Hydrogeologia

Hydrogeologia to dziedzina geologii zajmująca się badaniem rozmieszczenia, ruchu i jakości wody pod powierzchnią. Hydrogeologia zajmuje się zrozumieniem występowania, ruchu i magazynowania wód gruntowych warstwy wodonośne, czyli formacje geologiczne zawierające wodę. Hydrogeolodzy badają właściwości skały i osady kontrolujące przepływ wody, interakcję między wodami podziemnymi i powierzchniowymi oraz wpływ działalności człowieka na jakość i ilość zasobów wód podziemnych. Hydrogeologia to interdyscyplinarna dziedzina, która czerpie z geologii, fizyki, chemii, matematyki i inżynierii, aby rozwiązać szeroki zakres problemów środowiskowych, geologicznych i inżynieryjnych.

Woda jest cennym zasobem naturalnym. Bez wody nie byłoby życia na Ziemi. Dwie trzecie naszego ciała składa się wagowo z wody.

Zapasy wodne są również niezbędne we wspieraniu produkcji żywności i działalności przemysłowej. Najważniejszym czynnikiem determinującym zagęszczenie i rozmieszczenie roślinności jest wielkość opadów (Fetter, 2001).

Rolnictwo mogą rozwijać się na niektórych pustyniach, ale tylko wtedy, gdy woda jest pompowana z ziemi lub importowana z innych obszarów (Fetter, 2001).

Cywilizacje rozkwitły wraz z rozwojem niezawodnych dostaw wody, a następnie upadły w wyniku awarii dostaw wody (Fetter, 2001).

Osoba wymaga 3 litrów (l) wody pitnej dziennie, aby utrzymać niezbędne płyny ustrojowe (Fetter, 2001).

Prymitywni ludzie na terenach suchych istniało niewiele więcej niż ta ilość w całkowitym dziennym spożyciu

W Nowym Jorku dzienne zużycie wody na mieszkańca przekracza 1000 L; większość z nich jest wykorzystywana do celów przemysłowych, komunalnych i komercyjnych (Fetter, 2001).

Nadmierna eksploatacja wód gruntowych poprzez niekontrolowane pompowanie może powodować pewne problemy (Hiscock, 2005):

• szkodliwe oddziaływanie na sąsiednie odwierty i studnie,
• osiadanie gruntu,
• wtargnięcie wody solnej,
• oraz wysychanie wód powierzchniowych i terenów podmokłych.

Niekontrolowane stosowanie środków chemicznych i nieostrożne usuwanie odpadów na lądzie powoduje zanieczyszczenie wód gruntowych (Hiscock, 2005).

Główne źródła zanieczyszczenia wód gruntowych:

• agrochemikalia,
• odpady przemysłowe i komunalne,
• odpady poflotacyjne i ścieki technologiczne z kopalń,
• wyrobiska solankowe na polach naftowych,
• nieszczelne podziemne zbiorniki magazynowe,
• nieszczelne rurociągi,
• osady ściekowe,
• i systemy septyczne

Zakres hydrogeologii

Hydrogeologia to nauka zajmująca się badaniem właściwości, rozmieszczenia i ruchu wód gruntowych pod powierzchnią Ziemi. Jest to dziedzina interdyscyplinarna, łącząca w sobie elementy geologii, hydrologii, chemii, fizyki i inżynierii. Zakres hydrogeologii obejmuje:

1. Badanie występowania i dostępności wód gruntowych: Hydrogeolodzy badają występowanie, rozmieszczenie i dostępność wód gruntowych w podziemiach. Do badania podpowierzchni wykorzystują różne techniki, takie jak badania geofizyczne, wiercenia i pozyskiwanie drewna z odwiertów.
2. Przepływ i transport wód gruntowych: Hydrogeolodzy badają przepływ i transport wód gruntowych pod powierzchnią. Wykorzystują modele numeryczne do przewidywania kierunku i natężenia przepływu wód gruntowych oraz do symulacji transportu zanieczyszczeń w wodach gruntowych.
3. Charakterystyka warstw wodonośnych: Hydrogeolodzy charakteryzują właściwości warstw wodonośnych, czyli formacji geologicznych przechowujących i przepuszczających wody gruntowe. Badają właściwości hydrauliczne warstw wodonośnych, takie jak przewodność hydrauliczna, przepuszczalność i współczynnik magazynowania.
4. Jakość wód gruntowych: Hydrogeolodzy badają jakość wód gruntowych, w tym ich skład chemiczny i obecność zanieczyszczeń. Wykorzystują różne techniki pobierania próbek i analizowania wód gruntowych, takie jak testy pompowania, testy ślimakowe i pozyskiwanie drewna ze studni.
5. Gospodarka wodami podziemnymi: Hydrogeolodzy odgrywają kluczową rolę w zarządzaniu zasobami wód podziemnych. Wykorzystują swoją wiedzę z zakresu hydrogeologii do opracowywania strategii zrównoważonego użytkowania i ochrony zasobów wód podziemnych. Obejmuje to projektowanie pól odwiertów, zarządzanie uzupełnianiem wód gruntowych i kontrolowanie zanieczyszczenia wód gruntowych.
6. Interakcja wód gruntowych z wodami powierzchniowymi: Hydrogeolodzy badają interakcję wód gruntowych z wodami powierzchniowymi, takimi jak rzeki, jeziora i tereny podmokłe. Wykorzystują swoją wiedzę z zakresu hydrogeologii do zrozumienia roli wód gruntowych w utrzymaniu przepływu wód powierzchniowych oraz do opracowania strategii zarządzania zasobami wodnymi w sposób zrównoważony.

Badania hydrogeologiczne

Badania hydrogeologiczne to proces badania właściwości i zachowania wody podpowierzchniowej. Wiąże się to z wykorzystaniem różnych narzędzi i technik w celu gromadzenia danych o systemie hydrogeologicznym, takich jak geologia i hydrologia obszaru, ilość i jakość wód gruntowych oraz potencjał rozwoju zasobów wodnych i zarządzania nimi.

Badania hydrogeologiczne są ważne w wielu zastosowaniach, takich jak planowanie i projektowanie systemów zaopatrzenia w wodę podziemną, identyfikacja potencjalnych źródeł wody dla działalności górniczej lub przemysłowej, ocena wpływu wód gruntowych na środowisko oraz ocena potencjalnego wpływu zmian klimatycznych na zasobach wód podziemnych.

Badania hydrogeologiczne mogą obejmować szereg działań, takich jak tworzenie map geologicznych, gromadzenie danych hydrologicznych, badanie warstwy wodonośnej, analiza jakości wody oraz komputerowe modelowanie przepływu i transportu wód gruntowych. Wyniki badań hydrogeologicznych można wykorzystać do podejmowania świadomych decyzji dotyczących zrównoważonego użytkowania i zarządzania zasobami wód podziemnych.

Badanie hydrogeologiczne składa się z kilku etapów, do których należą:

1. Określenie obszaru badań: Pierwszym krokiem w badaniach hydrogeologicznych jest określenie obszaru badań, w tym lokalizacji i granic obszaru badań.
2. Zbieranie danych: Następnym krokiem jest zebranie informacji na temat geologii, hydrologii i hydrogeologii badanego obszaru. Może to obejmować gromadzenie danych na temat geologii obszaru, hydrologii powierzchniowej i podpowierzchniowej oraz zasobów wód podziemnych.
3. Analiza danych: Zebrane dane są następnie analizowane w celu zrozumienia występowania i ruchu wód gruntowych na badanym obszarze. Może to obejmować analizę danych geologiczno-hydrologicznych, a także danych o jakości i ilości zasobów wód podziemnych.
4. Opracowanie modelu koncepcyjnego: Na podstawie zebranych i przeanalizowanych danych opracowano koncepcyjny model systemu wód podziemnych na badanym obszarze. Model ten pomaga zrozumieć, w jaki sposób wody gruntowe przemieszczają się pod powierzchnią i jak wpływają na to różne czynniki.
5. Testowanie i udoskonalanie modelu: Model koncepcyjny jest następnie testowany i udoskonalany poprzez dalsze gromadzenie i analizę danych w celu lepszego zrozumienia systemu wód podziemnych.
6. Raportowanie ustaleń: Ostatnim krokiem badania hydrogeologicznego jest przedstawienie wyników badania, w tym wszelkich zaleceń dotyczących zarządzania zasobami wód podziemnych na badanym obszarze i ich wykorzystania.

Hydrogeologia i sprawy ludzkie

Ydrogeologia jest pod wieloma względami ściśle powiązana ze sprawami człowieka. Oto kilka przykładów:

1. Zaopatrzenie w wodę: Jednym z najważniejszych zastosowań hydrogeologii jest ocena zasobów wód podziemnych i zarządzanie nimi w celu zaopatrzenia w wodę. Hydrogeolodzy badają i charakteryzują warstwy wodonośne, szacują tempo ładowania i przepływ wód gruntowych, a także opracowują modele umożliwiające przewidywanie, jak warstwy wodonośne będą reagować na różne scenariusze pompowania. Informacje te są wykorzystywane przez zarządców gospodarki wodnej do podejmowania decyzji dotyczących przydziału wody, rozmieszczenia studni i szybkości pompowania.
2. Transport zanieczyszczeń: Hydrogeolodzy odgrywają również kluczową rolę w ocenie skażenia wód gruntowych i zarządzaniu nimi. Badają ruch substancji zanieczyszczających w wodach gruntowych, oceniają potencjał przedostania się zanieczyszczeń do źródeł wody pitnej i opracowują strategie rekultywacji zanieczyszczonych miejsc. Badania hydrogeologiczne są często częścią oceny środowiskowej terenów przemysłowych, składowisk śmieci i innych zanieczyszczonych miejsc.
3. Planowanie zagospodarowania przestrzennego: Hydrogeologia jest ważna w planowaniu zagospodarowania przestrzennego, szczególnie na obszarach, gdzie zasoby wód podziemnych są podatne na skażenie lub nadmierne wykorzystanie. Badania hydrogeologiczne pozwalają na identyfikację obszarów nadających się do określonego rodzaju zabudowy (np. mieszkaniowej, przemysłowej, rolniczej), a także obszarów, które należy chronić przed zabudową w celu zachowania zasobów wód podziemnych.
4. Zmiana klimatu: Hydrogeologia jest również ważna w zrozumieniu wpływu zmian klimatycznych na zasoby wód podziemnych. W miarę zmiany wzorców opadów i ewapotranspiracji prawdopodobnie będzie to miało wpływ na tempo uzupełniania wód gruntowych i wzorce przepływu wód gruntowych. Badania hydrogeologiczne mogą pomóc w przewidywaniu reakcji warstw wodonośnych na te zmiany i identyfikowaniu obszarów szczególnie narażonych na suszę lub inne skutki.

Ogólnie rzecz biorąc, hydrogeologia jest ważną dziedziną, która przyczynia się do zrozumienia zasobów wodnych i ich interakcji z działalnością człowieka.

Historia hydrogeologii

Historia hydrogeologii sięga starożytnych cywilizacji, takich jak Grecy i Rzymianie, którzy interesowali się pochodzeniem i ruchem wód gruntowych. Pierwsze odnotowane badania naukowe wód gruntowych przeprowadził Leonardo da Vinci w XV wieku. Zaproponował, że ruch wody przez Ziemię jest napędzany ciepłem i grawitacją Słońca.

W XVIII i XIX wieku nastąpił znaczący postęp w dziedzinie hydrogeologii. Naukowcy zaczęli opracowywać teorie dotyczące przepływu wód gruntowych i związku między wodami powierzchniowymi i gruntowymi. Rozwój nowych technologii, takich jak urządzenia wiertnicze i pompy, pozwolił na budowę studni i pomiary poziomu wód gruntowych. Doprowadziło to do lepszego zrozumienia ilości i jakości zasobów wód podziemnych.

W XX wieku hydrogeologia zyskiwała coraz większe znaczenie w zarządzaniu zasobami wodnymi i ochronie środowiska. Rozwój nowych technik, takich jak badania geofizyczne i modelowanie komputerowe, umożliwił dokładniejsze i skuteczniejsze badanie wód podziemnych i zarządzanie nimi. Obecnie hydrogeolodzy odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu trwałości zasobów wód podziemnych i ochronie środowiska przed zanieczyszczeniem.

Cykl hydrologiczny

Woda na naszej planecie Ziemia występuje w trzech fazach: stałej, ciekłej i gazowej.

Cykl hydrologiczny, znany również jako obieg wody, to proces, w wyniku którego woda przepływa przez systemy ziemskie. Cykl obejmuje następujące kroki:

1. Parowanie: Proces, w wyniku którego woda zmienia się z cieczy w gaz, zwykle z powierzchni oceanów, jezior i rzek lub z ziemi.
2. Transpiracja: Proces wchłaniania i uwalniania wody przez rośliny do atmosfery.
3. Kondensacja: proces, w wyniku którego para wodna w atmosferze ochładza się i ponownie przechodzi w postać płynną, tworząc chmury.
4. Opady: Proces, w wyniku którego woda spada z atmosfery w postaci deszczu, śniegu, deszczu ze śniegiem lub gradu.
5. Infiltracja: proces, w wyniku którego woda przedostaje się do gruntu i jest wchłaniana przez glebę i skały.
6. Spływ: Proces, w wyniku którego woda, która nie przenika do gruntu, przepływa po powierzchni ziemi, ostatecznie przedostając się do strumieni, rzek i oceanów.

Cykl hydrologiczny odgrywa kluczową rolę w regulacji ilości i rozmieszczenia wody na powierzchni ziemi i w gruncie, co jest ważne dla podtrzymania życia i wspierania różnych ekosystemów.

parowanie wody z wód powierzchniowych (morza, jeziora i rzeki) oraz z powierzchni lądu pocenie z roślinności produkuje chmury.

Gdy pojawią się odpowiednie warunki meteorologiczne, opad atmosferyczny występuje w postaci deszczu, śniegu itp. i spada na ląd lub wody powierzchniowe.

Część opadów opadających na tereny porośnięte roślinnością może zostać zatrzymana przez rośliny. Ta część nazywa się przechwycenie.

Ta część na ogół odparowuje z powrotem do atmosfery.

Bardzo niewielka ilość wody zatrzymanej na roślinach spada z liści na ziemię. Ta część nosi nazwę przez upadek.

Opady atmosferyczne spadające na powierzchnię ziemi wchodzi w różne ścieżki cyklu hydrologicznego.

Część opadów docierająca do powierzchni ziemi najpierw zwilża glebę i skały.

Trochę woda może być tymczasowo zmagazynowane na powierzchni ziemi jak lód i śnieg lub woda w kałużach. Jest to tzw magazyn depresji.

Część deszczu lub topniejącego śniegu spływa po lądzie do kanału strumienia, jeziora lub morza. Nazywa się to przepływ lądowy or przepływ powierzchniowy.

Jeśli powierzchnia gleby lub skał jest porowata, do gleby przedostanie się trochę deszczu lub topniejącego śniegu. Proces ten nazywa się infiltracja.

Część przefiltrowanej wody jest magazynowana w zbiorniku strefa Vadose (lub strefa aeracji).

Pory gleby i skał w strefie wadozy zawierają zarówno wodę, jak i powietrze.

Nazywa się wodę w strefie wadozy woda z wadozy.

W górnej części strefy wadozy znajduje się pas wody w glebie.

Niektóre części Wody magazynowany w zagłębieniach, strefie wadozy i płynący jako przepływ lądowy odparowuje.

Rośliny wykorzystują wodę glebową, a następnie w postaci pary przedostają się do atmosfery w procesie zwanym pocenie.

Parowanie z powierzchni ziemi, zbiorników wodnych i transpiracja przez rośliny są łączone w jednym worku ewapotranspiracja.

Woda dostająca się do gleby lub skały może przemieszczać się bocznie w strefie wadozy powyżej Tabela wód podziemnych w stronę niższych wzniesień.

Ta woda nazywa się przepływ or przepływ podpowierzchniowy.

Część infiltrowanej wody; może dotrzeć do zwierciadła wód gruntowych przesiąkanie, doładuj zasoby wód gruntowych.

Następnie woda przemieszcza się tam poziomo, stając się przepływ wody gruntowej (lub przepływ bazowy).

Przepływy wód powierzchniowych, podpowierzchniowych i gruntowych w końcu dotrzeć jezioro morskie i strumień i stamtąd odparowują z powrotem do atmosfery.

Na pewnej głębokości pory gleby lub skały są nasycone wodą.

Góra strefa nasycenia nazywa się stół wodny (lub Tabela wód podziemnych).

Woda zmagazynowana w strefie nasycenia to tzw wody gruntowe.

Wody gruntowe poruszają się as przepływ wody gruntowej przez skały i warstwy gleby.

Wody gruntowe wyładowania jako wiosna lub jako przesączanie do stawu, jeziora, strumienia, rzeki, morza lub oceanu.

Rysunek przedstawia główne zbiorniki i drogi, którymi woda może przemieszczać się z jednego zbiornika do drugiego.

Woda magmowa znajduje się w magmach znajdujących się głęboko w skorupie ziemskiej.

Jeśli magma dotrze do powierzchni ziemi lub dna oceanu, woda magmowa jest dodawana do wody w cyklu hydrologicznym (Fetter, 2001).

Procesy hydrologiczne rzadko przebiegają całkowicie niezależnie od działalności człowieka; innymi słowy działalność człowieka powoduje zmiany w tych procesach.

Główny działań skutkujących modyfikacjami w procesach hydrologicznych są;

• sztuczne opady,
• zmiany szaty roślinnej (zalesianie, wylesianie, zmiana rodzaju roślinności),
• urbanizacja,
• budowa tam na rzekach,
• nawadnianie,
• drenaż,
• pobór wód podziemnych i powierzchniowych.

Globalna dystrybucja wody

Woda na całej Ziemi jest w równowadze.Woda słona w oceanach

stanowi 97.25%.Masy lądowe i atmosfera dlatego zawierają 2.75%.Czapy lodowe i lodowce trzymaj 2.05%Wody gruntowe do głębokości 4 km stanowi 0.68%,Jeziora słodkowodne 0.01%Wilgotność gleby 0.005% Rzeki 0.0001% oraz biosfera 0.00004%

O nas 75% wody na obszarach lądowych jest zamknięta lód lodowcowy lub jest mieszkania soli.

Pozostała czwarta woda na terenach lądowych, ok 98% is składowane pod ziemią.

Only bardzo mała ilość słodkiej wody dostępna dla ludzi i innych fauny i flory.

Dzielenie stałej objętości wody w danym zbiorniku przez szybkość dodawania (lub utraty) wody do (z) pozwala na obliczenie czas pobytu dla tego zbiornika.

Czas, jaki cząsteczka wody spędza w ocean i morze ponad 4 000 lat.

Jeziora, rzeki, lodowce i płytkie wody gruntowe mają czas przebywania w zakresie od dni do tysięcy lat.

Wody gruntowe czasy przebywania wahają się od około 2 tygodni do 10 000 lat i dłużej.

Podobna ocena dla rzeki zapewnia wartość około 2 tygodni.

Właściwości basenu

Właściwości zlewni odnoszą się do fizycznych, geologicznych i hydrologicznych właściwości zlewni lub dorzecza, które wpływają na ilość i jakość dostępnej w nim wody. Niektóre ważne właściwości basenu obejmują:

1. Rozmiar i kształt: Rozmiar i kształt basenu określa obszar, z którego zbierana jest woda, oraz ilość wody, która może być w nim magazynowana.
2. Topografia: Topografia zlewni określa kierunek przepływu wody i wpływa na szybkość spływu powierzchniowego.
3. Geologia: Geologia zlewni określa rodzaj występujących w nim skał i gleb, co może mieć wpływ na magazynowanie i przepływ wód gruntowych.
4. Charakterystyka gleby: Cechy gleby, takie jak tekstura, struktura i przepuszczalność, wpływają na szybkość infiltracji wody do gruntu i ilość wody, która może być zmagazynowana w glebie.
5. Szata roślinna: Szata roślinna wpływa na szybkość infiltracji i ewapotranspiracji, które są ważnymi procesami w cyklu hydrologicznym.
6. Klimat: Klimat odgrywa główną rolę w cyklu hydrologicznym, a temperatura, opady i tempo ewapotranspiracji wpływają na ilość i dystrybucję wody w zlewni.
7. Użytkowanie gruntów: zmiany w użytkowaniu gruntów, takie jak urbanizacja lub wylesianie, mogą mieć znaczący wpływ na cykl hydrologiczny poprzez zmianę spływu powierzchniowego, szybkości infiltracji i ewapotranspiracji.

Referencje

• Prof. Dr. FİKRET KAÇAROĞLU, Notatka z wykładu, Uniwersytet Muğla Sıtkı Koçman
• Domenico, PA, Schwartz, FW, 1990. Hydrogeologia fizyczna i chemiczna. John Wileyand Sons, USA, 824 s.
• Fetter, CW, 2001. Hydrogeologia stosowana (wyd. czwarte). Prentice Hall, USA, 598 s.
• Hiscock, K., 2005, Hydrogeologia. Wydawnictwo Blackwell, 389 s.
• Younger, PL, 2007, Wody podziemne w środowisku. Wydawnictwo Blackwell, 318 s.
• Usul, N., Hydrologia Inżynierska. METU Press, Ankara, 404 s.
• Newson, M., 1994. Hydrologia i środowisko rzek. Uniwersytet Oksfordzki Pres, Wielka Brytania, 221 s.