zwierciadło wód podziemnych

Zwierciadło wód podziemnych — Zwierciadło wód podziemnych – to górna granica warstwy wodonośnej (ośrodka nasyconego wodą), powstającej w wyniku wsiąkania w podłoże wody z powierzchni ziemi, która przenikając przez szczeliny i pory w warstwie podłoża, gromadzi się pod wpływem siły ciężkości na pewnej głębokości od powierzchni ziemi.

Wody podziemne

W celu lepszego zrozumienia, czym jest zwierciadło wód podziemnych, należy najpierw prześledzić drogę, jaką musi pokonać woda z powierzchni ziemi w jej głąb. Woda wsiąkająca w podłoże na danym terenie, w zależności, między innymi, od przepuszczalności podłoża w danym miejscu i czasu przesączania przez warstwy ziemi, gromadzi się na różnych jej poziomach. W ten oto sposób jej zgromadzone zasoby możemy sklasyfikować, jako:

• wody podskórne,
• wody przypowierzchniowe (strefa napowietrzenia – aeracji),
• wody gruntowe (strefa nasycenia – saturacji – zwierciadło wód podziemnych),
• wody głębinowe.

Wody podskórne są wodami znajdującymi się tuż pod powierzchnią ziemi. Od powierzchni ziemi oddzielone są jedynie jej kilkunastocentymetrową warstwą. Występowanie wód podskórnych jest nieregularne. Związane jest to najczęściej z gromadzeniem się wody w miejscach, gdzie występuje warstwa minerałów ilastych lub innych skał, nieprzepuszczalnych dla wody.

Strefa ponad zwierciadłem wody jest nazywana strefą napowietrzenia, czyli aeracji. Wody opadowe przesączają się przez nią, co sprawia, że pomiędzy kolejnymi opadami, pory i szczeliny tej strefy są wypełnione powietrzem oraz wodą w postaci pary wodnej, wody związanej (woda higroskopijna, woda błonkowata), wody kapilarnej oraz wolnej wody zawieszonej i wsiąkowej. Wody znajdujące się w tej warstwie są wodami zawieszonymi (wodami przypowierzchniowymi).

Poniżej wód przypowierzchniowych znajduje się warstwa wodonośna wód gruntowych. Strefa pomiędzy górną i dolną granicą warstwy wodonośnej nosi nazwę strefy saturacji, czyli inaczej strefy nasycenia. W strefie tej znajdują się wolne przestrzenie w strukturze podłoża, które są całkowicie wypełnione wodą.

Warstwa wód głębinowych znajduje się poniżej wód gruntowych, głęboko pod powierzchnią ziemi. Wody opadowe docierają tam po niezwykle powolnej i bardzo długotrwałej infiltracji (przemieszczaniu się pod wpływem grawitacji).

Wody opadowe wnikają w ziemię, zasilając wody podziemne – pixabay.com

Ruch wody pod ziemią

Ruch warstwy wodonośnej jest możliwy dzięki wpływowi grawitacji i ciśnienia. Bez tych dwóch czynników ruch wody nie byłby możliwy. Dodatkowo na prędkość przepływu wody ma wpływ ułożenie warstw skalnych (warstwy przepuszczalne i nieprzepuszczalne) oraz ich porowatość.

Zwierciadło wód gruntowych jest w ciągłym ruchu. Może zmieniać głębokość i wysokość występowania. Zależy od czynników takich jak przepuszczalność lub jej brak w warstwach skalnych.

Wahania te mogą być zależne od czynników naturalnych, jak wielkość opadów w ciągu sezonu, roku i wielolecia oraz pojemności wodnej środowiska hydrogeologicznego, lub sztucznych, jak zabiegi nawadniająco-odwadniające na polach uprawnych, zmiany ciśnienia atmosferycznego, czy eksploatacja ujęć wodnych. Powoduje to, że woda „oddala się” lub „przybliża” do powierzchni ziemi. Przykładem tego zjawiska może być wysychanie lub pojawianie się wody w studni.

Zwierciadło wody podziemnej można podzielić na zwierciadło swobodne i napięte.

Zwierciadło swobodne to takie, nad którym znajduje się warstwa skał przepuszczalnych, pozwalająca na nieograniczone przemieszczanie się wody w tej warstwie.

Zwierciadło napięte występuje wówczas, gdy powyżej znajduje się warstwa nieprzepuszczalnych skał, blokujących przemieszczanie się wody powyżej tej warstwy. Ponieważ przemieszczanie się do wyższych warstw nie jest możliwe, powstaje w ten sposób warstwa wody o zwierciadle napiętym, czyli takim, które znajduje się stale pod ciśnieniem.

Krajobraz kopalni odkrywkowej. fot. pixabay.com

Przyczyny wahania poziomu zwierciadła wody

Zmiany położenia zwierciadła wód podziemnych, zależą między innymi od:

• wilgotności strefy aeracji – woda z tej strefy zużywana jest w pierwszej kolejności na pokrycie bieżących potrzeb ekosystemu, co opóźnia czas przesiąkania wód opadowych do strefy saturacji;
• ilości opadów atmosferycznych, które przesączyły się do niższych warstw ziemi i ciśnienia atmosferycznego;
• różnego tempa parowania na powierzchni ziemi, które jest zależne od warunków klimatycznych i okresu wegetacji roślin
• czasu trwania pokrywy śnieżnej i głębokości, do jakiej przemarza ziemia;
• rozmieszczenia skał warunkującego ustalenie się poziomu wodonośnego;
• głębokości i stopnia izolacji poziomu wodonośnego;
• rodzaju warstwy skalnej, w której woda występuje;
• rodzaju poziomu wodonośnego oraz jego wielkości;
• charakteru zwierciadła wód podziemnych (zwierciadło swobodne lub napięte);
• strefy w systemie krążenia (strefa zasilania, tranzytu, drenażu).

Lej depresyjny

Leje depresyjne powstają w wyniku czerpania wody z poziomu wodonośnego za pomocą otworu wiertniczego lub studni. Mają kształt odwróconego stożka, który w zależności od budowy geologicznej obszaru, na którym występuje, może dotyczyć tylko poziomu wodonośnego lub przenosić się również na inne poziomy, jeśli są one ze sobą powiązane na poziomie wodnym. W wyniku czerpania wody lej depresyjny powiększa się we wszystkich kierunkach. Największe leje depresyjne powstają w rejonie wyrobisk kopalnianych kopalni odkrywkowych. Zmiany poziomu wód związane są z drenażem wód w obrębie wyrobiska i przyjmuje się, że w stosunku do średniego położenia lustra wody z wieloletnich pomiarów, poziom ten obniża się o 1 metr. W głównej mierze zależy to od systemu odwodnienia kopalni, warunków hydrogeologicznych na terenie, na którym kopalnia powstała, budowy geologicznej terenu, zasilania warstw wodonośnych przez cieki powierzchniowe (rzeki, strumienie) oraz opady atmosferyczne.

Niecka artezyjska.1. Warstwa wodonośna 2. Warstwa nieprzepuszczalna 3. Obszar zasilania 4. Studnia artezyjska 5. Poziom równowagi hydrostatycznej (linia ciśnień piezometrycznych – zwierciadło piezometryczne) 6. Studnia subartezyjska 7. Źródło artezyjskie. Źródło: Wikimedia.org

Źródła artezyjskie

Wody artezyjskie są typem wód podziemnych, które są całkowicie wypełnione wodą i charakteryzują się zwierciadłem naporowym, czyli takim, które znajduje się pod ciśnieniem. Woda znajduje się tu pomiędzy warstwami nieprzepuszczalnymi. Obszar zasilania źródeł znajduje się poza miejscem występowania tych wód w obrębie tak zwanej wychodni (miejsca gdzie warstwa skał wychodzi na powierzchnię ziemi). Wody artezyjskie najczęściej występują tam, gdzie ukształtowanie terenu geologicznego zbudowanego z synkliny lub monokliny tworzy nieckę. W takich miejscach tworzą się zbiorniki lub baseny artezyjskie.

Zagrożenia antropogeniczne

ograniczenie ilości i przesączania w głąb ziemi opadów atmosferycznych

• urbanizacja, np. zabudowa powierzchni betonem i asfaltem. Miasta są miejscem, w którym woda nie może swobodnie wnikać do środowiska. Betonowe powierzchnie sprawiają, że woda jedynie po nich spływa.
• zmiana sposobu użytkowania gruntów, np. ograniczenie obszarów zieleni i zadrzewień. Roślinność, a w szczególności drzewa powodują, że woda podziemna utrzymuje się bliżej powierzchni ziemi. Ich wycinanie, czy też zmiana zagospodarowania terenu powoduje, że wody podziemne opadają niżej.
• zmiany klimatyczne.

zbyt duży pobór wód

• pobór wyższy od zasilania. Powoduje on obniżanie poziomu zasobów wód podziemnych, których niedobór przekłada się bezpośrednio na funkcjonowanie środowiska naturalnego.
• odwodnienia budowlane, np. pompowanie dużych ilości wody dla potrzeb odwodnienia górotworu. Wydobycie zasobów podziemnych wymaga odwodnienia i odprowadzenia dużych ilości wody do wód napowierzchniowych, co w konsekwencji może powodować osiadanie terenu, zmiany składowych bilansu wodnego, zmiany układu pola hydrodynamicznego.

Betonowe miasta zmniejszają możliwość powrotu wody do ziemi – pixabay.com