2011-12-04
1
Ocena stanu chemicznego
wód podziemnych i trendów zmian
j k ś i h
ód
i
jakości tych wód w oparciu
o wyniki badań monitoringowych
dr Ewa Kmiecik
Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska
Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
Kraków 2011
Przykłady oceny stanu chemicznego wód
podziemnych
Zlewnia Koprzywianki
Zlewnia Raby
www.khgi.agh.edu.pl
Przykład oceny stanu chemicznego
wód podziemnych – zlewnia Koprzywianki
GWB 123
28
14
15
16
17
18
19
20
29
40
41
Liczba punktów 37
GWB123 – 25 punktów
GWB125 – 12 punktów
GWB 125
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
21 22
23
26
27
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
11
Opróbowanie zlewni Koprzywianki
i metodyka badań
Zgodnie z wytycznymi dla wód podziemnych (Witczak, Adamczyk, 1994).
Opróbowanie:
jednokrotne w maju 2005 roku
Badania terenowe:
6 wskaźników
pH, tlen rozpuszczony, przewodnictwo elektrolityczne właściwe,
mętność, barwę, temperatura
Badania laboratoryjne:
44 wskaźniki laboratorium KHGI AGH
twardość ogólna, twardość węglanowa, twardość niewęglanowa,
krzemionka, sód, potas, lit, amoniak, beryl, wapń, magnez, bar, stront,
żelazo, mangan, srebro, cynk, miedź, nikiel, kobalt, ołów, rtęć, kadm,
selen, antymon, glin, chrom, molibden, wanad, cyrkon, arsen, tal,
wolfram, chlor, brom, jod, siarczany, wodorowęglany, dwutlenek
węgla, azotany, azotyny, fluor, fosforany, borany
6 wskaźników laboratorium WIOŚ Kraków
ogólny węgiel organiczny, azot Kjeldahla, BZT5, ChZT-Cr, ChZT-Mn,
amoniak
Weryfikacja analiz – błąd wg bilansu jonowego
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki
w
układzie punktowym
:
w poszczególnych punktach monitoringowych
w
układzie obszarowym
:
dla całego obszaru zlewni
w obszarach GWB 123 i 125
w GWB 123 i 125 w rozbiciu na wody płytkiego
w GWB 123 i 125 w rozbiciu na wody płytkiego
i głębokiego krążenia
2011-12-04
2
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym
Program „Klasy”
Janecka-Styrcz, 2004
PIG Kielce
Program „Klasy” (Janecka-Styrcz, 2004)
Program „Klasy” (Janecka-Styrcz, 2004)
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym
GWB 123
28
14
15
16
17
18
19
20
29
40
41
GWB 125
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
20
21
22
23
26
27
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
11
5km
0
Klasa II
Klasa I
Klasa IV
Klasa III
Klasa V
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie punktowym
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym
GWB 123
28
14
15
16
17
18
19
20
29
40
41
GWB 125
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
21
22
23
26
27
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
11
Stan słaby
5km
0
Stan dobry
Klasa II
Klasa I
Klasa IV
Klasa III
Klasa V
Agregacja
za pomocą
średniej
2011-12-04
3
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym
GWB 123
28
14
15
16
17
18
19
20
29
40
41
Agregacja
za pomocą
mediany
GWB 125
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
21
22
23
26
27
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
11
Stan słaby
5km
0
Stan dobry
Klasa II
Klasa I
Klasa IV
Klasa III
Klasa V
Rozkłady stężeń wskaźników chemicznych
wód podziemnych
6
8
10
ść
10
12
14
ć
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
Wodorowęglany [mg/L]
0
2
4
C
zę
st
o
0
30
60
90
120
150
Chlorki [mg/L]
0
2
4
6
8
Cz
ęst
o
ść
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Koprzywianki w układzie obszarowym
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Raby w układzie punktowym
Stan słaby
Stan dobry
Klasa II
Klasa I
Klasa IV
Klasa III
Klasa V
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Raby w układzie obszarowym
Stan słaby
Stan dobry
Klasa II
Klasa I
Klasa IV
Klasa III
Klasa V
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych
w zlewni Raby w układzie obszarowym
Obszar, dla
którego
dokonywano
agregacji
Liczba
punktów
Liczba punktów w
klasach jakości wód
podziemnych
Agregacja za
pomocą średniej
I
II
III
IV
V
Klasa
Stan
JCWPd 139
5
-
-
2
1
2
V
słaby
JCWPd
153
24
5 9 8 1 1 III
dobry
—
Poziom
Q
10
1 4 4 - 1 III
dobry
—
Poziom
Pg-Cr
14
4 5 4 1 - II
dobry
JCWPd
154
9
2 5 1 1 - II
dobry
2011-12-04
4
Wnioski
Ocena stanu chemicznego wód podziemnych w zlewni
Koprzywianki przeprowadzona w układzie punktowym
i obszarowym wskazuje na
celowość postępowania
dwuetapowego
w analizie stanu wód.
Zastosowanie
układu punktowego umożliwia wizualizację
obszarów o różnej jakości
wód podziemnych.
Po
zagregowaniu danych
(dla zlewni, GWB), niezależnie od
t
j
t d ki
i
i f
ji b
h
zastosowanej metodyki
nie ma informacji o obszarach
występowania
zarówno
wód wysokiej
, jak i
słabej
jakości.
Przy
ocenie obszarowej
stanu chemicznego wód do
agregacji danych celowe jest zastosowanie
wartości
środkowej
a nie średniej, jak to jest zalecane w RDW
i DWP. Wynika to z faktu, iż składniki chemiczne wód mają
zwykle rozkład logarytmiczno-normalny i w tym przypadku
mediana nie ulega deformacji w takim stopniu
jak wartość średnia.
W
JCWP o układzie wielowarstwowym
ocena stanu winna
być prowadzona odrębnie dla wód płytkiego i głębszego
krążenia.
Ocena trendów zmian jakości wód w czasie
„Państwa Członkowskie wykorzystują dane otrzymane
[...] z monitoringu, do
identyfikacji spowodowanych
działalnością antropogeniczną wieloletnich trendów
wzrostu zanieczyszczeń
oraz odwrócenia tych trendów”
(RDW, 2000; p. 2.4.4, zał. V).
Państwa Członkowskie wskazują na mapie w postaci
czarnych punktów
te części wód podziemnych, w których
y
p
ę
p
y
,
y
określono znaczącą i rosnącą tendencję wzrostu stężeń
wszelkich zanieczyszczeń wynikających z działalności
człowieka. Odwrócenie takich tendencji wyznaczane jest
na mapie w postaci
niebieskiego punktu
.
Ocena trendów zmian jakości wód w czasie
www.wfdgw.net
Ocena trendów zmian jakości wód w czasie
www.wfdgw.net
- program GWstat
Ocena trendów zmian jakości wód w czasie
www.wfdgw.net
- program GWstat
Ocena trendów zmian jakości wód w czasie
www.wfdgw.net
- program GWstat
2011-12-04
5
Liczba pomiarów do oceny trendu
monotonicznego (wg Grath et al., 2001)
Liczba pomiarów do oceny
odwrócenia trendu (wg Grath et al., 2001)
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Zdrój Królewski
Liczba próbek 156
pobranych
w latach 1998-2006
j
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Zdrój Królewski
w Krakowie ujmuje wody podziemne
w wapieniach górnojurajskich, których wiek szacuje się na około
10 000 lat (A. Zuber et al., 1991, 1992).
Nr otworu
OS-3
Nazwa zdroju czerpalnego
Królewski
Gł b k ść
[ ]
8 0
Głębokość otworu [m] p.p.t.
85,0
Głębokość nawierconego zwierciadła wody [m] p.p.t.
66,5
Rzędne: terenu/ustalonego zwierciadła wody [m] n.p.m. 206,0/224,0
Wydajność samowypływu [m
3
/h]
1,533
Data oddania do użytkowania
5.12.1991
Opróbowanie i metodyka badań
Zgodnie z wytycznymi dla wód podziemnych (Witczak, Adamczyk, 1994).
Opróbowanie:
156 próbek pobranych średnio w odstępach
dwutygodniowych w latach 1998-2006
Badania terenowe:
4 wskaźniki
pH, Eh, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, temperatura
p ,
, p
y
,
p
Badania laboratoryjne:
16 wskaźników laboratorium ZHGI
AGH, metoda ICP-AES
Granica oznaczalności żelaza:
0.01 mg/L
2011-12-04
6
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 1 raz na rok
Wybrane wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku
Wybrane wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
2011-12-04
7
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku
Wybrane wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 1 raz na rok
Wybrane
wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku
Wybrane
wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku
Wybrane
wyniki oznaczeń
Dane zagregowane
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku
wybrane:
I grupa
II grupa
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 2 razy do roku
agregowane:
I grupa
II grupa
2011-12-04
8
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku
wybrane:
I grupa
II grupa
Przykład oceny trendu –
Zdrój Królewski w Krakowie
Częstotliwość prowadzenia badań — 4 razy do roku
agregowane:
I grupa
II grupa
Wnioski
We wszystkich przypadkach obserwowane stężenia
przekraczają maksymalne dopuszczalne stężenia żelaza
w wodach pitnych
, jednak podwyższone zawartości tego
wskaźnika są pochodzenia geogenicznego. Ograniczenie
stężeń żelaza w wodach pitnych opiera się na przesłankach
natury estetycznej, gdyż żelazo nie wykazuje właściwości
toksycznych (przy wyższych stężeniach tego wskaźnika
zmieniają się właściwości organoleptyczne wody – żółte
zabarwienie i mętnienie).
Duży wpływ na wnioski uzyskiwane z analizy trendów ma
częstotliwość prowadzenia badań.
Im większa
częstotliwość badań
, tym
bardziej szczegółowe
i wiarygodne wnioski
dotyczące zmian analizowanego
wskaźnika w czasie.
Na uzyskiwane wyniki ma wpływ
sposób agregacji danych
.
Aby nie utracić pewnych informacji, długie szeregi czasowe
należy analizować
w podziale na podgrupy
.
Wnioski
Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej
Próbka wody pobrana jest:
z określonego miejsca;
z konkretnej warstwy wodonośnej;
ze zdefiniowanego przedziału głębokościowego;
w określonym momencie czasu.
Wskaźnik reprezentatywności sieci monitoringowej R
Wskaźnik reprezentatywności sieci monitoringowej R
u
R
u
≥ 80% sieć reprezentatywna
n - liczba punktów monitoringowych
F - powierzchnia GWB [m
2
]
d
śr
- średnia odległość [m]
F
n
d
R
śr
u
/
7
,
37
Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej
www.wfdgw.net
- program GWstat
2011-12-04
9
Ocena reprezentatywności sieci monitoringowej
Gwstat
Representativity index:
80.6%
www.khgi.agh.edu.pl