Wykład 08.11.2005WODOPRZEPUSZCZALNOŚĆ HYDRAULICZNA:Podstawowe prawa ruchu wód podziemnych:Większość wód podziemnych znajduje się w ruchu. Ruch wody w skałach nazywa się ogólnie filtracją. Filtracja laminarna-występuje w skałach porowatych np.. żwiry, piaski, piaskowce, mułki. Opisuje ją prawo Darcy’ego V=Q/F, V-prędkość(m/s), Q- objętość cieczy przepływająca w jednostce czasu(m³/s), F- powierzchnia przekroju, w którym płynie ciecz(m²). Filtracja turbulentna (fluacja)- występuje w skałach szczelinowych i skrasowiałych. Opisuje ją prawo Cezy-Krasnopolskiego V=k√J, J- spadek hydrauliczny, k- wsp. fluacji oznaczany jednie przez próbne pompowanie. Wydatek Q= kF√J. Filtracja mieszana(nieliniowa)- podporządkowana jest prawom Smerkena- Missbacka? V=k*J^(1/n), V- prędkość wody(m/s), k- wsp.filtracji nieliniowej, n- wykładnik(=3/2), J-spadek hydrauliczny. Wsp.k i n wyznacza się eksperymentalnie przy próbnym pompowaniu. Wsp.filtracji(wg Darcy) k=V/J, jeśli J=1, to k=V i wsp. filtacji ma wymiar prędkości.K można oznaczyć: -metodami laboratoryjnymi, - polowymi, - empirycznymi. Wzory empiryczne: -wzór Allen Hazena (zawyża wynik) k- cde²(0,7+0,03t) [m/d], c- wsp.zależny od nierównomierności uziarnienia c= f(μ), μ=d60/d10, μ- wsp. nierównomierności uziarnienia, d60- średnica ziaren, które wraz z mniejszymi stanowią 60% ciężaru badanej próbki, d10(jw., tylko 10%). μ <5 określa zakres stosowania tego wzoru, de- średnia miarodajna(efektywna) i w przypadku μ <5 wynosi d10. Zakres stosowania ze względu na de, de(0,1-3mm), dla wody o tem.10C. –wzór Slichtera(zaniża wynki) k= 88,3de²m*(1/η) [m/d], de-średnica miarodajna w mm=d10, m-wsp.liczbowy zależny od porowatości , η-lepkość wody zależna od temp. Zakres stosowalności na de, de(0,01-5mm). Wzór Slichtera nie uwzględniający η to:k=496md10². –wzór amerykański USBSC k10=0,36(d20)^(2/3) [cm/s], k10- stosowany dla tem. 10C, stosowany w zakresie d20(0,01-2mm).Wzory empiryczne nie uwzględniają zmian środowiskowych np. ciśnienia, zmian ułożenia warstw, dlatego wyniki są zbliżone. Skała idealna- posiada ziarna kuliste o jednakowej średnicy, bez lepiszcza, której pory wyznaczane geometrycznie, a kanały…. Skała naturalna-może być przybliżona do idealnej, tak aby opory przepływu były takie same> Dokonuję się tego poprzez wprowadzenie średnicy efektywnej de. Metody polowe- dla płytkich poziomów stosuje się metodę studni chłonnej: wiercony jest otwór, dojście do warstwy wodonośnej, zalewany wodą. Wiercenie przy pomocy dodatkowych płuczek. k= (r /4hśr)*(Δh/Δr), r- promień rury wiertniczej (wewnętrzny)(m), Δh- różnica wysokości słupa wody w rurze ponad zwierciadłem wody gruntowej na początku i na końcu badania, Δt- czas, w którym nastąpiła zmiana wysokości z h1 na h2(s), k= 0,001Q, Q- ilość pochłanianej wody(cm³/min). Ta metoda do wyznaczenia wsp. filtracji warstw wodonośnych wodonośnych swobodnym zwierciadle, leżących niezbyt głęboko. Wymaga dużej staranności. Zwłaszcza utrzymania dna otworu w stanie umożliwiającym chłonność wody (czyli niezamulonym i bez tzw. korka)- II metoda- metoda próbnego pompowania, do badania głębokich poziomów wodonośnych, badanie prowadzone jest w naturalnych warunkach, na 3 stopniach dynamicznych. Dzieli się wysokość ciśnienia na 3 części i pompuje na 3 ciśnienia, dopóki nie nastąpi stabilizacja leja, przejście na następne ciśnienie i znów do stabilizacji, znów 3 ciśnienie i stabilizacja.. Metoda do badania studni zupełnych- studni obejmujących całą warstwę wodonośną. Dno tej studni opiera się o warstwę nieprzepuszczalną. Na podstawie pompowań określa się zasoby wodne. Metoda to droga, czaso i energochłonna. Istnieją dopływy boczne, od dołu, od dołu i z boku. Lej depresji- obniżenie zwierciadła. Wielkość leja depresji 100-300m w osadach piaszczystych, do 1 km w osadach żwirowych. Depresja- obniżenie od pierwotnego poziomu do poziomu jakiegoś wydatku. Zwierciadło wód podziemnych – górna pow. wyznaczona zasięgiem wody wolnej występującej w porach, szczelinach i kawernach skalnych. Powyżej I od powierzchni terenu, zwierciadła występuje tzw. strefa aeracji, w której wolne przestrzenie wypełnione są

powietrzem lub(i) częściowo wodą związaną. Poniżej zwierciadła wody jest strefa saturacji- obszar, w którym wszystkie wolne przestrzenie wypełnione są wodą. Zwierciadło swobodne-‘układa’się zgodnie z ukształtowaniem terenu. Na jego powierzchni panuję ciśnienie= ciś. Atmosferycznemu. Występuje najczęściej tam, gdzie od pow. terenu są utwory przepuszczalne. Zdarza się, ze wyst. tam gdzie warstwy nieprzepuszczalne. Na obszarach, gdzie występują szczeliny połączone ze sobą to jest ten sam poziom zwierciadła, jeśli nie połączone to różny poziom. Zw. swobodne i piezometryczne kształtuje się pod wpływem zasilania, drenażu, oporów. Im większy opór środowiska tym k mniejsze i tym stromej układa się zwierciadło. k= (0,773Qln(R/r))/(H²- h²), R=575s√Hk (m), m [m/s], Q- wydatek, R- promień leja depresji, r- promień studni, H- miąższość strefy zawodnionej, h- poziom warstwy wody w studni, Zwierciadło napięte( naporowe)- występuje pod spągiem warstwy napinającej oddając jej kształt. Przebiega na granicy warstwy przepuszczalnej i nieprzepuszczalnej. W przypadku nawiercenia zw. napiętego woda w utworze podnosi się na taką wysokość jakie ciśnienie panuje w warstwie wodonośnej. Zw. w nowym położeniu nazywa się ustalone( statyczne, piezometryczne). Piezometryczne jest również ciśnienie wywierane przez wodę naporowa na spąg warstwy nieprzepuszczalnej mierzone w metrach słupa wody, który wznosi się w stosunku do przyjętego poziomu odniesienia to wysokość naporu. Linia łącząca wysokość naporu to linia ciśnień piezometrycznych. Jeśli ciśnienie po nawierceniu powoduje podniesienie się poziomu to ciśnienie subartezyjskie. Ciśnienie artezyjskie- w momencie wykonania wywierceń woda podnosi się. W zależności od kształtu terenu można mieć ciśnienie( odcinkami) sub lub artezyjskie. W 1 warstwie wodonośnej mogą być wszystkie rodzaje zwierciadła. k=( 0,366Qln(R/r)/(m*s) , m- miąższość warstwy wodonośnej, Rs= 3000s√k [m], k[m/s]. Dodatkowe czynniki wpływające na kształt zwierciadła:- parowanie, - pobór wody przez rośliny, -okresowa infiltracja wód okresowych, - przesączanie do niżej położonych warstw, - lokalna eksploatacja. Nachylenie zwierciadła- spadek hydrauliczny( różnica wysokości na długości). Zwierciadła na mapach są w postaci izolinii: - hydroizobaty linie równych głębokości zwierciadła swobodnego od pow. terenu ( dają inf. o miąższości strefy aeracji, są do określenia strefy suchości), -hydroizohipsy- linie łączące punkty o jednakowym położeniu zwierciadła swobodnego alba piezom. W odniesieniu do jakiegoś poziomu, np. poziomu morza. Do wyznaczenia izochips potrzebne są 3 punkty( rzędne). Ich odległość zależna od morfologii. Pozwalają na określenie kierunku przepływu wód podziemnych.. Zakłada się, że w śr. porowatym spadek jednostajny, gdy zw. napięte izohipsy pokazują spadek linii ciśnień.KLASYFIKACJA WÓD PODZIEMNYCHReakcja na opady może być opóżniona ( zależy od głębokości położenia zwierciadła). Amplituda wahań zwierciadłą zależy od wodochłonności i …. Wahania zależą też od eksploatacji, melioracji( drenowania), oddziaływania sztucznych zbiorników. Wahania dla wysoczyzn od 3-4m, doliny do 6m. W strefie aeracji wyróżnia się typy wód: higroskopowe, błonkowate, kapilarne. Są to wody związane. Są też wody wsiąkowe i zawieszone czyli wody wolne. W strefie saturacji są wody przypowierzchniowe, gruntowe, wgłębne, głębinowe- są to wody wolne, porowe, szczelinowe. Wody higroskopijne- powstają z pary wodnej przylegającej do skał. Nie poruszają się, bo są absorbowane przez rośliny. Ilość w skałach różna, zależna od wielkości ziaren. Temp. zamarzania zmienna, zależy od minerału, z którym ta woda jest związana, np., przy montrmolonicie-190 C, przy kaolinicie-10 C. Usunięcie w.h. z gruntu, gdy suszenie próbki przez wiele godzin w 105C. Woda błonkowata- może się poruszać, częściowo absorbowana przez rośliny, zamarza poniżej 0 C. Siła wiązania- im dalej od ziarna tym mniejsza. Ilość w.b. w skale zależy przede wszystkim od średnicy ziaren. Wody kapilarne- występują nad zwierciadłem wody wolnej z którą są genetycznie związane. Wznos kapilarny- oddziaływanie wody i gruntu, zależy od wielkości porów. Wysokość wzniosu kapilarnego h=0,15/R, 0,15- stała kapilarność wody do szkła( kwarcu), R –promień hydr.

Woda kapilarna zawieszona- powstaje w wyniku gwałtownego opadającego zwierciadła i części wody, zawisa w łańcuszkowych kapilarach. Wody wsiąkowe- przesuwają się wzdłuż gleby. Wody zawieszone w obrębie warstwy wodonośnej- gdy woda wsiąkowa napotyka w czasie wędrówki na nieprzepuszczalną soczewkę, to zatrzymuje się na jej stropie i gromadzi się w porach ponad nią.Tak w obrębie strefy aeracji powstaje niewielkie soczewkowate zbiorowisko wody wolnej, które nazywa się w. z.. Woda wolna porusza się w dół z siła grawitacji, w dół. Wody przypowierzchniowe- ma zwierciadło swobodne, małą strefa aeracji( często równa strefie wzniosu kapilarnego). Nazywa się je wodami zaskórnymi. Silnie zanieczyszczona (głównie humusem), nie nadaje się do picia, pH <7, ma duże ilości CO2, SO4( woda agresywna w stosunku do budowli i powoduje korozje).Wody gruntowe-mają zwierciadło swobodne na głębokości 2m od pow. terenu. Głębokość zalegania wód w strefie saturacji 100m. Zwierciadło wód gruntowych oddaje w przybliżeniu kształt powierzchni terenu, w obniżeniach opada, średnia miąższość <30m.Zasilane bezpośrednio z ziemi przed infiltrujące opady atm. Podlegają wpływom temp. Wody wgłębne- różnią się od gruntowych tym, ze od pow. terenu występuje warstwa nieprzepuszczalna, to powoduje brak zasilania. Zasilanie bezpośrednie na wychodniach- gdy warstwa bezpośrednio wychodzi? Z pośrednie- gdy wychodnia jest przykryta utworami przepuszczalnymi. Z. pośrednie może być przez uskok, bo strefa uskokowa jest w stanie przepuszczać wodę. Takie zasilanie, gdzie skały lite. Gdy obszary polodowcowe to zasilanie pośrednie przez okna hydrogeologiczne. Okna mogą być spowodowane:- wyklinowaniem się nieprzepuszczalnych warstw, - lokalna zmiana składu litograficznego, -erozją. Wody wgłębne są zasilane pośrednio, co powoduje, ze mniej reagują na zmiany zwierciadła i ciśnienia. Miąższość wód wgłębnych do 20m, mogą występować piętrowo. Do celów pitnych i przemysłowych jakość wód dobra( może być więcej żelaza i magnezu, to woda twarda). Wody głębinowe to wody reliktowe. Wody porowe- występują w skałach okruchowych i sypkich ich odpowiednikach scementowanych. Nazywane warstwowymi bo występują w warstwach tworząc poziomy i piętra. Strumień-gdy dolina wypełniona aluwiami, równolegle do wody w rzece płynie do spadku doliny. Soczewka- fragment warstwy wodonośnej. Wody szczelinowe- występują w strefie spękań skał litych, zwierciadło ma charakter ciągły gdy szczeliny połączone. W. sz. Tworzą zbiorniki gdy układ synklinalny lub strumień w rowach tektonicznych. Zwierciadło swobodne lub napięte, nie oddające ukształtowania terenu. Mają niską mineralizację, w płytko położonych poziomach mogą ulec szybkiemu zanieczyszczeniu. Ruch częściowo laminarny i turbulentny. Amplituda wahań zwierciadła duża od 5-6m.Wody krasowe- wody podziemne występujące w próżniach, kawernach i kanałach powstałych wskutek agresywnego ługowania skał łatwo rozpuszczalnych. Zasilane przez lejki, kominy, studnie krasowe.W krasie normalnym( nie pokrytym innymi utworami skalnymi) zasilanie takie, że prawie cały opad wlewa się w podziemie przez lejki, studnie, szczeliny krasowe. II źródło zasilania: wody cieków powierzchniowych przepływających przez wychodnie skrasowiałych skał. Rzeki i potoki trafiając na próżnie krasowe giną w nich częściowo lub całkowicie. Miejsca te nazywane są ponorami. W krasie zakrytym, na którym leży pokrywa piaskowców, glin zwietrzelinowych itp. zasilanie wolniejsze i mniej obfite, bo odbywa się drogą infiltracji odpadów poprzez utwory pokrywające.????? Jednolity lub nie, zależy to od stopnia

Wykład 9Wody krasowe- wody podziemne występujące w próżniach, kawernach i kanałach powstałych wskutek agresywnego ługowania skał łatwo rozpuszczalnych. Zasilane przez lejki, kominy, studnie krasowe. W krasie normalnym( nie pokrytym innymi utworami skalnymi) zasilanie takie, że prawie cały opad wlewa się w podziemie przez lejki, studnie, szczeliny krasowe. II źródło zasilania: wody cieków powierzchniowych przepływających przez wychodnie

skrasowiałych skał. System jednolity lub nie, zależy to od stopnia rozwoju krasu. W jednolitym systemie 4 strefy:1.s.aeracji, gdzie ruch wody pionowo w dół ,2. s. wahań, kierunek pionowy lub poziomy, gdy zwierciadło wysoko wody spływają do drenażu,3. s.saturacji, z lokalnym krążeniem wynikającym z drenażu wód przez wody powierzchniowe; dopływ zgodny ze spadkiem zwierciadła, 4. saturacji z dalekim krążeniem- ruch wody w obrębie strefy nie jest uzależniony od ruchu wód. Zwierciadło wody swobodne głęboko położone, niezależne od morfologii terenu, a wododziały powierzchniowe i podziemne nie pokrywają się ze sobą. Ruch wody turbulentny, prędkość od kilkudziesięciu do kilkuset m/h. Podziemne rzeki. Szybka reakcja na opady, szczeliny szerokie, duże wahania zwierciadła(kilkanaście m) Źródła: Przejawem wód podziemnych na powierzchni jest źródło czyli skoncentrowany, samoczynny wypływ. Zespół źródeł to źródliska. Muaka-nieskoncentrowany wypływ o utrudnionym wypływie(podmokłość),wyciek- wypływ z odpływem o niewielkiej wydajności z szeregiem strug, wysięg-powierzchniowe zawilgocenie z brakiem odpływu. Źródła powstające na wychodniach poziomów wodonośnych mogą być spowodowane też działalnością człowieka. W zależności od rodzaju dróg krążenia można podzielić źródła na:-ż.warstwowe,wystepujace w obszarze skał porowatych,- ż.szczelinowe, -ż.krasowe( wywierzyska) . Ze względu na genezę:-ż.erozyjne, - ż.kontaktowe,- ż.niekontaktowe,- ż.zaporowe np.(przelewowe, rumoszowe). Ze względu na morfologię:- krawędziowe, dolinne, tarasowe, stokowe. Ze względu na siłe motoryczną:- uskoki-strefa zniszczonych skał, porowate, pokruszone), ascezyjne( woda napływa pod ciśnieniem, pulsujące),-ż.uskokowe (grawitacyjne). N podstawie wydajności źródła dzielimy na 8klas.Wydajność jest zmienna, wskaźnik zmienności wieloletnie to stosunek stosunek Qmax/Q min.(tym większa im mniejsza jest objętość zbiornika, które źródło drenuje)WiertnictwoWykonywanie wierceń ma na celu rozpoznanie budowy geologicznej, warunków hydrogeologicznych, eksploatację złóż gazy, ropy, siarki, wody, soli oraz zasięgu złoża. Wiercenia w miarę postępu techn.. sięgają coraz głębiej(nawet do 10km). Metody wiertnicze dzielimy w zal. Od sposobu zwiercania skały, rodzaju przewodu wiertniczego, średnicy wykonywanego otworu, sposobu usuwania zwiercin, siły napędowej używanej do wiercenia oraz kierunku wykonywania otworów. Sposób zwiercania skały-wiercenia udarowe( świdry udarowe),- wiercenia obrotowe(gryzaki, rozdrabniają skałę na drobne elementy), -system udarowo-obrotowy,- system wibracyjny(płytki do kilkunastu metrów, drgania rozlużniają grunt, mat. wydobywany). Rodzaje przewodu wiertniczego:- przymocowane na przewodzie wiotkim (liny stalowe) lub przewody metalowe (żerdzie10x10), skręcanie, otwór.Średnica –małośrednicowe <200mm,-normalnosrednicowe <0,5m,-wielkośrednicowe >0,5m,-do otworów hydrogeologicznych<1,5m. Wiercenia na sucho:- materiał uchodzi do środka i niewypada, pracochłonne,- do płytkich wierceń. Płuczki (do głębszych wierceń)- zawiesina bentonitowa utrzymuje ściany otworu nie pozwalając im się zawalić, wynosi materiał rozdrobniony z dna. Obiegi płuczek: prosty i odwrotne ?. Wiercenia ręczne: nie głębiej niż do 100m, średnica do 0,5m. Wiercenia mechaniczne wykonywane – pionowo w dół,- poziomo(płytkie), - ukośne( w budownictwie). Wiercenia studzienne -wykonywane w celu ujęcia wody dla celów pitnych lub przemysłowych: -w czasie wykonywanie wiercenia trzeba zamykać poziom, nie zależnie od tego co tam jest Wykład 10Z wód szczelinowych do poboru wody stosuje się studnie bezfiltrowe np.- o pojedynczym zarurowaniu(pokład wodonośny nie obsypujący się), -z pojedynczym zarurowaniem( powierzchnia czynna zwiększona poprzez torpedowanie),- studnie odwiercone ręcznie(w pokładach sypkich), - sypkich lejem utworzonym poprzez pompowanie(lej wypełniony żwirem lub próżnia). Studnia zafiltrowana- pozwala na odgraniczenie warstwy wody pobieranej od warstwy wodonośnej. Teleskopowe zarurowanie studni- przeważnie nie

ujmuje się I poziomu wodonośnego. Przy wierceniu,przy dojściu do warstwy nieprzepuszczalnej, wiercenie do 1-2 m, podciąganie rur do góry, ładuje się ił, ubijanie, po podciągnięciu tworzy się warstwa iłu, znów wciska się ił i tworzy się tzw. korek. Przewiercanie, wstawienie kolumny rur, stabilizacja wód.Można dowiercać się do następnej warstwy i tworzyć korek iłowy i tak aż do pożądanej warstwy. Nie można dopuścić do mieszania się wód z różnych warstw wodonośnych, żeby nie było zanieczyszczeń. Po wywierceniu układa się filtry. Siatki filtracyjne wykonywane z 2 rodzajów splotów: -rypsowy(nitki osnowy grubsze od nitek wątku), -pleciony(kwadratowy). W siatkach różne rodzaje oczek, w zależności do jakiej warstwy wodonośnej;tak aby materiał z warstwy nie wchodził do filtru.Studnia projektowana na min 25lat użytkowania.Wtedy robi się dwuwarstwową obsypkę; oczka siatki nie mają znaczenia, bo woda z warstwy wodonośnej przechodzi przez materiał i płynie do filtru. Rura nadfiltrowa wychodzi nad filtr i stosuje się wypełnienie linia konopną, żeby nie mieszały się rzeczy, które Ew. wpadną do studni. Eksploatacja studni głębinowych za pompcą pomp np. ssąca, tłocząca. Stosuje się tez filtry poziome, to wtedy studnia zbiorcza.

CECHY FIZYCZNE I ORGANOLEPTYCZNE WÓD PODZIEMNYCH:-temperatura; - przezroczystość i mętność, -smak, zapach, barwa; - przewodnictwo elektryczne; -radoczynność. Temperatura- na temp. wód występujących płytko pod pow. ziemi wpływają wahania temp. powietrza i średnie temp. roczne. Wpływ zmian temp. nie sięga głęboko i wygasa szybko. Wahania dobowe w naszym klimacie 0,8-1m, sezonowe 5-8m, roczne 15-40m. Wahania temp. w ciągu roku powtarzają temp. pow. z opóżnieniem od 1do 2 miesięcy. Poniżej 40m występuje strefa stałych temp. (strefa neutralnie termiczna). W strefie tej temp. wody jest równa średniej rocznej podwyższonej o pewna wartość zależną od wyniesienia tej miejscowości nad poziom morza. Poniżej 2500m temp. wody i skał wzrasta wg stopnia geotermicznego. Wartość tego stopnia zmienia się w poziomie i pionie w zal. Od rodzaju skał, ich zaangażowania tektonicznego, przewodnictwa, obecności izotopów promieniotwórczych. Średnia wartość stopnia geo.=33m(1C). Ze względu na temp. wody wyróżnia się wody:- chłodne, których temp.< t śr; -wody zwykłe t=t śr; - wody ciepłe t> t śr. Częstszy jest podział balneologiczny oparty na stosunku temp. wody do temp. ciałą ludzkiego:- hiportermalne(podcieplne) t=20-35 C; -homotermalne(równocieplne) t=35-40C; - hipertermalne(nadcieplne) t>40C. Przezroczystość-zdolność do przepuszczania promieni światła. Mętność- zdolność do pochłanianai światła. P. i m. zależą odb. Drobnych zawiesin pyłowych i koloidalnych. Oznaczenie przezroczystości polega na określeniu słupa wody przez który wzorcowy druk da się przeczytać. M. określa się przez porównanie ze skalą wzorców.(dla wód pitnych <3,5). Smak- na s. wpływają rozpuszczone sole, gazy, różne zawiesiny,temp., jakość wody, ilość rozpuszczonych substancji. Wyróżnia się smak słony(spowodowany NaCl), gorzki(siarczan Mg i Na) słodki( substr. org. ), kwaśny(ałuny). Posmak metaliczny(zw. żelaza), fenolowy, rybi itp. Zapach- wody podziemne bezzapachowe- wyjątek- wody płytkie w okolicach bagnisk, zanieczyszczone ściekami, niektóre wody mineralne. Do określenia zapachu: jakość i stopień odczucia. Zapachy: -roślinne R (zw. org z gleby, mokradeł), -gnilne G( związane z rozkładem zw. org.), -specyficzne S) np. syntetyczne). SA 4 stopnie zapachowe: od braku zapachu do b. silnego. Barwa- wody przeważnie są bezbarwne. Zw.humusowe barwią wodę na żółtawo lub brunatno, kwaśne zw. żelaza barwią na zielonkawo-niebiesko, h2S na szmaragdowo, wolna siarka- niebiesko. Barwę podaje się w skali platynowo-kobaltowej w skali Hazena. Przewodnictwo elektrolityczne- zwiększa się ze wzrostem mineralizacji(większą liczbą ropuszce. związków). W wodach słodkich słodkich 1,3*10^-1 do 2,5*10^-2 s/m. Radoczynność- zdolność wysyłania promieniowania ά,β,γ . Wywoływana przez pierwiastki promieniotwórcze

szeregów uranowo-radowego, torowego lub aktynowego powodujące tzw. radoczynność stałą(bardzo długi okres rozpadu). Obecność radonu to r. czasowa ze względu na to, ż okres półrozpadu 3,8 dnia. Jednostka r. 1 Ci=3,7*10^10atomów/ sek. 3,7- równoważnik aktywności 1g radu. Dla celów normalnych Bekerel 1 Bq=1 at/s. Jednostki te odnosi się do objętości wody czyli 1Bq/dm^3. Wszystkie wody są r.Największa r. tam gdzie skały magmowe kwaśne. Chemizm.- woda w stanie naturalnym nigdy nie jest chem. Czysta. Zawsze ma jakieś składniki:- makroelementy: pierwiastki główne: S,H,C,O,Na,N,Mg,Cl, K, Ca,Mn, Br,Fe,I. –mikroelementy:pierwiastki rzadkie, ich ilośc od 0,01do 10mgw dm3:lit, bor,fluor, krzem, miedz, cynk, tytan, wanad, arsen, chrom, kobalt, nikiel,srebro,bar,ołów,-p. śladowe w μg/dm3(rubid, złoto, rtęć),- rtęć. Promieniotwórcze. O składzie wód podziemnych decyduje:- rodzaj skał w warstwie wodonośnej,-klimat, - głębokość występowania wody,- temp i ciśnienie,- czas kontaktu ze skałą, - długość drogi przepływu,- zw. wody podziemnej z wodami powierzchniowymi,- geneza wody, -wpływy antropogeniczne. Składniki chemiczne rozpuszczone:- jako gazy rop. W wodzie; - subst. Występujące w postaci jonowej i tworzące roztwory rzeczywiste i subst. koloidalne. Całkowita zawartość subst. rozp.w wodzie to mineralizacja ogólna. Określa się ja na podstawie suchej masy. Jest to osad pozostający po odparowaniu próbki w 105C i wysuszeniu do stałej masy w 105C. Wody wg mineralizacji: -ultrasłodkie(sucha pozostałość 0,1g/dm3), rzadkie, występują w szczelinach skał magmowych i metamorf.; -słodkie(0,1-0,5g/dm3) najczęstsze, do 100m, na terenie całego kraju; -akratopegi (0,5-1g/dm3), o podwyższonej min.;- mineralne > 1g/dm3 (skrajne przypadki), na or. Ludzki wywieraja działanie farmakologiczne. Podwyższona ogólna mineralizacja zwiększa prawdopodobieństwo obecności w wodzie subst. agresywnych w stosunku do betonu i innych materiałów budowlanych.Jednym z najważniejszych oznaczeń w wodach podziemnych jest określenie stężenia jonów wodorowych tzw. pH . Stopień pH jest wskaźnikiem obojętnego, kwaśnego lub zasadowego odczynu: pH= -lg[H+] i nazywa się wykładnikiem stężenia jonów wodorowych. W wodach podziemnych wartość pH zależy nie tyle od dysocjacji samej wody, ile od dysocjacji niektórych rozpuszczonych składników. Należą do nich: kwas węglowy, CO2, H2S, kwasy humusowe szczególnie kwas fulwonowy, hydroliza soli np. żelazawych. Pomiarów wartości pH dokonuje się metodami kolorymetrycznymi lub pehametrami. Wody podziemne mają na ogół pH =7-8. Wody o pH< 7 sa agresywne w stosunku do betonu, żelaza i stali.

Wykład 11 i kolejneZasoby wód podziemnychIlość tych wód oblicza się jako ilość wody zawartą w określonych utworach skalnych. Stosuje się inne kryteria niż przy złożach węgla, bo zasoby wód podziemnych są w ruchu, są odnawialne. W podziale zasobów wód uwzględnia się następujące kryteria: - dynamikę wód; - warunki zasilania i odnawianie zasobów, - zmienność ilościowa pod wpływem czynników naturalnych, - znaczenie gospodarcze i przemysłowe wód występujących w złożu, - możliwość sztucznego oddziaływania na stosunki ilościowe. Przy określaniu zasobów bierze się pod uwagę jedynie wodę wolną! Należy też uwzględnić aspekty przestrzenny: 1. zasady punktowe, zasady pojedynczej studni; 2.zasady lokalne: praca zespołu studni; 3. dla zaopatrzenia wsi miast, zakładów przem.; 4. zasady regionalne, które ustala się biorąc pod uwagę wielkość całego poziomu wodonośnego albo zlewnię hydrologiczną podziemna lub jednostkę administracyjną państwa. Poziom wodonośny może zajmować duża warstwę. Zlewnia hydrologiczna- obszar głębszych wód nie pokrywający się z powierzchnią. Zasoby : -naturalne (powstają w wyniku opadów i infiltracji) – sztuczne( świadoma działalność człowieka, sztuczna infiltracja, irygacja). Rodzaje zasobów:- statyczne; -dynamiczne; -eksploatacyjne. O wielkości zasobów decydują: - rozmiar poziomu wodonośnego określany jego grubością i rozprzestrzenieniem, -parametry hydrogeologiczne tj. współczynnik filtracji,

odsączalność grawitacyjna, odsączalność sprężysta. Zasoby statyczne- obejmują całkowitą objętość warstwy wodonośnej zawartej w porach, próżniach, szczelinach danego poziomu wodonośnego. Ilość ta określa się niezależnie od ruch wody. Zasoby te wyrażamy w jednostkach objętość km^3 lub m^3i obliczamy jako: Qs= Fhμ, F- powierzchnia warstwy wodonośnej [m^2], h-średnia miąższość, μ- wsp. odsączalności. Zasoby statyczne mogą odnawialne lub nieodnawialne. Nieodnawialne- otoczone ze wszystkich utworami nieprzepuszczalnymi( głębinowe) lub inne, gdzie drogi zasilania są bardzo dalekie i zasilanie trwa tysiące lat. Odnawialne są uzupełniane dzięki czynnikom naturalnym , wody przypowierzchniowe, gruntowe wgłębne.SKŁADNIKI CHEMICZNE WÓD PODZIEMNYCHGazy Rozpuszczalność gazów w wodzie zależy od: -ciśnienia jakie panuje w atmosferze nad cieczą, -temperatury cieczy i maleje wraz z jej wzrostem. W klimacie chłodnym i umiarkowanym zawartość gazów w wodzie jest większa niż w klimacie suchym i gorącym. Rozpuszczalność różnych gazów jest różna. Dwutlenek węgla CO2- występuje w wodach podziemnych najczęściej i niejednokrotnie w dużych ilościach. Geneza CO2 w wodach podziemnych jest bardzo różna: -procesy plutoniczne, - procesy fizjologiczne roślin i zwierząt, -gospodarcza i przemysłowa działalność człowieka. Obecność CO2 w wodach podziemnych powoduje rozpuszczenie węglanów wg reakcji CaCO3+ H2O +CO2=Ca(HCO3)2, po dysocjacji: Ca(HCO3)= Ca+ 2HCO3. Dzięki tej reakcji część CO2 zostaje związana. Dwuwęglan wapnia może być rozpuszczony w wodzie jedynie w obecności określonej ilości swobodnego CO2, który nazywamy równoważnym CO2. Jest on bierny i nie wchodzi w reakcje z węglanem. Gdy jednak ilość swobodnego CO2 jest większa niż potrzeba do utrzymania równowagi z dwuwęglanem, to ten nadmiar nazywany jest agresywnym CP2. Agresywny CO2 działa korozyjnie na beton, cement, zaprawę wapienną, żelazo i stal. Zatem na budowle, przewody wodociągowe i zbiorniki. TLEN O2- występuje jedynie w płytkich wodach podziemnych, do 40m, do których przedostaje się bezpośrednio z powietrza i z odpadami. W zbiornikach wód powierzchniowych dostawcą tlenu jest proces fotosyntezy roślin wodnych. Ilości tlenu są niewielkie gdyż jego rozpuszczalność w wodzie jest bardzo mała. Tlen jest szybko zużywany głównie w procesach rozkładu substancji organicznej i utleniania innych związków chemicznych, co powoduje oczyszczenie wody. Zawartość tlenu zmniejsza się wraz z głębokością, aż do zaniku na tzw. granicy tlenowej ( nie głębiej niż 50m). Zawartość tlenu w ilościach powyżej 4mg/dm3 powoduje agresywność wody w stosunku do żelaza i stali. SIARKOWODÓR H2S występuje w wodach podziemnych płytkich i głębokich. W wodzie rozpuszcza się w znacznych ilościach. Pochodzi z różnych źródeł:- źródeł rozkładu i fermentacji ciał białkowych; - białkowych redukcji siarczanów np. CaSo4+2C= CaS +2CO2 dalej 2 CaS+ 2H2O=Ca(OH)2=Ca(HS)2; Ca(OH)2+Ca(HS)2+ 2CO2=2CaCO3+ 2H2S. W niektórych wodach podziemnych, szczególnie mineralnych zawartość H2S może być znaczna. Obecność H2S w płytkich wodach podziemnych jest dowodem ich zanieczyszczenia substancjami organicznymi. H2S jest trujący i dopuszczalna jego ilość w wodach pitnych i gospodarczych nie może przekraczać 0,005%. Działa agresywnie na ścianki zbiorników metalowych, kotłów, przewodów. Łatwo wykrywalny organoleptycznie ze względu na charakterystyczny zapach. METAN CH4- lekki, bezbarwny, bezwonny gaz,!tworzący w powietrzu mieszaninę wybuchową!. W wodzie rozpuszcza się stosunkowo słabo, ale występuje w niektórych wodach podziemnych w większych ilościach. Pochodzenia metanu w wodach związane jest z:- rozkładem substancji białkowych, węglowodanów, celulozy itp.; -procesem powstawania węgla kamiennego( w odach kopalnianych); -towarzyszy złożom ropy naftowej. Zawartość metanu w wodzie podziemnej może dochodzić do 50mg/dm3. !Nie jest agresywny! w stosunku do urządzeń technicznych.Kationy

Wapń- jon wapnia jest szeroko rozpowszechniony w wodach podziemnych. Pochodzenie jego jest mineralne. Dostaje się do wód dzięki wymywaniu węglanu wapnia z wapieni, dolomitów, margli, glin zwałowych. W strefie wietrzenia skał magmowych pojawia się jako wynik rozkładu chemicznego anorytu lub piroksenów. Rzadziej źródłem wapnia jest gips lub anhydryt. Jon ten dominuje w wodach słodkich słodkich słabo mineralizowanych. Zawartość w wodach pow. nie przekracza 1000mg/dm^3, nawet w źródłach mineralnych. Magnez- mniej rozpowszechniony od wapnia. W wodach słodkich słodkich słabo zmineralizowanych zawsze przeważa jon wapnia nad jonem magnezu w stosunku 6:1 do 2:1. Jon magnezu dominuje w niektórych wodach mineralnych. Jego pochodzenie jest wyłącznie mineralne, najczęściej z ługowania dolomitów, lib innych związków magnezu występujących sporadycznie i w niewielkich ilościach. Do tego wykładu są jeszcze 4 strony kserówek

Wykład 10.01.2006Zasoby dynamiczne (inaczej odnawialne, bo ich ubytek już uzupełniany dopływem ze stref zasilania). Jest to ilość wody, która przepływa przez poprzeczny przekrój określonego hydrogeologicznie poziomu wodonośnego w dm³/s , m³/s, m³/dobę. Wielkość przepływu zależy od: -współczynnika filtracji, - spadku hydr., - miąższości warstwy wodonośnej.Zasób dynamiczny obliczamy odcinkami przekroju dla jednakowych parametrów, a wartości sumujemy. Zasoby dynamiczne:- stałe, -zmienne. Stałe- jest to ta część zasobów, która przez dany przepływ przepływa przy najniższym z wieloleci stanów. Zmienne- obejmują tę część zasobów, która płynie miedzy najniższym i najwyższym stanem wielolecia.Najwyższe zmienności wykazują wody przypowierzchniowe i gruntowe. Wody wgłębne wykazują dużo mniejsze wahania.Lokalnie na małych odcinkach zasoby dynamiczne oblicza się ze wzorów na współczynnik filtracji: Qd= h*W*μ*B, h- miąższość warstwy wodonośnej[m], W- rzeczywista prędkość wody[m/h], μ- wsp.odsączalności(ułamek dziesiętny), B- szerokość przekroju[m].Zasoby dynamiczne są zależne od infiltracji wód opadowych. Dla większych powierzchni badania zasobów dynam. prowadzi się metodami:- obliczenie filtracji efektywnej- hydrodynamiczna- wahań zwierciadła wody podziemnej- regresji zwierciadła- bilansu wodnego- szereg metod hydrologicznychZasady eksploatacyjne wydzielono je ze względu na to, że nadmierna eksploatacja może być szkodliwa dla środowiska i sąsiadów. Obniżenie poziomu w wodach o zwierciadle swobodnym może powodować poruszenie gleb( straty w rolnictwie), może też nastąpić przeciągnięcie zasolonych lub zanieczyszczonych wód do warstwy wodonośnej.Zasoby dyspozycyjne- ilość wody, którą można wydobywać stale bez naruszenia równowago środowiska.W Polsce 3 kategorie zasobów(na podst. stopnia ich rozpoznania) A, B, CC- projekt badań hydrogeologicznych- jest wstępnym etapem rozpoznania w oparciu o istniejące materiały archiwalne takie jak: przynajmniej 2 utwory hydrogeologiczne. Podłoża w odległości do 2km. Badania geofizyczne lub wiercenia poszukiwawcze małośrednicowe. Kategoria upoważnia do projektowania studni i jej wykonawstwa.

B- dokumentacja wynikowa, zasoby obliczane w oparciu o badania hydrogeolog. Już w odwierconym otworze szczegolnie próbne pompowania i analizy chemiczne wody.A- zasoby zbudowane w trakcie długotrwałych pompowań (1-3lat), których celem jest stwierdzenie, czy nie ma ujemnych struktur dla środowiska.Metody obliczania zasobów eksploatacyjnych dla pojedynczych ujęć

1. teoretyczne obl. wydajności przy założonej depresji, w przypadku wód naporowych depresja nie może schodzić poniżej spąg warstwy napinającej. W przypadku warstw o zwierciadle swobodnym depresja nie może zejść niżej niż 0,5 h. Ciśnienia nie można zdjąć więcej jak 0,5h.

2. Ocena na podstawie faktycznej wydajności pojedynczych otworów- tam gdzie robione są próbne pompowania przyjmuje się wydatek i depresje z trzeciego

3. Jeżeli mamy w pobliżu otwory przebudowane to przyjmujemy, że będzie podobnie4. Gdy jest prosty układ geologiczny- przez analogię

Określenie zasobów w skali regionalnej:- jako połowę lub ¼ zasobów dynamicznych obliczonych ze wzoru Qd- metodami modelowymi- metodami regionalnego leja depresyjnego, stosowana najczęściej do nei4cek artezyjskich. Określamy jednostkową depresję regionalną potrzebną do uzyskania 100m³/h, τ = 1000s/Q. Zasoby eksploatacyjne w stosunku do depresji eksploatacyjnej Qe/Se=1000/ τ, Qe=1000Se/ τ- metoda poziomów użytkowych, opracowana dla Polski. Przez poziomy użytkowe należy rozumieć piętrowo występujący zespół poziomów wodonośnych, które klasyfikują je do eksploatacji. Muszą spełniać warunki:*mineralizacja ogólna wody*miąższość warstwy wodonośnej powyżej 10m*wydatek pot. Z jednego otworu powyżej 10m³/h *wskaźnik przewodności hydraulicznej powyżej 1m³/h*przyjęcie takiej ilości wody, która może być eksploatowana przez okres co najmniej 25 lat Tak określone zasoby dynamiczne stanowią część stałych zasobów dynam. oraz część zatrzymywanych przez 25 lat.Ze względu na przestrzenną zmienność warunków wydziela się bloki, w których podstawione parametry uśrednia się. W poziomach naporowych depresja nie może schodzić poniżej spągu warstw napinających lub do 0,7h.

Wzory do obliczeń zasobow eksploatacyjnych dla zwierciadła swobodnego i napietego

Zw. Swobodne:

Zw napiete:

gdzie: Qe-zasoby eksploatacyjne w bloku obliczeniowym [m3/dobe]Qd-stale zasoby dynamiczne w bloku [m3/dobe]

f –powierzhnia blokuSr-depresja dopuszczalna na calym obszarze blokutx-okres obliczeniowy w dobachμ-wsp. odsączalnościS-wsp. Zasobności sprężystej

S=T/αGdzie: T-wskaznik przewodności hydraulicznej w m2/dobeΑ-wskaznik przewodności piezometrycznej w m2/dobe – okresla nam szybkość przenoszenia się zmian cisnienia w warstwie wodonośnejMożna wyznaczyc na podstawie długotrwałego pompowania wody naporowej

Α=0.13*(F/t) Gdzie: F- powierzchnia leja depresjiT=V/Q, gdzie: V-sumaryczna objętość wody wydobyta o początku pompowania; Q sredni wydatek pompowania

Szacunkowe wartości α w zależności od cisnienia w warstwieH w m2 wysokosc naporu α w m2/dobe<10 500010-40 6000-900040-60 10000-2000060-90 20000-5000090-130 50000-90000

zasoby eksploatacyjne liczy się oddzielnie dla każdego poziomu w bloku i sumuje; z badan okazalo się ze metoda daje zawyzone wyniki

Reszta jest na kserówkach