Model przestrzenny GZWP 110 Pradolina Kaszubska

wgzwp1W 2008 roku w regionalnej pracowni państwowej służby hydrogeologicznej, w ramach jednego z zadań PSH, podjeto próbę opracowania modeli przestrzennych dla wybranego udokumentowanego GZWP w skali szczegółowej. Dodatkowo, w trakcie realizacji prac, dokonano oceny przydatności i możliwości wybranych aplikacji dla opracowania modeli przestrzennych GZWP. Oceniono również możliwość wykorzystania modeli przestrzennych głównych zbiorników wód podziemnych jako efektywnego narzędzia w gospodarowaniu wodami podziemnymi oraz analizowaniu zachodzących zmian w ilości i jakości wód podziemnych.



Do prac badawczych wybrano GZWP 110 Pradolina Kaszubska. Jest to zbiornik pradoliny stanowiący wąską strukturę hydrogeologiczną oddzielającą Pojezierze Kaszubskie od Wysoczyzny Żarnowieckiej i kęp nadmorskich. Stanowi ona jednocześnie główną bazę drenażu w północnej części gdańskiego systemu wodonośnego. Model przestrzenny budowy geologicznej oraz warunków hydrogeologicznych został opracowany dla trzech obszarów (rys. 1):

  • dla obszaru spływu wód do zbiornika obejmującego zlewnię Redy i Zagórskiej Strugi,
  • dla obszaru samego GZWP 110,
  • dla wschodniej części zbiornika, gdzie warunki hydrogeologiczne są najlepiej rozpoznane.


Wybrany GZWP 110 – Pradolina Kaszubska jest czwartorzędową strukturą wodonośną związaną z piaszczysto-żwirowymi osadami pradoliny Kaszubskiej i pradoliny Redy-Łeby. We wschodniej części tego zbiornika występuje również fragment znacznie większego GZWP nr 111 – subniecka gdańska, rozpoznanego w wodonośnych utworach kredy górnej.

model gzwp 110 pradolina kaszubska
Rys. 1. Model GZWP 110: Pradolina Kaszubska + Pradolina Redy-Łeby (Surfer)


Możliwości opracowania modelu przestrzennego wybranej struktury hydrogeologicznej zostały sprawdzone w oparciu o trzy programy (aplikacje): Surfer, Voxler i RockWorks. Wybrane programy komputerowe są standardowymi narzędziami coraz częściej wykorzystywanymi w codziennej praktyce wykonywania prac dokumentacyjnych i badawczych. Jak wykazano, aplikacje te są przydatne do tworzenia modeli przestrzennych, chociaż zakres ich możliwości i przydatność jest różna. Cechuje je również możliwość wizualizacji budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych głównych zbiorników wód podziemnych.

Punktem wyjścia do zasadniczych prac modelowych wykorzystujących możliwości wybranych aplikacji było przygotowanie odpowiednich zestawień zawierających dane identyfikacyjne otworów hydrogeologicznych wraz z wybranymi parametrami. Drugim etapem przygotowania danych wejściowych było opracowanie modelu koncepcyjnego budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych w otoczeniu zbiornika. W oparciu o siatkę przekrojów hydrogeologicznych przygotowano cyfrowy model powierzchni stratygraficznych (Q, M, Ol, Cr) oraz poziomów wodonośnych (rys. 2). Wyodrębniono również strefy kontaktów hydraulicznych oraz kompleksy utworów rozdzielających poziomy wodonośne. Szczegółowo opracowano warunki hydrogeologiczne występujące w strukturze GZWP 110 (cztery warstwy modelowe) w profilu pionowym. Uzupełnieniem modelu koncepcyjnego było przygotowanie cyfrowego modelu powierzchni terenu.

spąg gzwp 110

Rys. 2. Powierzchnie spągów warstw modelowych na tle GZWP 110


Przykład geowozualizacji GZWP z wykorzystaniem aplikacji RockWorks
Program RockWorks stanowi zaawansowane środowisko informatyczne służące do zarządzania, analizy i wizualizacji przestrzennej informacji geologicznej i hydrogeologicznej. Z jego pomocą możliwe jest prezentowanie wielowymiarowych danych geologicznych w postaci: profili i przekrojów, map ścięcia poziomego, map utworów powierzchniowych, modeli brył geologicznych, map strukturalnych izopowierzchniowych i izoliniowych. Wyniki prac można przedstawić zarówno w formie dwu- jak i trójwymiarowego, dynamicznie sterowanego, widoku.

Przyjęty w zadaniu schemat postępowania zakładał opracowanie przestrzennego modelu budowy geologicznej GZWP 110 w aplikacji RockWorks na podstawie wytworzonych wcześniej w wyniku interpolacji w programie Surfer powierzchni stropów i spągów warstw geologicznych (rys. 2). Tablice wejściowe obejmowały spągi wszystkich interpretowanych warstw oraz numeryczny model powierzchni terenu. Pierwszym krokiem było zbudowanie 3-wymiarowego modelu brył geologicznych. Tak skonstruowany model (rys. 3) stał się podstawą do przeprowadzenia dalszych prac obejmujących dwu- i trójwymiarową prezentację schematu budowy geologicznej (geowizualizację) oraz analizy przestrzenne.

 

model gzwp 110
Rys. 3. Trójwymiarowy model budowy geologicznej w rejonie GZWP 110

W aplikacji RockWorks dane geologiczne mogą być prezentowane w całości lub tylko w żądanym fragmencie, z wykorzystaniem dowolnej gamy barw, w postaci map izoliniowych lub izopowierzchniowych. Dobrym przykładem możliwości programu w zakresie wizualizacji danych geologicznych jest prezentacja schematu budowy geologicznej GZWP 110 za pomocą siatki generowanych automatycznie przekrojów (rys. 4). Zaś przykładem konkretnej analizy z wykorzystaniem funkcji przestrzennych aplikacji RockWorks może być wykreślenie mapy miąższości analizowanych warstw stratygraficznych (rys. 5).

 

model 3d gzwp 110
Rys. 4. Przykład trójwymiarowej prezentacji schematu budowy geologicznej w rejonie GZWP 110

 

mapa miąższości gzwp 110
Rys. 5. Mapa miąższości utworów czwartorzędu (Q), neogenu, paleogenu (Tr) i kredy (Cr)


Kolejnym krokiem na drodze geowizualizacji Głównego Zbiornika Wód Podziemnych nr 110 było zaprezentowanie warunków hydrogeologicznych zbiornika na przykładzie przestrzennego rozkładu współczynnika filtracji w jego wschodnim fragmencie zwanym potocznie „meandrem kaszubskim”. Trójwymiarowe modele warunków hydrogeologicznych (modele przestrzennego rozkładu parametrów hydrogeologicznych) mogą być prezentowane w sposób analogiczny do modelu budowy geologicznej (warstw hydrostrukturalnych). Przykłady wizualizacji parametrów hydrogeologicznych pokazano rys. 6. Współczynnik filtracji zaprezentowano tu jako izopowierzchnie, ponadto zróżnicowano go przy pomocy wielkości i koloru punktów dokumentacyjnych.

współczynnik filtracji gzwp 110

Rys. 6. Przykłady prezentacji przestrzennego rozkładu współczynnika filtracji


Podsumowanie i wnioski

  • Wszystkie przetestowane w trakcie realizacji zadania aplikacje okazały się przydatne dla potrzeb opracowania modeli przestrzennych GZWP. Są one jednak bardzo zróżnicowane pod względem funkcjonalności. Przekłada się to bezpośrednio na zakres wykonanych w konkretnej aplikacji prac. Surfer i Voxler uzupełniają się pod kątem dostępnych funkcji, jednak RockWorks wydaje się być rozwiązaniem wystarczającym i najbardziej zaawansowanym.
  • Opracowany na drodze schematyzacji i parametryzacji hydrogeologicznej trójwymiarowy model warstw wodonośnych, a także wygenerowane na jego podstawie pozostałe elementy charakterystyki hydrogeologicznej poziomów wodonośnych, stanowią doskonałe źródło danych wejściowych do matematycznego modelowania procesu przepływu wód podziemnych oraz migracji zanieczyszczeń.
  • Cyfrowe modele zbiorników wód podziemnych ułatwiają wizualizację budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych lub sozologicznych przez możliwość wykonywania cięć w dowolnych kierunkach oraz komponowania dowolnych map i wizualizacji analizowanych zagadnień. Modele te będą również przydatne przy analizowaniu wpływu potencjalnych i rzeczywistych ognisk zanieczyszczeń na użytkowe poziomy wód podziemnych. W oparciu o dane modeli przestrzennych można analizować skutki lokalizacji i eksploatacji budynków mieszkalnych wraz z  infrastrukturą podziemną, zakładów przemysłowych, wykopów, stałych odwodnień, tuneli, podziemnych magazynów oraz innych przedsięwzięć naruszających środowisko gruntowo-wodne. W efekcie dobrze opracowany model przestrzenny w wersji cyfrowej pozwala na szybkie i wielowariantowe programowanie projektów i planów oraz wypracowania właściwej oceny/decyzji.
  • Właściwe zarządzanie wodami podziemnymi na obszarach ochronnych GZWP powinno opierać się nie tylko na ustaleniach dokumentacji hydrogeologicznej ale również na opracowanych i wdrożonych modelach przestrzennych zbiorników i ich obszarów ochronnych. Realizacja tych zadań wymaga jednak dobrego rozpoznaniu warunków hydrogeologicznych zbiornika i jego otoczenia.
  • Trójwymiarowa wizualizacja budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych stanowi kolejny krok, obok kartografii hydrogeologicznej, w rozwoju graficznej prezentacji jakości, ilości i warunków występowania wód podziemnych. Wysoka wartość opracowywanych modeli przestrzennych poziomów i warstw hydrogeologicznych polega na możliwości plastycznej, łatwej do wyobrażenia, prezentacji schematu budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych.