HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY …...HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY PROJEKTOWANIA STREF OCHRONNYCH UJĘĆ WÓD...

Państwowy Instytut GeologicznyPaństwowy Instytut Badawczy

ww

w.p

gi.g

ov.p

lHYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY

PROJEKTOWANIA STREF OCHRONNYCH UJĘĆ WÓD PODZIEMNYCH

Piotr HerbichPaństwowy Instytut Geologiczny- Państwowy Instytut BadawczyPaństwowa Służba Hydrogeologiczna

Warsztaty szkoleniowe dotycz ące zadań wojewody wskazanych w przepisach ustawy — prawo wodne,

w tym - w szczególno ści problematyki ustanawiania stref ochronnych uj ęć wody

Kielce - Cedzynia 22-23 maja 2019


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY PROJEKTOWANIA STREF OCHRONNYCH UJĘĆ WÓD PODZIEMNYCH

Zakres tematyczny prezentacji (agenda)

1. Ogólne wiadomości o zasilaniu i przepływie wód podziemnych

2. Schematyzacja warunków występowania wód podziemnych

3. Składniki bilansu hydrogeologicznego

4. Zasoby eksploatacyjne ujęcia wód podziemnych i ich ochrona,

w tym:

a. Podstawowe metody wyznaczania stref ochronnych ujęć

b. Wyznaczenie obszaru zasilania ujęcia i obszaru spływu wód

do ujęcia

c. Czas przepływu wody od granicy obszaru zasilania do ujęcia

d. Wyznaczanie terenu ochrony pośredniej ujęcia


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

UWAGI WSTĘPNE

Prezentacja ma zorientowa ć uczestników warsztatów, jakie problemy hydrogeologiczne maj ą istotne znaczenie dla ustanawiania terenu ochrony po średniej uj ęcia wód podziemnych przy rozpatrywaniu analizy ryzyka w opa rciu o rozpoznanie zawarte w dokumentacji hydrogeologiczne j zasobów eksploatacyjnych uj ęcia.

Zakres prezentowanych informacji hydrogeologicznych ma charakter wst ępny i wybiórczy, nawi ązujący do potrzeb związanych z analiz ą i formaln ą oceną jako ści i kompletno ści dokumentów przedkładanych do wydania decyzji przez organa administracji geologicznej i wodnej.Kompletne i szersze informacje - w podanej literaturze.

Merytoryczna ocena przedkładanych dokumentów powinn a być dokonywana przez hydrogeologów posiadaj ących kwalifikacje geologiczne kategorii V lub IV oraz legitymuj ących si ę odpowiednim do świadczeniem .


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

LITERATURA TEMATU – WYBRANE PORADNIKI, MONOGRAFIE I PODRĘCZNIKI HYDROGEOLOGICZNE

Podstawy hydrogeologii stosowanej (red. A. Macioszczyk, Warszawa PWN 2006)Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemn ych (A.Macioszczyk,

Dobrzyński. PWN Warszawa 2002) Metodyka próbnych pompowa ń w dokumentowaniu zasobów wód podziemnych

Poradnik metodyczny (S.Dąbrowski, J.Przybyłek. Ministerstwo Środowiska 2005)Metodyka okre ślania zasobów eksploatacyjnych uj ęć zwykłych wód podziemnychPoradnik metodyczny (S.Dąbrowski, J.Górski, J.Kapuściński, J.Przybyłek, A.Szczepański. Ministerstwo Środowiska 2004)

Metodyka modelowania matematycznego w badaniach i o bliczeniach hydrogeologicznych.Poradnik metodyczny (S.Dąbrowski, J.Górski, J.Kapuściński, J.Przybyłek, A.Szczepański.Ministerstwo Środowiska 2011)

Ocena prognoz zasobów eksploatacyjnych poprzez poró wnanie szacunków zasobowych z wynikami długotrwałej eksploatacji uj ęć wód podziemnych. Studium metodyczne. (S.Dąbrowski, J.Przybyłek i inni. Ministerstwo Środowiska 2012)

Słownik hydrogeologiczny (red.J.Dowgiałło, A.S.Kleczkowski, T.Macioszczyk,A.Różkowski. Państwowy Instytut Geologiczny. Warszawa 2002)

Ochrona wód podziemnych (red. A.S.Kleczkowski. Instytut Geologiczny. Wydawnictwa Geologiczne. Warszawa 1984)

Projektowanie stref ochronnych źródeł i uj ęć wód podziemnych . Poradnikmetodyczny. T.Macioszczyk, A.Rodzoch, E.Frączek. MOŚZNiL Warszawa 1993)

Strefy ochrony uj ęć wód podziemnych. Problematyka wodociągowa, urbanistyczna i sanitarna (B. Łyp. Wyd. Siedel-Przywecki. Warszawa 2018)


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

DEFINICJE WÓD PODZIEMNCH

Dz.U. RP z dnia 23 sierpnia 2017 r. Poz. 1566: Ustawa z dnia 20 lipca 2017r. Prawo wodne.Rozdział 2. Obja śnienia okre śleń ustawowych. Art. 16. Ilekro ć w ustawie jest mowa o:

66) warstwie wodonośnej – rozumie si ę przez to warstwowane lub niewarstwowane utwory skalne przepuszczalne i nasycone wod ą, wykazuj ące wystarczaj ącą porowato ść i przepuszczalno ść umo żliwiaj ącą znaczący przepływ wód podziemnych lub pobór znacz ących ilo ści wód podziemnych;

68) wodach podziemnych – rozumie si ę przez to wszystkie wody znajduj ące się pod powierzchni ą ziemi w strefie nasycenia, w tym wody gruntowe pozostaj ące w bezpo średniej styczno ści z gruntem lub podglebiem;

Ustawa z dnia 9 czerwca 2011 Prawo geologiczne i górni cze oraz Rozp. MŚ. z 18.11.2016 r. w sprawie dokumentacji hydrogeologiczn ej i dokumentacji geologiczno-in żynierskiej – brak definicji tych poj ęć.


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

DEFINICJE WÓD PODZIEMNCH, WARSTW WODONOŚNYCH, UTWORÓW PRZEPUSZCZALNYCH, SŁABO- i PÓŁPRZEPUSZCZALNYCH

Słownik hydrogeologiczny. PIG Warszawa 2002

1101. Utwór przepuszczalny. Utwór w strefie saturacji zdolny do przewodzenia i magazynowania wody wolnej; współczynniki filtracji poziomej k i pionowej k' wi ększe od 10 –6m/s.

1099. Utwór półprzepuszczalny. Odpowiada utworom bardzo słabo (pół-) izoluj ącym; w porównaniu do s ąsiaduj ących utworów – mniej przepuszczalny. Zalicza si ą do nich np. gliny piaszczyste, mułki, piaski ilaste, a tak że utwory praktycznie nieprzepuszczalne o niewielkiej miąższości (poni żej 20 m).

1102. Utwór słabo przepuszczalny. Utwór magazynuj ący, lecz nieprzewodz ący wody.

1100. Utwór praktycznie nieprzepuszczalny. Utwór praktycznie wodonieprzepuszczalny, bardzo dobrze i dobrze izoluj ący.


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

PRZEPŁYW WÓD

skały okruchowe sypkie (piaski, żwiry)

Skały lite: - szczelinowe (dolomity, opoki, granity)

- szczelinowo-porowe(piaskowce, kreda)

Skały liteszczelinowo – krasowe

(wapienie)

zwierciadło wody zwierciadło wody

strefa saturacji

strefa aeracji

V(isa) >50m/dob ę

Vrp=200-50 [m/r]

V(isa) pr ędkość infiltracji skoncentrowanego strumienia pionowego w strefie aeracji (m/dob ę)

MRT(1) [lata] czas wymiany wód w 1m strefy aeracji (wypieranie tłokowe przez wody infiltruj ące)

MRT(1m)=2÷0,2 [lata]

strefa saturacji strefa saturacji

Vrp- pr ędkość rzeczywista poziomego przepływu wód w strefie saturacji (przy naturalnych spadkach hydrau licznych)

zwierciadło wody

MRT(1m)=0,5÷0,03 [lata]V(isa)=50÷0,1m/dob ę V(isa) >500m/dob ę

MRT(1m)=0,3÷0,01[lata]

Vrp=2000-200 [m/r] Vrp=5000-500 [m/r]

Wg P. Herbicha, 2010


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

PRZEPŁYW WÓD

warstwa wodono śna

warstwa półprzepuszczalna

gliny, łupki

warstwa praktycznie nieprzepuszczalna - iły

zwierciadło wody -swobodne - napi ęte

prędkość przes ączania Vps = 0,1÷0,001 m/rok

zwierciadło wody napi ęte

poziomy wód zawieszonych i gruntowych

warstwa półprzepuszczalnaVps = 0,1÷0,001 m/rok

warstwa wodono śna


źródło

Vrp5000-50m/r

Vrp5000-50m/r


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

PRZEKROJE GEOLOGICZNE SMGPpokrywa czwartorz ędowa nizin i pojezierzy

- wysoczyzny polodowcowe, strefy zaburze ń glacidynamicznych,

równiny sandrowe,południowopolskie wy żyny na utworach

przedkenozoicznych (kredy, jury

ANALIZA WARUNKÓW GEOLOGICZNYCH


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Wielopoziomowy system wodono śny wysoczyzny polodowcowej (Pojezierze Kaszubskie)

wg M. Lidzbarskiego 2006

SCHEMATYZACJA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

SCHEMATYZACJA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH

Wg J. Szymanki 1980


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

BILANS HYDROGEOLOGICZNY ZLEWNIOWEGO SYSTEMU WODONO ŚNEGO



ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Charakterystyka hydrogeologiczna zasilania poziomów wodono śnych

i ochrony jako ści ich wód - warunków migracji zanieczyszcze ń z powierzchni

terenu

Typ hydrodynamiczny poziomu:S – swobodny – infiltracja opadów bezpośredniaNS - napięty/swobodny – infiltracja opadów po średnia NP – napięty zasilany przes ączaniem przez warstwy słaboprzepuszczalneNL – napi ęty z dopływem lateralnym

PODSTAWOWE SCHEMATY HYDROGEOLOGICZNYCH WARUNKÓW POBORU WÓD PODZIEMNYCH STUDNIAMI WIERCONYMI

Wybór poziomu wodono śnego o optymalnych warunkach dla poboru wód podziemnych i ochrony ich jako ści: – typ NL – pełna izolacja i b.dobraochrona, ograniczona zasobno ść; – typ NP – średnia i dobra ochrona, wysoka i stabilna zasobno ść.



ww

w.p

gi.g

ov.p

l

ZMIANY DYNAMIKI ZASILANIA, PRZEPŁYWU I DRENA ŻU WÓD PODZIEMNYCH W WARUNKACH EKSPLOATACJI UJ ĘCIA STUDZIENNEGO

Układ quasinaturalnykrążenia wód podziemnych w systemie zlewniowym

ZS - Strefa zasilania wód podziemnychDL - Strefa drena żowa - dolinaDrenaż DK- koryto rzeki, DZ- źródłaEtp –ewapotranspiracja wód gruntowychETd – ewapotranspiracja podmokło ści

Układ kr ążenia wymuszony poborem z uj ęcia wód podziemnych

Zasilanie i przepływ:ZU - strefa zasilania wód podziemnych

w obszarze spływu wód do uj ęcia JR – infiltracja wód z rzekiDrenażQU – ujęcie wód podziemnychEtp – ewapotranspiracja wód gruntowych



ww

w.p

gi.g

ov.p

l

ANTROPOGENICZNA ZMIANA STRUKTURY BILANSU HYDROGEOLO GICZNEGO

Naturalny bilans hydrogeologiczny : IN = Qg + ETD


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Udział [%] wód o okre ślonej kategorii pochodzenia, pobieranych przez 12 badanych uj ęć studziennych wodoci ągów komunalnych

(P. Herbich 2017)

ANTROPOGENICZNA ZMIANA STRUKTURY BILANSU HYDROGEOLO GICZNEGO


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

ZASOBY EKSPLOATACYJNE UJ ĘCIA WÓD PODZIEMNYCH I ICH OCHRONA

„ilo ść wód podziemnych mo żliwa do pobrania z uj ęcia w danych warunkach hydrogeologicznychi techniczno-ekonomicznych , z uwzględnieniem zapotrzebowania na wodęi przy zachowaniu wymogów ochrony środowiska”.

http://www.mos.gov.pl/kategoria/298_metodyka_okresl ania_zasobow_eksploatacyjnych_ujec_zwyklych_wod_podziemnych_poradnik_me todyczny/

UWAGA: Przed Ustaw ą PGG z 1994 r. zasoby eksploatacyjne uj ęcia rozpoznane w kategorii B ustalano w wysoko ści okre ślonej przez wydajno ść najwy ższego stopnia pompowania próbnego (pojedynczego lub zespołowego): ZE (<1994) = Q3Zasoby te nie zostały anulowane, mimo wprowadzenia po 1994 r. ogranicze ń bilansowych, technicznych i ekologicznych dla wysoko ści tych zasobów. Powoduje to formalny deficyt bilansu zasobów dyspoz ycyjnych ZD i eksploatacyjnych ZE: ∆ZD = ZD - Σ(ZE) < 0

Definicja zasobów eksploatacyjnych uj ęcia wód podziemnych Rozp. MŚ z 15.12.2016:


ww

w.p

gi.g

ov.p

l2. W przypadku gdy dla uj ęcia wód podziemnych istnieje potrzeba ustanowienia strefy ochronnej ujęcia obejmującej teren ochrony bezpośredniej i teren ochrony pośredniej, w dokumentacji, o której mowa w ust. 1, określa się ponadto proponowane granice tej strefy oraz przedstawia propozycje zakazów, nakazów i ogranicze ń w użytkowaniu gruntów w obr ębie tej strefy, zgodnie z przepisami ustawy z dnia 1 8 lipca 2001 r. – Prawo wodne (Dz. U. z 2015 r. poz. 469, z późn. zm.3), na podstawie co najmniej:1) pomiarów poziomu zwierciadła wód podziemnych w dostępnych otworach

hydrogeologicznych w zasięgu spływu wód do ujęcia wód podziemnych;

2) wyznaczenia na podstawie mapy hydroizohips - metodam i analitycznymi lub na podstawie bada ń modelowych - obszaru spływu wody do uj ęcia wód podziemnych (OSW), a w przypadku poziomów wodono śnych izolowanych od powierzchni utworami słaboprzepuszczalnymi – izochrony 25-letniego czasu d opływu wody w warstwie wodono śnej do uj ęcia wód podziemnych, z uwzgl ędnieniem czasu przes ączania wód przez utwory izoluj ące;

3) tendencji zmian jako ści wód podziemnych eksploatowanego ujęcia wód podziemnych;

4) oceny zagro żenia uwzgl ędniaj ącej analiz ę naturalnej podatno ści poziomów wodono śnych na zanieczyszczenie oraz szczegółow ą inwentaryzacj ę istniej ących i potencjalnych ognisk zanieczyszcze ń wód podziemnych w granicach proponowanej strefy ochronnej ;

5) szczegółowej charakterystyki stanu zagospodarowania terenu oraz postanowień miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dotyczącego obszaru proponowanej strefy ochronnej ujęcia, a w przypadku braku tego planu – na podstawie studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy;

ZASOBY EKSPLOATACYJNE UJ ĘCIA WÓD PODZIEMNYCH I ICH OCHRONA


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

METODY WYZNACZANIA STREFY OCHRONY POŚREDNIEJ UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH

Metody analityczne – małe uj ęcia, średnie uj ęcia proste warunki hydrogeologiczne Metody modelowe – uj ęcia średnie w skomplikowanych warunkach oraz uj ęcia du że


ww

w.p

gi.g

ov.p

lStudnie gł ębinowe ujmuj ą piaszczysto- żwirowy poziom wodono śny o swobodnym zwierciadle wody, wodoprzepuszczalnej strefie aeracji (bez utworów półprzepuszczalnych).

OBSZAR DOPŁYWU <25 LAT DO UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH W POZIOMIE WODONOŚNYM

http://hydroconsult.pl/strefy-ochronne-ujec-wod-pod ziemnych/237/

Wyznaczono teren ochrony po średniej uj ęcia obejmuj ącą cały obszar zasilania uj ęcia.

Czas dopływu wód podziemnych w poziomie wodono śnym z granic obszaru zasilania do uj ęcia TW<25lat

Potencjalny czas migracji zanieczyszcze ń z powierzchni terenu MRT<5lat.


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

CZAS PRZESĄCZANIA > 25 LAT ZANIECZYSZCZEŃ DO POZIOMU WODONOŚNEGO

Wg S. Dąbrowskiego i in., 2004

obszar spływu wód podziemnych do uj ęcia (obszar

zasobowy)

Ujęty mi ędzyglinowy piaszczysto- żwirowy poziom wodono śny, przykryty kompleksem półprzepuszczalnych glin zwałowych , mułków i iłów. Potencjalny czas migracji zanieczyszcze ń z powierzchni terenu do uj ętego poziomu wodono śnego MRT>25 lat. NIE WYZNACZONO TERENU OCHRONY POŚREDNIEJ

obszar dopływu wód podziemnych z ujętej warstwydo uj ęcia <25 lat


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

OCHRONA ZASOBÓW I WARUNKÓW EKSPLOATACJI STUDNI ZAGROŻONEJ ODDZIAŁYWANIEM LEJA DEPRESJI S ĄSIEDNIEGO UJĘCIA

- Obni żenie qasistatycznego(podczas postoju pompy) i dynamicznego lustra wody w studni – konieczno ść opuszczenia pompy.

- Wzrost depresji S przy wydajno ści eksploatacyjnej studni (spadek mi ąższości i przewodno ści uj ętej warstwy w leju depresji).

- Zagro żenie piaszczeniem i kolmatacj ą (obni żone lustro wody w obr ębie kolumny filtracyjnej) i konieczno ścią przebudowy studni.



ww

w.p

gi.g

ov.p

l

ILE WPŁYWU CZYNNIKA KLIMATYCZNEGO NA STAN WÓD PODZI EMNYCH,ILE WPŁYWU DRENAŻU GÓRNICZEGO, POBORU DO NAWODNIEŃ …?

Jezioro Ostrowskie (Pojezierze Powidzkie).Obszar wpływu odwadniania kopalni PAK Konin SA - głęboka letnia susza 2016

Rzeka Czarna w Chynowie. Pobór wody na deszczowanie sadów –głęboka letnia susza 2016


ww

w.p

gi.g

ov.p

l


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Analiza wpływu leja depresji kopalni na chronione ek osystemy l ądowe

Zmiany poło żenia zwierciadła głównego poziomu wodono śnego w rejonie torfowiska „SerebryskieBłoto” spowodowane wpływem leja depresji kopalni kr edy Cementowni Chełm

Brak wpływu leja depresji na ekosystem torfowisk dzięki izolacji ilast ą zwietrzelin ą górnokredowegopoziomu wodono śnego od płytkich wód gruntowych w torfach. Pełna odbudowa zabagnienia torfowiska nast ąpiła po przetamowaniu rowów odwadniaj ących co umo żliwiło retencjonowanie wód opadowych.


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Wieloletnia zmienność przepływu rzeki i zasobów wód w jej zlewni

Zróżnicowanie w okresie wielolecia 1951 – 2016wartości przepływuWieprza w Krasnystawie:SQR – średniego w roku,SNMQR – średniego z niskich

miesięcznych w rokuNQR – niskiego w roku

element SQR SNMQR NQRpw 50% 11,9 8,8 5,7pw 95% 7,8 6,1 3,8pw 5% 20,3 15,6 10,6

V=pw95/5 % 260% 256% 279%


ww

w.p

gi.g

ov.p

l

Wieloletnia zmienność przepływu rzeki i zasobów wód w jej zlewni

element SQR SNMQR NQR Qnh ZD

pw 50% 12,4 9,1 6,1 3,1 6,1pw 95% 12 8,9 5,8 2,9 5,9pw 5% 13 9,7 6,9 3,4 6,3

V=pw95/5 % 108% 109% 119% 117% 107%

HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY …...HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY PROJEKTOWANIA STREF OCHRONNYCH UJĘĆ WÓD...

Documents

Transcript of HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY …...HYDROGEOLOGICZNE PODSTAWY PROJEKTOWANIA STREF OCHRONNYCH UJĘĆ WÓD...