HYDROGEOLOGIA, studia!!, geologia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
HYDROGEOLOGIA
to nauka o wodach podziemnych, procesach wzajemnego
oddziaływania podziemnej hydrosfery, litosfery, atmosfery, biosfery i człowieka. Zajmuje się
badaniem pochodzenia wód, warunków występowania i krążenia oraz właściwości fizyczno
– chemicznych. Jest to dziedzina geologii, a część metod badawczych jest wspólna z
geologią.
WODA
– substancja o swoistych właściwościach, dzięki którym wywiera wpływ na inne
substancje i ciała stałe, z którymi się kontaktuje. Budowa cząsteczki wody jest dipolowa co
wynika z wzajemnego układu jonów wodoru, skupiających się po jednej stronie cząsteczki i
tlenu po drugiej stronie. Cząsteczka wody nie jest więc obojętna elektrycznie lecz zachowuje
się jak ciało dwubiegunowe (dipolowe) mające odmienne bieguny. Dlatego też woda posiada
zdolność do rozpuszczania innych związków chemicznych.
Woda jest w ciągłym ruchu czyli podlega procesowi krążenia. Obieg wody w skali kuli
ziemskiej, obejmujący procesy parowania i opadów nad morzami i zbiornikami
śródlądowymi, krążenia wód gruntowych i zmian zasobów pokryw lodowych to CYKL
HYDROLOGICZNY. Jego motorem jest energia słoneczna, siła grawitacji i przyciąganie
księżyca.
Proces krążenia obejmuje:
• parowanie z powierzchni oceanów
• ochłodzenia się i przejście w stan nasycenia
( kondensacja )
• skraplanie się i powrót na ziemię w postaci
opadów atmosferycznych:
- część opadów trafia na powierzchnię oceanów
i znów paruje
- część trafia na ląd:
- część paruje od razu lub po pewnym czasie,
- część zostaje zatrzymana przez rośliny,
- część spływa po powierzchni terenu i dostaje się do rzek, jezior i mórz, i znów
paruje,
- część infiltruje w glebę, grunt i skały, wypływa na powierzchnię przez źródła i
spływa do mórz i oceanów.
RETENCJA WODNA -
zatrzymanie wody w czasie krążenia w postaci śniegu, w warstwie
glebowej, w zbiornikach wodnych, pod powierzchnią ziemi.
RETENCJA PODZIEMNA ( GRUNTOWA ) –
zmiany w czasie ilości wody zgromadzonej
w środowisku podziemnym. Zależy od: wielkości opadów atmosferycznych, odpływu i
parowania
INFILTRACJA
- wsiąkanie w głąb, odpływ gruntowy. Część wód pochodzących z opadów
atmosferycznych, która po pomniejszeniu o spływ powierzchniowy oraz proces wiązania
siłami molekularnymi z ziarnami w strefie aeracji przedostaje się do strefy saturacji i zasila
wody podziemne to INFILTRACJA EFEKTYWNA ( Ie- dla Polski wynosi 17% )
WSKAŹNIK INFILTRACJI ( W ):
I
e
I
e
– infiltracja efektywna [mm]
W = -----
p - opad atmosferyczny [mm]
P
Czynniki wpływające na wielkość infiltracji:
- wielkość opadów atmosferycznych (większe opady to wyższy Ie)
- ilość opadów w czasie (Ie jest wyższy gdy opad jest mniejszy ale trwa dłużej)
- temperatura i wilgotność powietrza (duża wilgotność to mniejsze parowanie i wyższy Ie)
- przepuszczalność gruntów ( wyższa przepuszczalność to wyższa infiltracja )
- nachylenie powierzchni terenu (Ie wyższe im teren płaski )
- roślinność, zabudowania i działalność człowieka ( zmniejszają infiltrację )
- stopień przemarznięcia gruntu i nasycenia wodą ( zmniejszają infiltrację )
Wody krążące znajdują się w swej ogólnej masie ilościowo bez zmian. Na założeniu
równowagi między ilością wody parującą i opadową oparto pojęcie BILANSU WODNEGO.
Jest to zrównoważenie przybytków i ubytków wody w określonej przestrzeni i czasie. Bilans
można sporządzać dla całego kontynentu, a także osobno dla mórz, lądów, dorzecza, zlewni,
obszarów administracyjnych. Bilans wodny można wykonać dla wieloleci a najkrótszym
okresem bilansowym jest ROK HYDROLOGICZNY (od 01.11 do 31.10)
Podstawowym równaniem bilansowym jest BILANS PENCKA
P = H + S + dR
P - opad
H - odpływ
S - straty
dR - różnica retencji na początku i na końcu okresu bilansowego
Bilans wodny Polski w cyklu rocznym:
DOPŁ : STR T :
opad: 187,2 km
3
parowanie: 133,8 km
3
dopływ obcy: 5,2 km
3
odpływ:
58,5 km
3
RAZEM:
192,4 km
3
RAZEM:
192,4 km
3
WODY PODZIEMNE
– wody występujące w skałach i posiadające zdolność ruchu w
wyniku działania sił ciężkości.
POCHODZĄ ONE Z:
• Infiltracji (wsiąkania) opadów atmosferycznych do podłoża skalnego –
WODY
INFILTRACYJNE (ATMOSFERYCZNE, METEORYCZNE)
• Kondensacji pary wodnej zawartej w powietrzu wypełniającym pory i wolne
przestrzenie w skałach –
WODY KONDENSACYJNE
teoria Volgera
- ciepłe i wilgotne powietrze wchodzące w środowisko skalne ochładza się, a
przy spadku temperatury do punktu rosy czyli temperatury przy której para wodna w
powietrzu osiąga stan nasycenia, następuje kondensacja i wydzielenie wody
•
WODY JUWENILNE (GŁĘBINOWE
) – powstające na dużych głębokościach z
ostygłej magmy. Część z nich może wypływać na powierzchnię w postaci gorących
źródeł lub gejzerów
•
RELIKTOWE
– stare wody uwięzione w osadach, wyłączone z systemu krążenia i
występujące obecnie na większych głębokościach, silnie zmineralizowane:
- reliktowe pochodzenia sedymentacyjnego – wody dawnych osadów morskich lub
jeziornych odizolowane w macierzystych skałach
- reliktowe pochodzenia kopalnego – wody atmosferyczne odcięte od systemu
krążenia przez procesy geologiczne
WYSTĘPOWANIE WÓD PODZIEMNYCH
:
•
WARSTWA WODONOŚNA
–
zbiorowisko wód podziemnych związane z
określonymi utworami skalnymi, o znacznym rozprzestrzenieniu, określonej
miąższości ograniczone od góry
zwierciadłem wód podziemnych
a od dołu
nieprzepuszczalnym spągiem. Warstwa wodonośna musi posiadać dostateczną
przewodność aby możliwy był przepływ wód podziemnych.
•
POZIOM WODONOŚNY
–
często jest rozumiany jako warstwa wodonośna; w
węższym znaczeniu dla oznaczenia jednostki podrzędnej w stosunku do piętra.
•
PIĘTRO WODONOŚNE
–
zespół poziomów (warstw) wodonośnych należących do
określonej jednostki stratygraficznej, np. piętro czwartorzędowe, kredowe
STREFA AERACJI
– strefa pomiędzy powierzchnia terenu a swobodnym zwierciadłem wód
podziemnych, gdzie pustki skalne wypełnione są powietrzem. Woda występuje w formie:
pary wodnej, wody związanej, kapilarnej oraz wody wolne zawieszonej lub przesiąkającej w
głąb
STREFA SATURACJI
– strefa pomiędzy zwierciadłem wód podziemnych a
nieprzepuszczalnym spągiem, gdzie pustki skalne wypełnione są woda wolną.
PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH ZE WZGLĘDU NA ŚRODOWISKO
WYSTĘPOWANIA:
a ) porowe – wody występujące w skałach okruchowych, sypkich, ziarnistych i wolnych
przestrzeniach pomiędzy ziarnami skalnymi
b ) szczelinowe - występujece w szczelinach spękanych skał
c ) krasowe – wody przepływające w pustkach skalnych powstałych w procesach krasowych
PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH WEDŁUG Z. PAZDRY
STREFA
TYPY WODY
STAN FIZYCZNY
RODZAJE
wody higroskopijne
wody błonkowate
wody kapilarne
wody związane
AERACJI
wody wsiąkowe
wody zawieszone
wody przypowierzchniowe
wody gruntowe
wody wgłębne
wody wolne
wody porowe
wody szczelinowe
wody krasowe
SATURACJI
wody głębinowe
WODY ZWIĄZANE
– wody podlegające siłom molekularnym wiążącym je
z ziarnami mineralnymi w brew sile ciężkości.
Zdolność ziaren skalnych do wiązania wody to
adsorpcja.
Woda błonkowata
Woda higroskopijna
•
WODY HIGROSKOPIJNE
– woda powstająca na skutek adsorbowania drobin
pary wodnej z powietrza w strefie aeracji.
- duża gęstość około 2 g/cm
3
- zamarza w temperaturze – 78 C
- nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego
- nie ma zdolności ruch
- nie ma zdolności do rozpuszczania innych substancji
- nie jest wykorzystywana przez rośliny
Zdolność do adsorbowania to
wodochłonność higroskopijna:
żwiry do 0,05 %
piaski do 1 %
piaski pylaste do 7 %
gliny, iły
do 20 %
•
WODY BŁONKOWATE
– powstaje na skutek wiązania drobin ciekłej wody
przez ziarna mineralne dzięki siłom elektrycznym działającym pomiędzy
cząsteczką mineralną a cząsteczką wody.
- warstwa wewnętrzna – o cechach zbliżonych do wody higroskopijnej
Zdolność wiązania wody błonkowatej przez skałę to
wodochłonność molekularna.
Zależy od
ładunku cząsteczki mineralnej, stopnia spolaryzowania wody i stężenia substancji w
niej rozpuszczonych.
Wilgotność molekularna
- ilość wody błonkowej zawartej w skale. Zależy od średnicy
ziarn (wilgotność większa im bardziej rozdrobnione ziarna)
1 - 0,5 mm > 1,57% max wilgotność molekularna w masie suchej skały
0,5 - 0,25 mm > 1,6%
0,25 - 0,1 mm > 2,73%
0,1 - 0,05 mm > 4,75%
0,05 - 0,005 mm > 10,18%
<0,005 mm > 44,85 %
•
WODA KAPILARNA
–
woda, która podnosi się ponad zwierciadło swobodne
na skutek zjawiska włoskowatości.
- podlega sile ciężkości
- przenosi ciśnienie hydrostatyczne
- rozpuszcza sole mineralne
- zamarza < 0 C
- jest wykorzystywana przez rośliny
Na granicy strefy saturacji i aeracji występuje strefa wzniosu kapilarnego:
h = 0,15/r [cm] gdzie r - średnica przewodu kapilarnego
Zdolność skał do wzniosu kapilarnego to
wodochłonność kapilarna.
Wysokość wzniosu wynosi w metrach:
żwiry 0,03
piaski grube 0,03 – 0,12
piaski średnie 0,12 – 0,35
piaski drobne 0,35 – 1,20
mułki, lessy,
Wilgotność kapilarna
- całkowita ilość wody zawarta w strefie wzniosu kapilarnego; wyraża
ją stosunek wagowy próbki skały, z której ściekła woda wolna do bezwzględnie suchej skały
Przyczyną wzniosu kapilarnego są siły działające na granicy ciała stałego i cieczy: siły
spójności i przylegania.
- warstwa zewnętrzna - gęstość około 1 g/cm
3
, temperatura zamarzania < 0
C, nie przenosi ciśnienia hydrostatycznego, ma niewielką zdolność
rozpuszczania.
piaski pylaste 1,20 – 3,50
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl chiara76.opx.pl
HYDROGEOLOGIA
to nauka o wodach podziemnych, procesach wzajemnego
oddziaływania podziemnej hydrosfery, litosfery, atmosfery, biosfery i człowieka. Zajmuje się
badaniem pochodzenia wód, warunków występowania i krążenia oraz właściwości fizyczno
– chemicznych. Jest to dziedzina geologii, a część metod badawczych jest wspólna z
geologią.
WODA
– substancja o swoistych właściwościach, dzięki którym wywiera wpływ na inne
substancje i ciała stałe, z którymi się kontaktuje. Budowa cząsteczki wody jest dipolowa co
wynika z wzajemnego układu jonów wodoru, skupiających się po jednej stronie cząsteczki i
tlenu po drugiej stronie. Cząsteczka wody nie jest więc obojętna elektrycznie lecz zachowuje
się jak ciało dwubiegunowe (dipolowe) mające odmienne bieguny. Dlatego też woda posiada
zdolność do rozpuszczania innych związków chemicznych.
Woda jest w ciągłym ruchu czyli podlega procesowi krążenia. Obieg wody w skali kuli
ziemskiej, obejmujący procesy parowania i opadów nad morzami i zbiornikami
śródlądowymi, krążenia wód gruntowych i zmian zasobów pokryw lodowych to CYKL
HYDROLOGICZNY. Jego motorem jest energia słoneczna, siła grawitacji i przyciąganie
księżyca.
Proces krążenia obejmuje:
• parowanie z powierzchni oceanów
• ochłodzenia się i przejście w stan nasycenia
( kondensacja )
• skraplanie się i powrót na ziemię w postaci
opadów atmosferycznych:
- część opadów trafia na powierzchnię oceanów
i znów paruje
- część trafia na ląd:
- część paruje od razu lub po pewnym czasie,
- część zostaje zatrzymana przez rośliny,
- część spływa po powierzchni terenu i dostaje się do rzek, jezior i mórz, i znów
paruje,
- część infiltruje w glebę, grunt i skały, wypływa na powierzchnię przez źródła i
spływa do mórz i oceanów.
RETENCJA WODNA -
zatrzymanie wody w czasie krążenia w postaci śniegu, w warstwie
glebowej, w zbiornikach wodnych, pod powierzchnią ziemi.
RETENCJA PODZIEMNA ( GRUNTOWA ) –
zmiany w czasie ilości wody zgromadzonej
w środowisku podziemnym. Zależy od: wielkości opadów atmosferycznych, odpływu i
parowania
INFILTRACJA
- wsiąkanie w głąb, odpływ gruntowy. Część wód pochodzących z opadów
atmosferycznych, która po pomniejszeniu o spływ powierzchniowy oraz proces wiązania
siłami molekularnymi z ziarnami w strefie aeracji przedostaje się do strefy saturacji i zasila
wody podziemne to INFILTRACJA EFEKTYWNA ( Ie- dla Polski wynosi 17% )
WSKAŹNIK INFILTRACJI ( W ):
I
e
I
e
– infiltracja efektywna [mm]
W = -----
p - opad atmosferyczny [mm]
P
Czynniki wpływające na wielkość infiltracji:
- wielkość opadów atmosferycznych (większe opady to wyższy Ie)
- ilość opadów w czasie (Ie jest wyższy gdy opad jest mniejszy ale trwa dłużej)
- temperatura i wilgotność powietrza (duża wilgotność to mniejsze parowanie i wyższy Ie)
- przepuszczalność gruntów ( wyższa przepuszczalność to wyższa infiltracja )
- nachylenie powierzchni terenu (Ie wyższe im teren płaski )
- roślinność, zabudowania i działalność człowieka ( zmniejszają infiltrację )
- stopień przemarznięcia gruntu i nasycenia wodą ( zmniejszają infiltrację )
Wody krążące znajdują się w swej ogólnej masie ilościowo bez zmian. Na założeniu
równowagi między ilością wody parującą i opadową oparto pojęcie BILANSU WODNEGO.
Jest to zrównoważenie przybytków i ubytków wody w określonej przestrzeni i czasie. Bilans
można sporządzać dla całego kontynentu, a także osobno dla mórz, lądów, dorzecza, zlewni,
obszarów administracyjnych. Bilans wodny można wykonać dla wieloleci a najkrótszym
okresem bilansowym jest ROK HYDROLOGICZNY (od 01.11 do 31.10)
Podstawowym równaniem bilansowym jest BILANS PENCKA
P = H + S + dR
P - opad
H - odpływ
S - straty
dR - różnica retencji na początku i na końcu okresu bilansowego
Bilans wodny Polski w cyklu rocznym:
DOPŁ : STR T :
opad: 187,2 km
3
parowanie: 133,8 km
3
dopływ obcy: 5,2 km
3
odpływ:
58,5 km
3
RAZEM:
192,4 km
3
RAZEM:
192,4 km
3
WODY PODZIEMNE
– wody występujące w skałach i posiadające zdolność ruchu w
wyniku działania sił ciężkości.
POCHODZĄ ONE Z:
• Infiltracji (wsiąkania) opadów atmosferycznych do podłoża skalnego –
WODY
INFILTRACYJNE (ATMOSFERYCZNE, METEORYCZNE)
• Kondensacji pary wodnej zawartej w powietrzu wypełniającym pory i wolne
przestrzenie w skałach –
WODY KONDENSACYJNE
teoria Volgera
- ciepłe i wilgotne powietrze wchodzące w środowisko skalne ochładza się, a
przy spadku temperatury do punktu rosy czyli temperatury przy której para wodna w
powietrzu osiąga stan nasycenia, następuje kondensacja i wydzielenie wody
•
WODY JUWENILNE (GŁĘBINOWE
) – powstające na dużych głębokościach z
ostygłej magmy. Część z nich może wypływać na powierzchnię w postaci gorących
źródeł lub gejzerów
•
RELIKTOWE
– stare wody uwięzione w osadach, wyłączone z systemu krążenia i
występujące obecnie na większych głębokościach, silnie zmineralizowane:
- reliktowe pochodzenia sedymentacyjnego – wody dawnych osadów morskich lub
jeziornych odizolowane w macierzystych skałach
- reliktowe pochodzenia kopalnego – wody atmosferyczne odcięte od systemu
krążenia przez procesy geologiczne
WYSTĘPOWANIE WÓD PODZIEMNYCH
:
•
WARSTWA WODONOŚNA
–
zbiorowisko wód podziemnych związane z
określonymi utworami skalnymi, o znacznym rozprzestrzenieniu, określonej
miąższości ograniczone od góry
zwierciadłem wód podziemnych
a od dołu
nieprzepuszczalnym spągiem. Warstwa wodonośna musi posiadać dostateczną
przewodność aby możliwy był przepływ wód podziemnych.
•
POZIOM WODONOŚNY
–
często jest rozumiany jako warstwa wodonośna; w
węższym znaczeniu dla oznaczenia jednostki podrzędnej w stosunku do piętra.
•
PIĘTRO WODONOŚNE
–
zespół poziomów (warstw) wodonośnych należących do
określonej jednostki stratygraficznej, np. piętro czwartorzędowe, kredowe
STREFA AERACJI
– strefa pomiędzy powierzchnia terenu a swobodnym zwierciadłem wód
podziemnych, gdzie pustki skalne wypełnione są powietrzem. Woda występuje w formie:
pary wodnej, wody związanej, kapilarnej oraz wody wolne zawieszonej lub przesiąkającej w
głąb
STREFA SATURACJI
– strefa pomiędzy zwierciadłem wód podziemnych a
nieprzepuszczalnym spągiem, gdzie pustki skalne wypełnione są woda wolną.
PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH ZE WZGLĘDU NA ŚRODOWISKO
WYSTĘPOWANIA:
a ) porowe – wody występujące w skałach okruchowych, sypkich, ziarnistych i wolnych
przestrzeniach pomiędzy ziarnami skalnymi
b ) szczelinowe - występujece w szczelinach spękanych skał
c ) krasowe – wody przepływające w pustkach skalnych powstałych w procesach krasowych
PODZIAŁ WÓD PODZIEMNYCH WEDŁUG Z. PAZDRY
STREFA
TYPY WODY
STAN FIZYCZNY
RODZAJE
wody higroskopijne
wody błonkowate
wody kapilarne
wody związane
AERACJI
wody wsiąkowe
wody zawieszone
wody przypowierzchniowe
wody gruntowe
wody wgłębne
wody wolne
wody porowe
wody szczelinowe
wody krasowe
SATURACJI
wody głębinowe
WODY ZWIĄZANE
– wody podlegające siłom molekularnym wiążącym je
z ziarnami mineralnymi w brew sile ciężkości.
Zdolność ziaren skalnych do wiązania wody to
adsorpcja.
Woda błonkowata
Woda higroskopijna
•
WODY HIGROSKOPIJNE
– woda powstająca na skutek adsorbowania drobin
pary wodnej z powietrza w strefie aeracji.
- duża gęstość około 2 g/cm
3
- zamarza w temperaturze – 78 C
- nie przekazuje ciśnienia hydrostatycznego
- nie ma zdolności ruch
- nie ma zdolności do rozpuszczania innych substancji
- nie jest wykorzystywana przez rośliny
Zdolność do adsorbowania to
wodochłonność higroskopijna:
żwiry do 0,05 %
piaski do 1 %
piaski pylaste do 7 %
gliny, iły
do 20 %
•
WODY BŁONKOWATE
– powstaje na skutek wiązania drobin ciekłej wody
przez ziarna mineralne dzięki siłom elektrycznym działającym pomiędzy
cząsteczką mineralną a cząsteczką wody.
- warstwa wewnętrzna – o cechach zbliżonych do wody higroskopijnej
Zdolność wiązania wody błonkowatej przez skałę to
wodochłonność molekularna.
Zależy od
ładunku cząsteczki mineralnej, stopnia spolaryzowania wody i stężenia substancji w
niej rozpuszczonych.
Wilgotność molekularna
- ilość wody błonkowej zawartej w skale. Zależy od średnicy
ziarn (wilgotność większa im bardziej rozdrobnione ziarna)
1 - 0,5 mm > 1,57% max wilgotność molekularna w masie suchej skały
0,5 - 0,25 mm > 1,6%
0,25 - 0,1 mm > 2,73%
0,1 - 0,05 mm > 4,75%
0,05 - 0,005 mm > 10,18%
<0,005 mm > 44,85 %
•
WODA KAPILARNA
–
woda, która podnosi się ponad zwierciadło swobodne
na skutek zjawiska włoskowatości.
- podlega sile ciężkości
- przenosi ciśnienie hydrostatyczne
- rozpuszcza sole mineralne
- zamarza < 0 C
- jest wykorzystywana przez rośliny
Na granicy strefy saturacji i aeracji występuje strefa wzniosu kapilarnego:
h = 0,15/r [cm] gdzie r - średnica przewodu kapilarnego
Zdolność skał do wzniosu kapilarnego to
wodochłonność kapilarna.
Wysokość wzniosu wynosi w metrach:
żwiry 0,03
piaski grube 0,03 – 0,12
piaski średnie 0,12 – 0,35
piaski drobne 0,35 – 1,20
mułki, lessy,
Wilgotność kapilarna
- całkowita ilość wody zawarta w strefie wzniosu kapilarnego; wyraża
ją stosunek wagowy próbki skały, z której ściekła woda wolna do bezwzględnie suchej skały
Przyczyną wzniosu kapilarnego są siły działające na granicy ciała stałego i cieczy: siły
spójności i przylegania.
- warstwa zewnętrzna - gęstość około 1 g/cm
3
, temperatura zamarzania < 0
C, nie przenosi ciśnienia hydrostatycznego, ma niewielką zdolność
rozpuszczania.
piaski pylaste 1,20 – 3,50
[ Pobierz całość w formacie PDF ]