Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska



Pobieranie 0.69 Mb.
Strona1/14
Data04.05.2016
Rozmiar0.69 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej

Rozprawa doktorska


METODYKA GOSPODAROWANIA ZASOBAMI WÓD

PODZIEMNYCH Z UWZGLĘDNIENIEM ICH JAKOŚCI

NA PRZYKŁADZIE ZLEWNI RABY

Magdalena Paszkiewicz


Prof. dr hab. inż. Andrzej Szczepański
Kraków 2009

Składam serdeczne podziękowania

Panu Profesorowi Andrzejowi Szczepańskiemu

za pomoc i życzliwość okazaną mi w trakcie

pisania niniejszej pracy

SPIS TREŚCI


1. WSTĘP............................................................................................................................................ 11

2. CHARAKTERYSTYKA OBSZARU BADAŃ................................................................................... 13

2.1. CHARAKTERYSTYKA FIZJOGRAFICZNA .......................................................................................................13

2.1.1. Podział administracyjny i położenie geograficzne ............................................................................................ 13

2.1.2. Uwarunkowania geomorfologiczne.................................................................................................................. 15

2.1.3. Warunki klimatyczno-meteorologiczne.............................................................................................................. 15

2.1.4. Hydrografia i elementy hydrologiczne .............................................................................................................. 16

2.1.5. Zagospodarowanie powierzchni terenu............................................................................................................. 23

2.2. BUDOWA GEOLOGICZNA .............................................................................................................................25

2.2.1. Masyw karpacki................................................................................................................................................ 25

2.2.2. Zapadlisko przedkarpackie...............................................................................................................................27

2.3. CZĘŚCI WÓD PODZIEMNYCH I POWIERZCHNIOWYCH ...................................................................................31

3. WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE ............................................................................................... 33

3.1. REGIONALIZACJA HYDROGEOLOGICZNA ............................................................................................................... 33

3.2. CHARAKTERYSTYKA PIĘTER WODONOŚNYCH....................................................................................................... 34

3.2.1. Masyw karpacki................................................................................................................................................ 34

3.2.2. Zapadlisko przedkarpackie...............................................................................................................................37

3.3. GŁÓWNE ZBIORNIKI WÓD PODZIEMNYCH W OBSZARZE ZLEWNI ......................................................................... 39

3.4. MODEL KONCEPCYJNY KRĄŻENIA WÓD PODZIEMNYCH.......................................................................................41

3.4.1. Warunki krążenia wód podziemnych w zlewni Raby ......................................................................................... 41

3.4.2. Model koncepcyjny układu warstw wodonośnych ............................................................................................. 43

4. MODEL NUMERYCZNY.................................................................................................................. 48

4.1. PROGRAM OBLICZENIOWY WYKORZYSTANY DO MODELOWANIA................................................................48

4.2. SCHEMATYZACJA HYDROGEOLOGICZNA OBSZARU BADAŃ.........................................................................48

4.2.1. Podział na bloki obliczeniowe ........................................................................................................................... 48

4.2.2. Podział na warstwy obliczeniowe..................................................................................................................... 48

4.2.3. Warunki brzegowe obliczeń symulacyjnych ...................................................................................................... 49

4.2.3.1. Cieki i zbiorniki wodne .......................................................................................................................... 52

4.2.3.2. Warunki eksploatacji czynnych ujęć...................................................................................................... 53

4.2.3.3. Zasilanie infiltracyjne............................................................................................................................56

4.3. WERYFIKACJA I KALIBRACJA MODELU .......................................................................................................62

5. WYNIKI BADAŃ MODELOWYCH .................................................................................................. 70

5.1. BILANS WÓD PODZIEMNYCH .......................................................................................................................70

5.1.1. Bilans wód podziemnych w obszarze zlewni Raby............................................................................................ 70

5.1.2. Bilans wód podziemnych w wydzielonych JCWPd ............................................................................................ 73

5.1.3. Bilans wód podziemnych w wydzielonych SJCW............................................................................................... 75

5.2. UKŁAD ZWIERCIADŁA WÓD PODZIEMNYCH ................................................................................................78

5.3. WPŁYW PRACY UJĘĆ NA UKŁAD POLA HYDRODYNAMICZNEGO ..................................................................80


6. OCENA STANU WÓD PODZIEMNYCH W ZLEWNI RABY........................................................... 86

6.1. OCENA STANU ILOŚCIOWEGO WÓD PODZIEMNYCH .....................................................................................86

6.1.1. Metodyka oceny stanu ilościowego ................................................................................................................... 86

6.1.2. Stan ilościowy wód podziemnych w wydzielonych JCWPd................................................................................ 88

6.1.3. Stan ilościowy wód podziemnych w wydzielonych SJCW.................................................................................. 90

6.2. OCENA STANU CHEMICZNEGO WÓD PODZIEMNYCH ....................................................................................93

6.2.1. Monitoring wód podziemnych ........................................................................................................................... 93

6.2.2. Kontrola jakości analiz chemicznych ................................................................................................................ 95

6.2.3. Tło hydrogeochemiczne.................................................................................................................................... 95

6.2.4. Metodyka oceny stanu chemicznego.................................................................................................................. 97

6.2.5. Analiza wskaźników fizykochemicznych ............................................................................................................ 97

6.2.5.1. Opisowa analiza statystyczna ................................................................................................................. 97

6.2.5.2. Rozkład przestrzenny stężeń wybranych wskaźników jakości wód podziemnych............................... 100

6.2.6. Punktowa cena jakości i stanu chemicznego ................................................................................................... 105

6.2.7. Obszarowa cena jakości i stanu chemicznego................................................................................................. 107

6.3. OCENA STANU WÓD PODZIEMNYCH ..........................................................................................................111

7. METODYKA GOSPODAROWANIA ZASOBAMI WÓD PODZIEMNYCH.................................... 113

7.1. ODDZIAŁYWANIE WÓD PODZIEMNYCH NA JAKOŚĆ WÓD POWIERZCHNIOWYCH ........................................113

7.1.1. Czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych............................................................................................. 113

7.1.2. Ocena istotnych presji na stan chemiczny wód podziemnych.......................................................................... 117

7.1.3. Prognoza skutków istotnych presji na stan chemiczny wód podziemnych ...................................................... 117

7.1.4. Działania służące poprawie stanu jakościowego wód..................................................................................... 127

7.2. WYDZIELENIE JEDNOSTEK BILANSOWYCH DLA POTRZEB GOSPODAROWANIA ZASOBAMI WÓD PODZIEMNYCH


.......................................................................................................................................................................129

7.3. SCHEMAT GOSPODAROWANIA ZASOBAMI WÓD PODZIEMNYCH Z UWZGLĘDNIENIEM ICH JAKOŚCI ............132

8. PODSUMOWANIE........................................................................................................................ 133

LITERATURA, MATERIAŁY DOKUMENTACYJNE I INNE ŹRÓDŁA.......................................... 135


SPIS TABEL


Tab. 2.1. Podstawowe parametry techniczne Zbiornika Dobczyckiego (Materek, 2000)
Tab. 2.2. Posterunki wodowskazowe IMGW w obszarze zlewni Raby (nazwa posterunku, powierzchnia zlewni

i km biegu rzeki na podstawie Rocznika…(1983) i Atlasu…(1995-1996))


Tab. 2.3. Zestawienie ujęć wód powierzchniowych, które są lub mogą być w przyszłości wykorzystywane do

zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia (wg „wykazu ZL-1” udostępnionego przez

RZGW w Krakowie)
Tab. 2.4. Charakterystyka geologiczna i hydrogeologiczna jednolitych części wód podziemnych (Paczyński,
Sadurski, red., 2007, zmienione)
Tab. 2.5. Scalone jednolite części wód powierzchniowych w obszarze zlewni Raby (wg Opracowania…, 2007)
Tab. 3.1. Wielkości przewodności struktur wodonośnych (T) wydzielonych w zlewni Raby
Tab. 4.1. Współczynniki filtracji osadów dennych rzek przyjęte na modelu
Tab. 4.2. Zestawienie ujęć wód podziemnych, które są lub mogą być w przyszłości wykorzystywane do

zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia (wg „wykazu ZL-2” udostępnionego przez

RZGW w Krakowie)
Tab. 4.3. Wysokości skorygowanych opadów atmosferycznych na stacjach opadowych w zlewni Raby

Tab. 4.4. Wskaźniki infiltracji efektywnej utworów przypowierzchniowych przyjęte w modelu

Tab. 4.5. Porównanie przepływów wody w rzekach w posterunkach wodowskazowych z wielkościami zasilania
i drenażu otrzymanymi na modelu

Tab. 4.6. Porównanie wielkości zasilania z infiltracji opadów atmosferycznych otrzymanego na modelu


z obserwacjami hydrologicznymi w SJCW
Tab. 4.7. Warianty obliczeniowe wykonane na modelu
Tab. 5.1. Bilans wód podziemnych dla obszaru badań modelowych
Tab. 5.2. Zestawienie obliczonych na modelu modułów odpływu podziemnego w JCWPd
Tab. 5.3. Bilans wód podziemnych dla JCWPd w obszarze badań modelowych
Tab. 5.4. Zestawienie obliczonych na modelu modułów odpływu podziemnego w SJCW
Tab. 5.5. Bilans wód podziemnych dla SJCW w obszarze badań modelowych
Tab. 6.1. Zestawienie wielkości zasobów odnawialnych wód podziemnych obliczonych na podstawie wielkości

zasilania z infiltracji opadów atmosferycznych, zasobów dyspozycyjnych wód podziemnych oraz

przepływu nienaruszalnego rzek dla JCWPd wydzielonych w zlewni Raby
Tab. 6.2. Zestawienie wielkości zasobów odnawialnych wód podziemnych obliczonych na podstawie wielkości

ubytku na skutek naturalnego drenażu do cieków powierzchniowych, zasobów dyspozycyjnych wód

podziemnych oraz przepływu nienaruszalnego rzek dla JCWPd wydzielonych w zlewni Raby
Tab. 6.3. Zestawienie wielkości zasobów odnawialnych wód podziemnych obliczonych na podstawie wielkości

zasilania z infiltracji opadów atmosferycznych, zasobów dyspozycyjnych wód podziemnych oraz

przepływu nienaruszalnego rzek dla SJCW wydzielonych w zlewni Raby
Tab. 6.4. Zestawienie wielkości zasobów odnawialnych wód podziemnych obliczonych na podstawie wielkości

ubytku na skutek naturalnego drenażu do cieków powierzchniowych, zasobów dyspozycyjnych wód

podziemnych oraz przepływu nienaruszalnego rzek dla SJCW wydzielonych w zlewni Raby
Tab. 6.5. Struktura sieci monitoringowej wód podziemnych zlewni Raby
Tab. 6.6. Wartości wskaźników reprezentatywności sieci monitoringowej w JCWPd w zlewni Raby
Tab. 6.7. Podstawowe statystyki opisowe dla analizowanych wskaźników fizykochemicznych wód
podziemnych w zlewni Raby
Tab. 6.8. Jakość i stan chemiczny wód podziemnych w punktach monitoringowych zlewni Raby
Tab. 6.9. Obszarowa ocena stanu chemicznego wód podziemnych zlewni Raby dla danych zagregowanych,
z podziałem na poziomy wodonośne

Tab. 6.10. Obszarowa ocena stanu chemicznego wód podziemnych w JCWPd zlewni Raby dla danych

zagregowanych
Tab. 6.11. Obszarowa ocena stanu chemicznego wód podziemnych w SJCW zlewni Raby dla danych

zagregowanych


Tab. 7.1.

Wielkości typowych porowatości aktywnych dla utworów wodonośnych wydzielonych w zlewni

Raby
Tab. 7.2.

Proponowane subjednostki gospodarowania zasobami wód podziemnych

SPIS RYSUNKÓW
Rys. 2.1. Podział zlewni Raby na jednostki administracyjne

Rys. 2.2. Podział zlewni Raby na jednostki fizycznogeograficzne (wg Kondrackiego, 2000)

Rys. 2.3. Sieć

rzeczna i rozmieszczenie posterunków wodowskazowych IMGW w zlewni Raby

Rys. 2.4. Lokalizacja ujęć

wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę

przeznaczoną do spożycia
Rys. 2.5. Użytkowanie terenu w zlewni Raby według klasyfikacji CORINE
Rys. 2.6. Jednostki tektoniczne w obszarze zlewni Raby (za Józefko, 1989)
Rys. 2.7. Mapa geologiczna zakryta zlewni Raby i otoczenia (opracowana w oparciu o arkusze mapy
geologicznej zakrytej 1:50 000 i 1:200 000)
Rys. 2.8. Mapa geologiczna odkryta zlewni Raby i otoczenia (opracowana w oparciu o arkusze mapy

geologicznej odkrytej 1:200 000)


Rys. 2.9. Przekroje hydrogeologiczne A-A’ i B-B’ przez zlewnię Raby (wg Chowańca i Witka, 1997a, b
z uzupełnieniami)
Rys. 2.10. JCWPd i SJCW w obszarze zlewni Raby na tle zlewni wodowskazowych
Rys. 3.1. Lokalizacja zlewni Raby na tle regionalizacji słodkich wód podziemnych Polski (wg Kleczkowskiego,
za Dowgiałło i in., red., 2002)
Rys. 3.2. Lokalizacja zlewni Raby na tle podziału regionalnego zwykłych wód podziemnych Polski (wg

Paczyńskiego, za Dowgiałło i in., red., 2002)


Rys. 3.3. Lokalizacja zlewni Raby na tle mapy GZWP w obrębie województwa małopolskiego (Kleczkowski,

red., 1990, ze zmianami Skrzypczyk, red., 2002; za Cieślą i in., 2003)


Rys. 3.4. Model koncepcyjny krążenia wód podziemnych w masywie Karpat zewnętrznych (fliszowych) wraz
z zależnością przepuszczalności piaskowców magurskich od głębokości (wg Witczaka i in., 2002)
Rys. 3.5. Model koncepcyjny układu warstw wodonośnych w zlewni Raby i jej otoczeniu
Rys. 3.6. Litologia struktur wodonośnych w obszarze badań

Rys. 3.7. Zmienność przewodności struktur wodonośnych (T) i wydajności jednostkowej studni (q) ujmujących


wody podziemne w zlewni Raby
Rys. 4.1. Warunki brzegowe realizowane na regionalnym modelu czwartorzędowego poziomu wodonośnego

(warstwa 1)


Rys. 4.2. Warunki brzegowe realizowane na regionalnym modelu neogeńskiego (zapadlisko przedkarpackie)

i paleogeńsko-kredowego (masyw karpacki) poziomu wodonośnego (warstwa 2)


Rys. 4.3. Zależność między średnią roczną sumą skorygowanych opadów atmosferycznych w latach 1961-2000

a wysokością hipsometryczną położenia stacji opadowych


Rys. 4.4. Rozkład przestrzenny średnich rocznych sum opadów atmosferycznych w latach 1961-2000 na tle
wysokości terenu
Rys. 4.5. Litologia utworów powierzchniowych wydzielonych na modelu
Rys. 4.6. Rozkład przestrzenny infiltracji efektywnej przyjęty na regionalnym modelu zlewni Raby
Rys. 4.7. Lokalizacja punktów kalibracji na modelu numerycznym
Rys. 4.8. Dopasowanie zwierciadła wód podziemnych obliczonego na modelu do zwierciadła obserwowanego
w punktach kalibracyjnych
Rys. 4.9. Średnie roczne sumy opadów atmosferycznych w latach 1961-2000 dla 12 stacji opadowych w zlewni

Raby
Rys. 4.10. Krzywa kumulacyjna odchyłek od wartości średniej opadów atmosferycznych w latach 1961-2000 dla

12 stacji opadowych w zlewni Raby
Rys. 5.1. Schemat blokowy bilansu wodnego dla poszczególnych poziomów wodonośnych w zlewni Raby [tys.

m3/d]. Stan naturalny – bez poboru wód podziemnych (warianty 1, 4, 7)

Rys. 5.2. Schemat blokowy bilansu wodnego dla poszczególnych poziomów wodonośnych w zlewni Raby [tys.

m3/d]. Stan dla poborów rzeczywistych w 2007 r. (warianty 2, 5, 8)


Rys. 5.3. Schemat blokowy bilansu wodnego dla poszczególnych poziomów wodonośnych w zlewni Raby [tys.

m3/d]. Stan dla poboru w ilości zatwierdzonych zasobów eksploatacyjnych ujęć (warianty 3, 6, 9)


Rys. 5.4. Mapa hydroizohips czwartorzędowego poziomu wodonośnego zlewni Raby i otoczenia (warstwa 1)

odtworzonego na modelu stanu quasi-naturalnego


Rys. 5.5. Mapa hydroizohips paleogeńsko-kredowego poziomu wodonośnego zlewni Raby i otoczenia (warstwa

2) odtworzonego na modelu stanu quasi-naturalnego


Rys. 5.6. Mapa depresji wywołanej rzeczywistym poborem wód podziemnych w 2007 r. dla stanu z wielolecia

średniego (1961-2000): a) w czwartorzędowym poziomie wodonośnym; b) w paleogeńskokredowym

i neogeńskim poziomie wodonośnym
Rys. 5.7. Mapa depresji wywołanej rzeczywistym poborem wód podziemnych w 2007 r. dla stanu z wielolecia

suchego (1981-1995): a) w czwartorzędowym poziomie wodonośnym; b) w paleogeńsko-kredowym

i neogeńskim poziomie wodonośnym
Rys. 5.8. Mapa depresji wywołanej poborem wód podziemnych w wielkości zatwierdzonych zasobów

eksploatacyjnych dla stanu z wielolecia średniego (1961-2000): a) w czwartorzędowym poziomie

wodonośnym; b) w paleogeńsko-kredowym i neogeńskim poziomie wodonośnym
Rys. 5.9. Mapa depresji wywołanej poborem wód podziemnych w wielkości zatwierdzonych zasobów

eksploatacyjnych dla stanu z wielolecia suchego (1981-1995): a) w czwartorzędowym poziomie

wodonośnym; b) w paleogeńsko-kredowym i neogeńskim poziomie wodonośnym
Rys. 6.1. Ocena zasobów dyspozycyjnych wód podziemnych metodą hydrologiczną dla przekroju

wodowskazowego Mszana Dolna na Rabie


Rys. 6.2. Relacje pomiędzy wielkością zasobów odnawialnych i dyspozycyjnych a poborem wód podziemnych

w JCWPd w zlewni Raby: A – JCWPd 154 (Raba przekrój Kasinka Mała), B – JCWPd 153,

C – JCWPd 139 (Raba przekrój Proszówki)
Rys. 6.3. Relacje pomiędzy wielkością zasobów odnawialnych i dyspozycyjnych a poborem wód podziemnych

w SJCW w zlewni Raby: A – GW0208 (Raba przekrój Rabka 2), B – GW0209 (Raba przekrój

Stróża), C – GW0210 (Mszanka przekrój Mszana Dolna), D – GW0211 (Raba przekrój Dobczyce),

E – GW0212 (Raba przekrój Proszówki), F – GW0213 (Stradomka przekrój Stradomka)


Rys. 6.4. Sieć

monitoringowa wód podziemnych w zlewni Raby na tle JCWPd i SJCW


Rys. 6.5. Histogram rozkładu błędów względnych analiz chemicznych próbek wód podziemnych w zlewni

Raby
Rys. 6.6. Tło hydrogeochemiczne: a) makroskładników i składników drugorzędnych; b) mikroskładników

oznaczonych w próbkach wód podziemnych
Rys. 6.7. Mapa izoliniowa rozkładu stężeń jonu amonowego NH4 [mg/l] w wodach podziemnych zlewni Raby:

a) oszacowanie metodą krigingu blokowego według modelu liniowego; b) oszacowanie metodą

najmniejszej krzywizny
Rys. 6.8. Mapa izoliniowa rozkładu stężeń manganu Mn [mg/l] w wodach podziemnych zlewni Raby:

a) oszacowanie metodą krigingu blokowego według modelu liniowego; b) oszacowanie metodą

najmniejszej krzywizny
Rys. 6.9. Mapa izoliniowa rozkładu stężeńżelaza Fe [mg/l] w wodach podziemnych zlewni Raby:

a) oszacowanie metodą krigingu blokowego według modelu potęgowego; b) oszacowanie metodą

najmniejszej krzywizny
Rys. 6.10. Punktowa ocena jakości wód podziemnych w zlewni Raby
Rys. 6.11. Obszarowa ocena stanu chemicznego wód podziemnych w JCWPd wydzielonych w zlewni Raby
Rys. 6.12. Obszarowa ocena stanu chemicznego wód podziemnych w SJCW wydzielonych w zlewni Raby
Rys. 6.13. Stan wód podziemnych w JCWPd w obszarze zlewni Raby
Rys. 6.14. Stan wód podziemnych w SJCW w obszarze zlewni Raby
Rys. 7.1. Czasy i kierunki migracji substancji konserwatywnych na tle mapy hydrodynamicznej

czwartorzędowego poziomu wodonośnego dla stanu bez poboru wód podziemnych

Rys. 7.2. Czasy i kierunki migracji substancji konserwatywnych na tle mapy hydrodynamicznej paleogeńskokredowego

poziomu wodonośnego dla stanu bez poboru wód podziemnych


Rys. 7.3. Rozkład przestrzenny aktualnych (2007 r.) stężeń azotanów w wodach podziemnych:

a) czwartorzędowego poziomu wodonośnego; b) paleogeńsko-kredowego poziomu wodonośnego


Rys. 7.4. Imisja ładunku azotanów do wód podziemnych
Rys. 7.5. Stężenie azotanów w wodzie zasilającej płytkie wody podziemne
Rys. 7.6. Prognoza stężeń azotanów w wodach podziemnych: a) czwartorzędowego poziomu wodonośnego;

b) paleogeńsko-kredowego poziomu wodonośnego w 2021 r.


Rys. 7.7. Propozycja podziału zlewni Raby na subjednostki gospodarowania zasobami wód podziemnych
Rys. 7.8. Stan wód podziemnych w proponowanych subjednostkach gospodarowania zasobami wód

podziemnych


Rys. 7.9. Schemat gospodarowania zasobami wód podziemnych z uwzględnieniem ich jakości

WYKAZ SKRÓTÓW

DWP

Dyrektywa 2006/118/WE w sprawie ochrony wód podziemnych przed zanieczyszczeniem



i pogorszeniem ich stanu, tzw. Dyrektywa dla Wód Podziemnych
IMGW

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej


JCWPd

jednolita część wód podziemnych


PIG

Państwowy Instytut Geologiczny


PW

Prawo Wodne


RDW

Dyrektywa 2000/60/WE ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki

wodnej, tzw. Ramowa Dyrektywa Wodna
RMŚ

Rozporządzenie Ministra Środowiska


RZGW

Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej


SJCW

scalona jednolita część wód powierzchniowych

1. WSTĘP

Pojęcie „gospodarka wodna” pojawiło się w Polsce i w innych krajach europejskich

w pierwszej połowie XX wieku w związku z odczuwalnym brakiem wody i często występującymi powodziami, powodującymi znaczne straty materialne i ofiary wśród ludności (Mikulski, 1996).




  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna