajności. Najwyższe wartości przypadają na źródła erlanowe, a w przypadku źródła 15 jest to wartość o rząd większa od pozostałych. Potwierdzeniem większej zasobności zbiorników zasilających źródła erlanowe jest również fakt mniejszej zmienności wydajności tych wypływów w porównaniu z innymi źródłami. Analiza czasu reakcji źródeł na zasilanie wykazała, że w przypadku źródła 9 jest ona identyczna jak dla innych źródeł rumoszowych w masywie Śnieżnika (do 2 dni), natomiast dla źródła 15 (5 dni), taka jak dla wypływów o charakterze szczelinowym [6]. Czas reakcji źródła 15 identyczny ze szczelinowymi wypływami gnejsowymi wskazuje na wspólny system krążenia wody w soczewie erlanów i szczelinowym masywie gnejsowym. Natomiast znaczna objętość wody zgromadzona w obrębie erlanów przy stosunkowo niewielkiej powierzchni sugeruje krasowy charakter przepływu. Dla pełniejszej charakterystyki badaną zlewnię potoku Śnieżnego podzielono na niewielkie zlewnie hydrologiczne, tak aby otrzymać zlewnie cząstkowe położone w całości lub prawie w całości w utworach erlanowych i porównać je ze zlewniami położonymi w obrębie utworów gnejsowych. Obliczone na podstawie wydajności źródeł moduły odpływu podziemnego dla wydzielonych zlewni wykazały, że są one
Rys. 1. Mapa geologiczna zlewni Kamienicy (wg J. Dona i M. Dumicza): 1 - gnejsy śnieżnickie, 2 - gnejsy gierałtowskie, 3 - gnejsy mieszane i przejściowe, 4 - łupki lyszczykowe, 5 - erlany, 6 - żwiry i piaski terasy plejstoceńskiej, 7 - granice zlewni cząstkowych. Fig. 1. Geological map of the Kamienica river watershed (after J. Don and M. Dumicz) 1 - śnieżnickie gneisses, 2 - gierałtowskie gneisses, 3 - mixed and intermediate gneisses, 4 - rnica schists, 5 - erlans, 6 - sand and gravel of pleistocene terrace, 7 - watershed boundary.
Rys. 2. Mapa dokumentacyjna zlewni potoku Śnieżnego 1 - źródło, 2 - źródło obserwowane okresowo, 3 - wyciek, 4 - piezometr, 5 - posterunek limnigraficzny, 6 - punkt obserwacji meteorologicznych, 7 - posterunek opadowy, a - gnejsy śnieżnickie, b - gnejsy mieszane i przejściowe, c - łupki lyszczykowe, d - erlany, e - żwiry i piaski terasy zalewowej i plejstoceńskiej. Fig. 2. Documentary map of the Śnieżny creek watershed. 1 - spring, 2 - spring under observation, 3 - effluence, 4 - observation well, 5 - river observation point, 6 - meteorological station, 7 - rainfall measuring station, a - śnieżnickie gneisses, b - mixed and intermediate gneisses, c - mica schists, d - erlans, e - sand and gravel of pleistocene terrace.
wyzsze dla zlewni zbudowanych z utworów wapienno-krzemianowych (10,7-18,0 1/ s km 2 ) niż dla zlewni gnejsowych (4,8-15,7 l/s km 2 ). Potwierdza to fakt wyższej zasobności utworów erlanowych. Przeprowadzony bilans wodny dla całej zlewni potoku Śnieżnego, zbudowanej w 30% z utworów erlanowych, wykazał znaczną różnicę pomiędzy obydwiema stronami podstawowego równania bilansowego (tabela 2). Ta znaczna różnica oraz wyższy moduł odpływu dla zlewni erlanowych świadczą o tym, że soczewa wapienno-krzemianowa pełni rolę drenu dla łupków łyszczykowych i gnejsów, oraz że istnieje znaczny przepływ wód w jej obrębie pomiędzy sąsiednimi zlewniami. Tabela 2. Zestawienie bilansu wodnego dla zlewni potoku Śnieżnego za okres od 10.XI.89 do 31.V.90. Tab. 2. Water balance for the Śnieżny creek for period 10.XI.89-31.V.90. opad odp1yw parowanie retencja 188,6 mm 220,8 mm 91,5 mm +16,9 mm Wody krążące w obrębie soczewy erlanów charakteryzują się odmiennym od wód krążących w obrębie utworów gnejsowych procentowym udziałem zawartości podstawowych jonów. Na rycinie 3 przedstawiono dwie przykładowe analizy wód podziemnych z wyżej wymienionych źródeł. Zmiany składu chemicznego w czasie dla tych samych źródeł przedstawia rycina 4. NN03 S04 HC03 S04 NN03 HC03 źródło 23 źródło 15 (gnejsy) (erlany) Rys. 3. Skład chemiczny wód podziemnych w wybranych źródłach zlewni potoku Śnieżnego. Fig. 3. Groundwater chemical composition in chosen springs of Śnieżny creek watershed. Średnia wielkość suchej pozostałości dla źródeł erlanowych wynosi około 85-90 mg/l (tab. 4), co w porównaniu ze źródłami gnejsowymi (ok. 55 mg/l) świadczy o znacznie większej rozpuszczalności tych skał. Porównując przedstawione wartości z
mineralizacją wody opadowej (średnia z kilku analiz wynosi 24 mg/l), można stwierdzić, że w przypadku wypływów położonych na utworach erlanowych udział wód opadowych w ogólnej mineralizacji stanowi około 25%. Dla źródeł gnejsowych wskaźnik ten jest równy około 44%. a/ źródło 15 (erlany) 80 ~~ ~» - 60 M40 XI XII 1988 1989 b/ 70-, źródło 23 (gnejsy) Rys. 4. Zmiany składu chemicznego wód podziemnych w obrębie utworów erlanowych i gnejsowych. Fig. 4. Groundwater chemical composition variation occurs in erlans and gneisses rocks.
W celu dokonania charakterystyki zasilania poszczególnych wypływów w oparciu o chemizm wody, obliczono dla każdego źródła, na podstawie jednej serii opróbowania, różnicę pomiędzy sumą procentowego udziału miliwali jonów HC0 3 i Ca a sumą procentowego udziału miliwali jonów Na i K. Takie postępowanie umożliwiło podział w oparciu o kilka jonów jednocześnie oraz wyeliminowanie błędów powstałych przy oznaczaniu zawartości jonów. Następnie źródła uporządkowano według malejącej wartości obliczonego wskaźnika W=(%mval HCC> 3 +%mval Ca)- (%mval Na+%mval K) (tabela 3). Tabela 3. Wskaźnik chemiczny W=(%mval HC0 3 +%mval Ca)-(%mval Na + %mval K) wód podziemnych potoku Śnieżnego Tab. 3. Chemical coefficient W=(%mval HC0 3 + %mval Ca)-(%mval Na+%mval K) of groundwater and surface water for Śnieżny creek. numer próby 15 3 IX 9 32 19 33 50 (%mval HCO,+%mvlCa) -<%mvalna+%mvalk) 74. 3 70.0 69.8 68. 6 67.2 60.3 59.7 46.6 58 22 29 I 46 23 25 37 31 43.8 35.9 35.0 34.7 34. 5 32.8 30.8 30.0 24. 5 Źródła 15, 3, 9, 32 zasilane są wyłącznie wodami z utworów węglanowokrzemianowych i charakteryzuje je najwyższa wartość obliczonego wskaźnika. Źródła 19 i 33 o średniej wartości wskaźnika wypływają z utworów gnejsowych, ale w dużym stopniu (ok. 75%) zasilane są przez erlany. Pozostałe wypływy charakteryzują się niskimi wartościami prezentowanego wskaźnika i są to źródła drenujące wyłącznie utowry gnejsowe (jedynie w źródłach 50 i 58 obserwuje się niewielkie domieszki wody z utworów wapienno-krzemianowych). Próby I i II są oznaczeniami wód powierzchniowych, przy czym próba I została pobrana w górnej części zlewni, gdzie występują wyłącznie gnejsy, natomiast próba nr II w profilu zamykającym zlewnię potoku Śnieżnego. Wartość omawianego wskaźnika w przypadku drugiej próby, niejako zbiorczej z całej zlewni, wykazuje wielkość charakterystyczną dla wód wypływających z soczewy erlanów, co wskazuje na przeważający udział wód pochodzących z utworów erlanowych w całkowitej ilości wody drenowanej przez tę zlewnię. W celu wyjaśnienia tego zjawiska obliczono dla kilku źródeł o najpełniejszej serii opróbowań średnie zawartości poszczególnych jonów w mg/l (tabela 4). Z pobieżnej analizy widać, że dla większości jonów wartości obliczone dla próby powierzchniowej II są bardziej zbliżone do wyników otrzymanych dla źródeł erlanowych niż gnejsowych, co potwierdza fakt, iż większość wody drenowanej przez zlewnię potoku Śnieżnego pochodzi z soczewy utworów wapienno-krzemianowych.
Tabela 4. Średnia zawartość podstawowych jonów w wodach podziemnych masywu Śnieżnika w mg/l Tab. 4. Average ionic contents in groundwater and surface water in Śnieżnik creek watershed in mg/liter. nr Sródła 9 15 32 50 23 31 I II SP 89.7 96.1 79.3 77.8 54.0 51.5 48.9 79.4 HCOj 70.5 71.2 51.2 31.1 12. 1 12.9 15.8 45.8 1 C1 2.9 2.5 1.7 1.7 3.5 2.6 3. 0 2. 6 so4 14.7 13.2 14.6 14.6 19.7 18.2 17.6 16. 0 NNOj 2.3 2.0 1.2 1.6 3.9 2.4 2.9 1.8 Ca 23.9 24.2 18.2 9.3 10.6 7.5 10.2 18.8 Mg 3.4 3.0 1.5 3.2 1.9 0.9 1.7 1.6 Na 2.3 1.9 3.6 3.1 4.3 4.5 3.8 2. 9 K 1.0 0.7 1.0 0.6 1.9 1.4 1.6 1.1 Dla lepszego zobrazowania obliczono na podstawie różnic w średniej zawartości poszczególnych jonów dla różnych typów wody ich udział w całkowitym odpływie gruntowym zlewi potoku Śnieżnego. Dla poszczególnych jonów waha się on od 58 do 75% dla wód z utworów erlanowych, co znaczy, że tylko 25 do 42% wody pochodzi z bezpośredniego drenażu utworów gnejsowych. Tak duży przepływ wód w obrębie soczewy erlanów, które jak już wspomniano, zajmują tylko 30% powierzchni w zlewni potoku Śnieżnego świadczy niewątpliwie o jego krasowym charakterze. PODSUMOWANIE 1. Źródła drenujące utwory erlanowe charakteryzują się niższymi od źródeł gnejsowych współczynnikami regresji, a tym samym wyższą zasobnością zbiorników zasilających te wypływy. 2. Wyższą zasobność wodną utworów wapienno-krzemianowych potwierdza analiza modułu odpływu podziemnego dla niewielkich zlewni cząstkowych. Dla zlewni położonych na obszarze soczewy erlanów wynosi ona 10,7-18,0 l/s km 2, natomiast dla zlewni z obszaru gnejsów 4,8-15,7 l/s km 2. Sugeruje to krasowy system krążenia wody w obrębie utworów wapienno-krzemianowych. 3. Na podstawie przeprowadzonego bilansu wodnego dla zlewni potoku Śnieżnego i analizy modułu odpływu podziemnego stwierdzono dopływ wód do badanej zlewni ze zlewni sąsiednich przez soczewę erlanów.
4. Obliczony metodą chemicznej analizy udział wód z erlanów w dopływie całkowitym wykazał, że przez soczewę przepływa od 58 do 75% wody, natomiast utwory gnejsowe dostarczają tylko 25 do 42% wody odpływającej z badanej zlewni. Tak duży przepływ wód przez utwory wapienno-krzemianowe, zajmujące tylko 30% powierzchni zlewni, potwierdza przypuszczenia o jego krasowym charakterze. LITERATURA 1. Ciężkowiski W., 1989, Badania hydrogeologiczne obszaru krasowego Masywu Śnieżnika., W: Jaskinia Niedźwiedzia w Kletnie., Ossolineum, s. 180-201. Wrocław. 2. Ciężkowski W., Gębala S., 1985, Oznaczenie uraniny w wodach i na węglu aktywnym na przykładzie badań przepływów podziemnych wód krasowych Masywu Śnieżnika., Tech. Poszukiwań Geolog., 6. Warszawa. 3. Ciężkowski W., Madera E., 1985, Wyniki badań znacznikowych nad podziemnymi przepływami wód krasowych Masywu Śnieżnika., Prz. Geol., 10, s. 578-580. Warszawa. 4. Gunia T., 1984, Mikroskamieniałości z łupków kwarcytowych okolic Goszowa w masywie Śnieżnika Kłodzkiego (Sudety Środkowe)., Geol. Sudetica 18, 2. Wrocław. 5. Kryza H., 1985, Hydrogeologiczne warunki odpływu podziemnego w zlewni Kamienicy w masywie Śnieżnika., praca doktorska, Arch. Zakładu Hydrogeologii ING. Wrocław. 6. Tarka R., 1990, Wpływ retencji śnieżnej na retencję wód podziemnych i odpływ podstawowy na wybranym przykładzie zlewni masywu Śnieżnika., praca magisterska, Arch. Zakładu Hydrogeologii ING. Wrocław. 7. Teisseyre J., 1961, Skały wapienno-krzemianowe Masywu Śnieżnika., Arch. Miner., 23.1, s. 155-196. Warszawa. GROUNDWATER IN THE ERLAN ROCKS OF THE ŚNIEŻNIK MASSIF (SUDETES) In this paper the authors present groundwater flow characteristic in carbonate-siliceous rocks in Śnieżny creek watershed. Karstic feature of groundwater flow and high capacity of the erlan rocks have been prove base on springs discharge, river flow and chemical composition of groundwater. The amount of groundwater flowing out from the erlan rocks is about 58-75% of total runoff, however they cover only 30% of total surface in watershed.