Co to jest hydrogeologia?
Hydrogeologia jest dziedziną nauki zajmującą się wodami podziemnymi, ośrodkami skalnymi w których występują, procesami wzajemnego oddziaływania wód podziemnych i ośrodka skalnego, formowaniem się składu chemicznego wód, genezą i przepływem wód w różnych systemach ich krążenia, zasobami oraz czasem przebywania wód w warstwach skalnych, a także procesami którym podlegają podczas naturalnych przemian geologicznych i wymuszonych działalnością człowieka oraz ich ochroną wód podziemnych. Wyróżnia się różne dyscypliny specjalności:
- hydrodynamikę,
- hydrogeochemię,
- hydrogeologię złóż,
- hydrogeologię kopalnianą,
- hydrogeologię środowiskową,
- hydrogeologię regionalną,
- hydrogeotermię,
- hydrogeologię inżynierską,
- hydrogeologię obszarów zurbanizowanych,
- hydrogeologię rolniczą,
- kartografię hydrogeologiczną.
Hydrogeologia korzysta z własnej metodologii badawczej a także z metodologii takich nauk, jak: geologia, chemia, geofizyka, informatyka łącznie z pokrewną jej geomatyką, wiertnictwo, gruntoznawstwo, geologia inżynierska i geotechnika, a ostatnio również biologia. Hydrogeologia jest dziedziną wiedzy i umiejętności zaliczaną do zespołu nauk geologicznych.
Hydrogeolodzy zajmują się wodami towarzyszącymi kopalinom i odwodnieniami złóż w celu ich wydobycia. Uczestniczą w projektowaniu, dokumentowaniu i eksploatacji zasobów wód zwykłych do celów zaopatrzenia w wodę mieszkańców i zakładów przemysłowych, projektują i nadzorują odwodnienia górnicze i budowlane. Zajmują się rozpoznawaniem i dokumentowaniem zasobów wód leczniczych, mineralnych i termalnych. Uczestniczą w opracowaniu planów gospodarowania wodami w dorzeczach i regionach wodno-gospodarczych. W projektowaniu działań zmierzających do ochrony zasobów wód leczniczych.
Wraz ze zmianą polityki w zakresie gospodarki wodnej określonej w Ramowej dyrektywie wodnej Unii Europejskiej, równie istotne stały się badania i prace hydrogeologiczne prowadzone w celu monitorowania stanu zasobów wód podziemnych i projekty działań zmierzających do poprawy ich jakości, w przypadku stwierdzenia złego stanu chemicznego wód podziemnych określone w Dyrektywach: 2000/60/UE i 91/676/UE.
Co to są wody podziemne?
Wody, występujące w porach, szczelinach lub pustkach krasowych ośrodka skalnego skorupy ziemskiej. W zależności od rodzaju skał i występujących w nich wolnych przestrzeni wyróżniamy wody porowe, wody szczelinowe i wody krasowe, a w przypadku złożonych ośrodków: wody porowo-szczelinowe i szczelinowo-krasowe.
Zasadnicza część wód podziemnych w klimacie umiarkowanym pochodzi z infiltracji opadów atmosferycznych a dodatkowo, do kilkunastu procent z kondensacji pary wodnej w strefie aeracji (nienasyconej). Dawniej wskazywano również na możliwość występowania wód juwenilnych powstających przez wydzielanie się pary wodnej z roztworów magmowych (obszary aktywnego wulkanizmu lub na których mają miejsce procesy postwulkaniczne).
Na dużych głębokościach, poniżej 1000 m część wód podziemnych powstaje przez odwodnienie minerałów wskutek ich przemian fazowych na dużej głębokości. Są to wody konstytucyjne. W osadach dawnych zbiorników wodnych (morza i jeziora) zachowują się wody reliktowe nazywane również syn sedymentacyjnymi.
Wody podziemne powstałe z opadów atmosferycznych (wody infiltracyjne), przenikają pod wpływem grawitacji w głąb Ziemi, poprzez warstwę gleby i podglebia (strefa aeracji). W tej strefie zatrzymywana jest pewną ich część wód tzw. błonkowatych wskutek wiązania siłami elektrostatycznymi z ziarnami gruntu otoczonymi wodą higroskopijną. Ta część wód związanych, która utrzymywana jest bezpośrednio z ziarnami mineralnymi siłami molekularnymi wskutek adsorpcji nosi nazwę wód higroskopijnych. Wody higroskopijne mają odmienne właściwości fizyczne od wód wolnych, np. ich gęstość dochodzi do 2 kg/dm3, temperatura zamarzania 780ºC, nie mają możliwości ruchu i nie przenoszą ciśnień hydrostatycznych. Do wód związanych zaliczone są wody chemicznie związane, które wchodzą w wiązania z siecią krystalograficzną minerałów ilastych, gipsów i innych.
Woda wolna podlegająca siłom grawitacji (wody grawitacyjne) zatrzymuje się w sprzyjających warunkach na nieprzepuszczalnych lub słabo przepuszczalnych warstwach ciągłych lub w postaci soczew w strefie aeracji, gdzie tworzy się woda zawieszona. Woda kapilarnie zawieszona istniej w strefie wzniosu kapilarnego nad zwierciadłem wód podziemnych pod wpływem sił spójności i przylegania, Wyróżniana jest woda kapilarnie zawieszona w strefie aeracji i wodę kapilarną właściwą w przypadku jej ciągłości ze strefą saturacji (strefa nasycona).
Pozostała, główna część wód infiltracyjnych dąży pod wpływem siły ciężkości w głąb skorupy ziemskiej do strefy saturacji strefy nasyconej), tworząc poziom wodonośny (warstwę wodonośną) lub zespół warstw wodonośnych, co nazywane jest zbiornikiem wód podziemnych. Wody w warstwach wodonośnych gromadzą się ponad warstwą praktycznie nieprzepuszczalną dla wody (np. iłu), tj. nad warstwą o dużym oporze hydraulicznym.
Granicę strefy aeracji i saturacji stanowi powierzchnia zwierciadła wody, które w tym przypadku ma charakter swobodny. Zwierciadło wód podziemnych jest umowną powierzchnią na której ciśnienie hydrostatyczne równe jest atmosferycznemu. W przypadku zniszczenia strefy wzniosu kapilarnego podczas wykonywania wykopu lub studni na granicy ośrodka nasyconego i nienasyconego pojawia się swobodne zwierciadło wody.
Wody podziemne w strefie saturacji (nasyconej) podlegają przepływom pod wpływem grawitacji od obszarów zasilania (strefy wododziałowe), w których istnieje największa wartość wysokości hydraulicznej w kierunku dolin rzecznych i zbiorników wód powierzchniowych, gdzie zachodzi drenaż wód podziemnych. W przypadkach złożonej budowy geologicznej, gdy warstwa wodonośna występuje pod przykryciem warstw bardzo słabo przepuszczalnych zasilanie wód podziemnych zachodzi poprzez przesączanie się wód infiltracyjnych – zasilanie pośrednie lub następuje dopływ podziemny – lateralny z innego obszaru, gdzie zachodzi infiltracja wód opadowych. Zwierciadło wody ma w tym przypadku najczęściej charakter napięty i nazywane jest napiętym zwierciadłem wód podziemnych.
W zależności od głębokości występowania wód podziemnych w profilu pionowym oraz rozmieszczenia warstw wodonośnych i warstw je rozdzielających wyróżniamy:
- wody przypowierzchniowe, potocznie nazywane podskórnymi (lub z jęz. greckiego hipodermicznymi),
- wody gruntowe, oddzielone od powierzchni terenu strefą aeracji,
- wody wgłębne, oddzielone od powierzchni terenu warstwami słabo przepuszczalnymi, występują często poniżej jednego lub nawet kilku warstw wodonośnych,
- wody głębinowe, występujące na dużej głębokości, praktycznie wyłączone z systemu krążenia wód podziemnych i podlegające powolnym przemieszczeniom wskutek gradientów pól osmotycznego, elektrycznego, termicznego a także pod wpływem przemian fazowych minerałów i uwolnień i gazów w skorupie ziemskiej. Często towarzyszą złożom kopalin.
Litologia ośrodka skalnego, głębokość występowania, przemiany mineralne wskutek procesów diagenezy i czas przebywania wody w środowisku skalnym kształtuje ich skład chemiczny i wielkość mineralizacji wody. Na podstawie zawartości rozpuszczonych substancji mineralnych wyróżniamy:
- wody słodkie (zwykłe) o mineralizacji ogólnej do 1g/dm3 ,
- wody mineralne o mineralizacji ogólnej powyżej 1 g/dm3.
Czy konieczna jest ochrona zasobów wód podziemnych?
Wody podziemne na dużym obszarze kraju nie są zanieczyszczone a wielkość całkowita zasobów wód podziemnych w skali kraju jest ponad 100 razy większa niż wód powierzchniowych w rzekach, jeziorach lub zbiornikach retencyjnych.
Jeżeli jednak wody podziemne ulegną zanieczyszczeniu to czas ich naturalnego oczyszczenia wynosi setki lat.
Do wodonośnych ośrodków skalnych przenikają zanieczyszczenia uwalniane z dróg, linii kolejowych, terenów miejskich, przemysłowych, magazynów podziemnych, składowisk odpadów i pól uprawnych.
Rejony, w których prowadzona jest działalność górnicza mają z reguły zdegradowane zasoby wód podziemnych. Są zazwyczaj obszary gdzie występują deficyty wody wywołane dużym zapotrzebowaniem.
Dlaczego wody podziemne są tak cennym zasobem państwa?
Wody podziemne są postrzegane jako wody przeznaczone do picia. Mają uformowany w warunkach naturalnych skład chemiczny i często bez uzdatniania nadają się do spożycia przez ludzi. Prawie 70 % ludności Polski pije wody podziemne, a w obszarach wiejskich 100%. Są one najtańszym źródłem zaopatrzenia w wodę gospodarstw indywidualnych.
Na dużych obszarach kraju maja naturalną ochronę przed zanieczyszczeniami z powierzchni terenu.
W stanach nadzwyczajnych zagrożeń lub suszy stanowią jedyne źródło zaopatrzenia ludności w wodę. Wystarczy przypomnieć powodzie, opad radioaktywny i skażenia wód powierzchniowych.
Zasoby wód podziemnych wykorzystywane są powszechnie w gospodarstwach rolnych, w sieci zakładów usługowych, małych warsztatach na prowincji lub przez wodociągi komunalne w miastach i na wsiach.
W jakich miejscach wody podziemne pojawiają się na powierzchni terenu?
Naturalne miejsca wypływu wód podziemnych na powierzchnię terenu istnieją w źródłach, wysiękach i młakach.
W przypadku wysokich stanów wód podziemnych, po intensywnych opadach, podczas topnienia śniegów na wiosnę i na tarasach zalewowych rzek w czasie wysokich stanów wód powierzchniowych pojawiają się w obniżeniach terenu, tworząc tzw. popławy.
Wody podziemne dominują w górnym, źródliskowym odcinku rzek. W okresach suszy w korytach rzek występują wody podziemne pochodzące z naturalnego drenażu. W jaskiniach wody podziemne mogą tworzyć podziemne cieki.
Wody podziemne pojawiają się w odkrywkach kopalń, w zapadliskach wywołanych zapadaniem się podziemnych wyrobisk górniczych oraz w wykopach budowlanych. Od zamierzchłych czasów wody podziemne wydobywane były w studniach szybowych (kopanych).
W jakim przypadku wody podziemne mają działanie lecznicze?
Większość wód leczniczych w naszym kraju to wody pochodzenia infiltracyjnego, które przenikają do ośrodków skalnych w okresie opadów i topnienia śniegów.
Przebywając w tych ośrodkach przez dziesiątki lub setki lat rozpuszczają składniki mineralne i gazy. Tak ukształtowany skład chemiczny oraz cechy fizyczne wody mają działanie lecznicze.
Wody podziemne stają się kopalinami – wodami leczniczymi, które wykorzystywane są uzdrowiskach.
Która ze służb państwowych prowadzi obserwacje, nadzór i gromadzi informacje o wodach podziemnych?
Państwowa służba hydrogeologiczna przy Państwowym Instytucie Geologicznym - Państwowym Instytucie Badawczym została powołana z mocy ustawy Sejmu RP – Prawo wodne. Do zadań służby należy, między innymi:
- prowadzenie stałych obserwacji stanów i jakości wód podziemnych. Wyniki są publikowane i udostępnianie przez Internet,
- informowanie administracji państwowej, a na życzenie również samorządowej o zmianach i zagrożeniach zasobów wód podziemnych,
- informowanie ludności oraz podmiotów gospodarczych w Polsce o wodach podziemnych i ich wykorzystaniu,
- wyznaczanie obszarów deficytowych w zaopatrzeniu w wodę,
- prowadzenie banków danych, zawierających informacje o wodach podziemnych,
- analizę sytuacji zasobów wód podziemnych i ich wykorzystania, a na podstawie zgromadzonych informacji opracowywanie prognoz zmian zasobów lub ich zagrożeń,
- współpraca w zakresie obserwacji i ocen wpływu poboru wód w strefach przygranicznych na zasoby kraju,opracowywanie raportów o stanie zasobów wód podziemnych w skali kraju dla Rządu R.P. i Unii Europejskiej.
Zobacz informacje na temat PSH.
Czy istnieją inne zadania państwowej służby hydrogeologicznej?
Państwowa służba hydrogeologiczna jest instytucją wprowadzającą obowiązujące standardy w zakresie opracowań hydrogeologicznych, projektów badań i dokumentacji zasobów wód podziemnych.
Prowadzi szkolenia i kursy dla geologów, ekologów i hydrogeologów a także pracowników gospodarki wodnej.
Utrzymuje kontakty i uczestniczy w międzynarodowej współpracy, głównie z krajami Unii.
Zajmuje się promocją ochrony środowiska wodnego kraju i propagowaniem wiedzy na temat zrównoważonego korzystania z zasobów wód podziemnych.
