1
MATERIAŁY DO ĆWICZENIA NR 5
TEMAT: ROZPOZNANIE WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH NA
PODSTAWIE WIERCEŃ
Wody podziemne to wody występujące w skałach skorupy ziemskiej.
Są one głównie typu infiltracyjnego, tzn. powstają dzięki infiltracji (wsiąkaniu) opadów
atmosferycznych, a niekiedy również wód powierzchniowych. Inne genetycznie typy wód, o
mniejszym znaczeniu, to wody:
• reliktowe - uwięzione w skałach, powstałe w dawnych epokach geologicznych, całkowicie
izolowane od wpływu czynników zewnętrznych, silnie zmineralizowane;
• kondensacyjne – powstałe z kondensacji pary wodnej, która wraz z powietrzem zawarta jest
w porach;
• juwenilne – powstałe podczas dyferencjacji magmy jako hydrotermalne roztwory wydzielane
w ostatnim etapie procesu krzepnięcia magmy;
• metamorficzne – pochodzące z przeobrażenia minerałów podczas metamorfozy termicznej.
Wody podziemne występują jako:
• wody wolne – wykazujące zdolność przemieszczania się pod wpływem siły ciężkości i
różnicy ciśnień hydrostatycznych,
• wody związane – nie odsączające się pod wpływem siły ciężkości, utrzymywane w
ś
rodowisku skalnym siłami molekularnymi (woda higroskopijna, błonkowata).
Poziom, do którego wznosi się woda wolna zwany jest zwierciadłem wody podziemnej.
Zwierciadło wody podziemnej jest granicą dwóch stref: strefy aeracji – czyli napowietrzenia i
strefy saturacji – nasycenia wodą.
W strefie aeracji pustki skalne wypełnia powietrze i woda występująca w postaci pary wodnej,
wody związanej (woda higroskopijna, błonkowata), wody kapilarnej oraz wody wolnej –
zawieszonej i wsiąkowej.
W strefie saturacji wolne przestrzenie (pory, szczeliny, próżnie krasowe) wypełnione są
całkowicie wodą. Górną granicą strefy saturacji jest zwierciadło wód podziemnych, dolną
stanowi strop utworów wodoszczelnych.
Tak rozumiane zwierciadło wód podziemnych to zwierciadło swobodne. Pozostaje ono pod
ciśnieniem atmosferycznym i na ogół naśladuje w przybliżeniu kształt powierzchni terenu.
Ustala się w otworze wiertniczym na głębokości, na której zostało nawiercone.
Strefa aeracji i saturacji
1- utwory przepuszczalne, 2 - utwory nieprzepuszczalne
zwierciadło nawiercone, zwierciadło ustalone
2
zw. wody podziemnej
Strefa aeracji
1
Strefa saturacji
2
Zwierciadło napięte – położenie i kształt zwierciadła napiętego wymuszone są przez wyżej
leżące utwory nieprzepuszczalne. Zwierciadło napięte znajduje się pod ciśnieniem wyższym od
atmosferycznego. Jeżeli woda taka zostanie nawiercona, to parta ciśnieniem hydrostatycznym
podniesie się w rurze wiertniczej do określonej wysokości. Wznios ten to ciśnienie
piezometryczne, a poziom na którym się ustaliło, to zwierciadło ustalone (ustabilizowane).
Łącząc na przekroju pionowym wysokości słupów wody w punktach obserwacyjnych linią,
otrzymamy piezometryczną linię ciśnień. Natomiast powierzchnia wyznaczona wysokością
ciśnienia piezometrycznego w szeregu punktów obserwacyjnych jest zwierciadłem
piezometrycznym.
Zwierciadło statyczne - zwierciadło ustalone w wyniku naturalnego ciśnienia hydrostatycznego.
Tworzy go poziom wyznaczony przez zwierciadło ustabilizowane. Zwierciadło statyczne może
więc być zwierciadłem piezometrycznym lub zwierciadłem swobodnym.
Wody podziemne pod ciśnieniem mogą charakteryzować się zwierciadłem statycznym
stabilizującym się ponad powierzchnią terenu. Mówimy wtedy o ciśnieniu artezyjskim.
zwierciadło nawiercone zwierciadło ustalone
Zwierciadło dynamiczne – zwierciadło wody podziemnej obniżone wskutek pompowania wody
albo podniesione wskutek jej wprowadzenia do warstwy wodonośnej (ukształtowane w wyniku
eksploatacji wody podziemnej).
W zależności od głębokości występowania wód podziemnych oraz warunków geologicznych
wyróżniamy następujące typy wód w strefie saturacji:
• wody przypowierzchniowe (zaskórne) – występują bardzo płytko pod powierzchnią ziemi i
praktycznie pozbawione są strefy aeracji;
• wody gruntowe – oddzielone od powierzchni ziemi mniej lub bardziej grubą przepuszczalną
strefą aeracji, zasilane bezpośrednio z powierzchni ziemi przez infiltrujące opady
atmosferyczne;
• wody wgłębne – również zasilane przez opady atmosferyczne, lecz znajdujące się w
warstwach wodonośnych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi;
• wody głębinowe – znajdują się głęboko pod powierzchnią ziemi, izolowane całkowicie
wieloma kompleksami utworów nieprzepuszczalnych.
ciśnienie piezometryczne
obszar ciśnień
artezyjskich
zw. piezometryczne
(statyczne)
zwierciadło napięte
Strefa saturacji
3
Warstwa wodonośna zbudowana jest ze skał, które mogą wodę gromadzić, przewodzić i
oddawać w wyniku działania siły ciężkości. W sensie hydrogeologicznym nie musi to być
pojedyncza warstwa lecz także zespół warstw wypełnionych wodą wolną.
Aby możliwe było akumulowanie i przewodzenie wody wolnej, skała musi wykazywać:
• porowatość (lub szczelinowatość, krasowatość) – tzn. muszą istnieć wolne przestrzenie w
skale;
• przepuszczalność hydrauliczną (wodoprzepuszczalność) – zdolność do przewodzenia wody
wolnej w przypadku różnicy ciśnień hydrostatycznych; możliwe jest to, gdy próżnie i pustki w
skale są ze sobą połączone, oraz gdy mają one odpowiednio duże wymiary (gdy wymiary
próżni są bardzo małe, woda zostaje związana siłami międzycząsteczkowymi i staje się
niezdolna do ruchu, np. w iłach). Miarą przepuszczalności hydraulicznej skał i gruntów jest
współczynnik filtracji.
Pod względem wodoprzepuszczalności skały dzielimy na:
przepuszczalne – żwiry, piaski, pospółki, skały lite silne szczelinowate;
półprzepuszczalne – piaski gliniaste, ilaste, gliny piaszczyste, torfy, namuły;
nieprzepuszczalne – gliny, iły, mułki, skały lite nieszczelinowate;
METODY ODWZOROWANIA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH
Przekrój hydrogeologiczny - graficzne odwzorowanie warunków hydrogeologicznych wzdłuż
obranej płaszczyzny pionowej w związku z budową geologiczną. Przekrój hydrogeologiczny
opracowuje się na podstawie danych z profili otworów wiertniczych oraz interpretacji wyników
rozpoznania hydrogeologicznego terenu.
Profil hydrogeologiczny - graficzne lub opisowe, punktowe przedstawienie w pionie danych
hydrogeologicznych na tle litologii i stratygrafii.
Mapa hydrogeologiczna - kartograficzne odwzorowanie warunków występowania,
rozprzestrzeniania, jakości i ilości wód podziemnych. Najprostszą mapą hydrogeologiczną jest
rysunek hydroizohips, hydroizobat lub innych hydroizolinii. Oprócz oznaczeń liniowych, do
których należą tez linie graniczne, posługujemy się oznaczeniami punktowymi, cyframi, literami,
szrafurą i barwami.
Hydroizohipsy - linie krzywe łączące punkty o jednakowej wysokości hydraulicznej w warstwie
wodonośnej. Przy wodach zwykłych chodzi tu o rzędne zwierciadła wody.
Mapa hydroizohips jest więc mapą morfologii zwierciadła wody podziemnej (zwierciadła
swobodnego, a dla wód naporowych zwierciadła statycznego).
Hydroizobaty - linie łączące punkty na mapie o jednakowej głębokości do zwierciadła wody
gruntowej. Powstaje w ten sposób mapa warstwy suchej.
Mapę hydroizohips wykreśla się metodą interpolacji. Punkty w których dane są rzędne
zwierciadła wody łączy się w sieć trójkątów mniej więcej równobocznych i w każdym trójkącie
osobno przeprowadza się interpolację. Mapa hydroizohips będzie tym dokładniejsza, im więcej
jest punktów pomiarowych i im bardziej równomiernie są one rozmieszczone.
4
Należy przy tym pamiętać, że:
• hydroizohipsy odzwierciedlają kształt zwierciadła wody występującej w tej samej
geologicznie określonej warstwie wodonośnej (stąd ważna jest znajomość budowy
geologicznej obszaru)
• hydroizohipsy nie mogą przecinać się, ani tworzyć linii załamujących się, lecz linie krzywe
płynne, zamknięte.
Przy kreśleniu hydroizohips wody gruntowej należy zwrócić szczególną uwagę na:
• morfologię terenu
• sieć wód powierzchniowych, które znacząco wpływają na przebieg hydroizohips.
Z mapy hydroizohips można odczytać:
• kierunki przepływu wód - w każdym punkcie prostopadłe do hydroizohips;
• spadki hydrauliczne (spadek hydrauliczy - różnica wysokości hydraulicznej między dwoma
punktami położonymi na jednej linii prądu, przypadająca na jednostkową odległość między
tymi punktami) oraz informacje o warunkach przepływu wód;
• charakter powiązań z ciekami powierzchniowymi; rzeki mogą być drenujące, infiltrujące, lub
obojętne.
Rzeka drenująca (1) - rzeka zasilana przez wody podziemne z warstwy wodonośnej, przez którą
przepływa i którą drenuje. Ma to miejsce, gdy wody powierzchniowe rzeki znajdują się w
związku hydraulicznym (bezpośrednim lub pośrednim) z wodami podziemnymi, których
zwierciadło położone jest wyżej niż poziom wody w rzece drenującej.
Rzeka infiltrująca (2) - rzeka zasilająca wody podziemne. Ma to miejsce wtedy, gdy zwierciadło
wód podziemnych znajduje się niżej, niż poziom wody w rzece infiltrującej.
(1) (2)
przekrój
mapa hydroizohips
ZADANIE DO WYKONANIA:
Wykonać przekrój hydrogeologiczny wzdłuż zadanej linii łamanej.
Skala pozioma przekroju jednakowa ze skalą mapy, tzn. 1: 10 000, skala pionowa 1: 1000. (ew.
1: 500). Na przekroju zaznaczyć litologię - szrafurą, charakter wodoprzepuszczalności - barwą
(utwory przepuszczalne w strefie aeracji na żółto, w strefie saturacji na niebiesko, utwory
półprzepuszczalne na pomarańczowo, utwory nieprzepuszczalne na brązowo), zwierciadła wód
podziemnych.
6
5
4
6
5
4
5
NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE OZNACZENIA LITOLOGICZNE
-
piaski - iły
- żwiry - mułki, namuły
- pospółki - mułki ilaste
- głazy, otoczaki - torfy
- gliny zwałowe, pylaste - iły piaszczyste
- piaski gliniaste,
gliny piaszczyste - węgiel
- gliny ilaste