Causes of groundwater level and chemistry changes in an urban area; a case study of Warsaw, Poland

• Autorzy: Krogulec Ewa , Gruszczyński Tomasz , Kowalczyk Sebastian , Małecki Jerzy J. , Porowska Dorota , Sawicka Katarzyna , Trzeciak Joanna , Wojdalska Anna , Zabłocki Sebastian , Zaszewski Daniel

Identyfikatory

DOI

10.24425/agp.2022.142645

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The presented studies focus on changes in groundwater levels and chemistry, and the identification of important factors influencing these changes on short- and long-term scales in urban areas. The results may be useful for rational and sustainable groundwater planning and management in cities. The studies concerned three aquifers: (1) the shallow Quaternary aquifer, (2) the deep Quaternary aquifer, and (3) the Oligocene aquifer in the capital city of Warsaw (Poland). The spatial variability of groundwater recharge was determined and its changes in time were characterized. The characteristics of groundwater levels were based on long-term monitoring series. The results indicate that urban development has caused overall reduction in infiltration recharge (from 54 to 51 mm/year), which is particularly clear in the city suburbs and in its centre, where land development has significantly densified during the last 30 years. Studies of groundwater levels indicate variable long-term trends. However, for the shallowest aquifer, the trends indicate a gradual decrease of the groundwater levels. In the case of the much deeper Oligocene aquifer, groundwater table rise is observed since the 1970s (averagely c. 20 m), which is related with excessive pumping. Based on the studied results, the groundwater chemistry in the subsurface aquifer indicates strong anthropogenic influence, which is reflected in multi-ionic hydrogeochemical types and the occurrence of chemical tracers typical of human activity. The Oligocene aquifer is characterized by a chemical composition indicating the influence of geogenic factors.

Słowa kluczowe

EN

urban area; Quaternary aquifer; Oligocene aquifer; groundwater level changes; infiltration; groundwater chemistry; Warsaw

PL

obszar miejski; czwartorzędowe piętro wodonośne; oligoceńskie piętro wodonośne; zmiany poziomu wód gruntowych; infiltracja; chemizm wód podziemnych; Warszawa

• Wydawca: Faculty of Geology of the University of Warsaw ; Komitet Nauk Geologicznych PAN
• Czasopismo: Acta Geologica Polonica
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 72, no. 4
• Strony: 495--517
• Opis fizyczny: Bibliogr. 68 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krogulec Ewa

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Gruszczyński Tomasz

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Kowalczyk Sebastian

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Małecki Jerzy J.

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Porowska Dorota

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Sawicka Katarzyna

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Trzeciak Joanna

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Wojdalska Anna

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Zabłocki Sebastian

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

autor

Zaszewski Daniel

• University of Warsaw, Faculty of Geology, Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1. Arnold, C.L. and Gibbons, C.J. 1996. Impervious Surface Coverage: The Emergence of a Key Environmental Indicator. Journal of the American Planning Association, 62 (2), 243–258.
• 2. Baraniecka, M.D. 1976. The geological character of Teriary deposits in selected areas of the Masovain region. Prace Muzeum Ziemi, 25, 15–28. [In Polish with English abstract]
• 3. Baraniecka, M.D. 1979. Pliocene deposits as the Quaternary substratum of the Mazowsze region (taking the Otwock area as an example). Biuletyn Geologiczny Wydziału Geologii UW, 23, 23–36. [In Polish with English abstract]
• 4. Baraniecka, M.D. 1995. On the stratigraphic position of variegated clays in the Quaternary sub-basement in Mazovia. Przeglad Geologiczny, 43 (7), 576–580. [In Polish]
• 5. Bażyński, J. 1996. Water of Oligocene horizon against a background of drinkable water supply of Warsaw. Przegląd Geologiczny, 44 (4), 404–406. [In Polish]
• 6. Chrzanowski, A., Łodziński, S. and Płochniewski, Z. 1972. Characteristics of chemical composition and suitability of groundwaters in the area of Warsaw Municipal Complex. Biuletyn Instytutu Geologicznego, 256, 103–128. [In Polish with English summary]
• 7. Cygański, K. 1997a. Hydrogeological Map of Poland in the scale 1:50 000, The Main Useful Aquifer, Warsaw-West, sheet no. 523 with explanations. Państwowy Instytut Geologiczny; Warsaw. [In Polish]
• 8. Cygański, K. 1997b. Hydrogeological Map of Poland in the scale 1:50 000, The Main Useful Aquifer, Warsaw-East, sheet no. 524 with explanations. Państwowy Instytut Geologiczny; Warsaw. [In Polish]
• 9. Czarnecka, H. 1963. Źródła na terenie Warszawy. Wiadomości służby hydrogeologicznej i meteorologicznej, 54a, 3–21.
• 10. Dochartaigh, B.O., Bonsor, H. and Bricker, S. 2017. Improving understanding of shallow urban groundwater: The Quaternary groundwater system in Glasgow, UK. Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 108, 155–172.
• 11. Duda, R., Witczak, S. and Żurek, A. 2011. Map of groundwater vulnerability to pollution in Poland, 1 : 500,000. Methodology and text explanations. Ministerstwo Środowiska; Kraków. [In Polish]
• 12. Dunne, T. and Leopold, L.B. 1978. Water in Environmental Planning, 818 pp. W.H. Freeman; San Francisco.
• 13. Dziedziczak, R. 2006. Anthropomineral spring waters in Warsaw. Przeglad Geologiczny, 54 (11), 982–986. [In Polish with English summary]
• 14. Foster, S. 2020. Global policy overview of groundwater in urban development - A tale of 10 cities! Water, 12 (2), 456.
• 15. Frankowski, Z. and Wysokiński, L. (Eds. ). 2000. Atlas geologiczno-inżynierski Warszawy. Centralne Archiwum Geologiczne PIGPIB; Warszawa.
• 16. Galera, H., SudnikWójcikowska, B. and Obidziński, A. 2010. Dolina Wisły i Skarpa Warszawska w życiu miasta. In: Obidziński, A. (Ed.), Z Mazowsza Na Polesie i Wileńszczyznę. Zróżnicowanie i Ochrona Szaty Roślinnej Pogranicza Europy Środkowej i PółnocnoWschodniej, 95–102. Polskie Towarzystwo Botaniczne - Zarząd Główny; Warszawa.
• 17. Gascon, F., Bouzinac, C., Thépaut, O., Jung, M., Francesconi, B., Louis, J., Lonjou, V., Lafrance, B., Massera, S., Gaudel Vacaresse, A., Languille, F., Alhammoud, B., Viallefont, F., Pflug, B., Bieniarz, J., Clerc, S., Pessiot, L., Trémas, T., Cadau, E., De Bonis, R., Isola, C., Martimort, P. and Fernandez, V. 2017. Copernicus Sentinel-2A calibration and products validation status. Remote Sensing, 9 (6), 1–81.
• 18. Godlewski, T., Bogusz, W. and Kaczyński, Ł. 2019. Change in groundwater conditions as a cause of structural failure - selected case studies. MATEC Web of Conferences, 284, 1–10.
• 19. Healy, R.W. and Scanlon, B.R. 2010. Estimating Groundwater Recharge, 256 pp. Cambridge University Press; Cambridge.
• 20. Hulboj, A. 2006. GIS database information layers of the 1:50 000 Hydrogeological Map of Poland: First Aquifer Extent and Hydrodynamics, WarsawEast, sheet no. 524. Państwowy Instytut GeologicznyPaństwowy Instytut Badawczy; Warszawa. [In Polish]
• 21. Kaczyński, R.R. 2002. Engineeringgeological evaluation of Mio-Pliocene clays in the Warsaw area, central Poland. Acta Geologica Polonica, 52, 437–448.
• 22. KadzikiewiczSchoeneich, M., Małecki, J.J. and Gruszczyński, T. 2005. The processes formating the chemical constitution of groundwaters in the investigative profile Warsaw. In: Sadurski, A. and Krawiec, A. (Eds), Współczesne Problemy Hydrogeologii, 12, 309–315. Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika; Toruń. [In Polish]
• 23. Kleczkowski, A. (Ed.). 1990. Główne Zbiorniki Wód Podziemnych (GZWP) w Polsce - własności hydrogeologiczne, jakość wód, badania modelowe i poligonowe, 120 pp. Akademia Górniczo-Hutnicza; Kraków.
• 24. Koczowąs, J. 2021. Raport z realizacji zadań „Polityki rozwoju systemu wodociągowokanalizacyjnego w m.st. Warszawie do 2025 roku”. Analiza wyników za lata 2007–2020. Online report, 78 pp. Biuro Infrastruktury Urzędu m.st. Warszawa; Warszawa. Available at: https://infrastruktura.um.warszawa.pl/archiwum/sites/infrastruktura.um.warszawa.pl/files/dokumenty/raport_wodkan_2019_aktualne_na_str_bin.pdf
• 25. Kowalczyk, A. 2003. Formation of groundwater resources in carbonate aquifers of the Silesian-Cracow Triassic under a human impact, 196 pp. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego; Katowice. [In Polish with English summary]
• 26. Kowalczyk, A. 2005. Recharge of groundwater under human impact based on the example of the Silesian-Cracow Triassic aquifer. In: Sadurski, A. and Krawiec, A. (Eds), Współczesne problemy hydrogeologii, 12, 363–370. Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika; Toruń. [In Polish]
• 27. Kowalczyk, A. and Nowicki, Z. 2007. Warszawa. In: Nowicki, Z. (Ed.), Wody podziemne miast wojewódzkich Polski, 221–242. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa.
• 28. Kozłowska, Z., Ajdyn, A., Cacko, A. and Zegar, T. (Eds) 2021. Statistical Yearbook of Warsaw, 198 pp. Urząd Statystyczny w Warszawie; Warszawa. [In Polish]
• 29. Krogulec, E., Małecki, J.J., Porowska, D. and Wojdalska, A. 2020. Assessment of causes and effects of groundwater level change in an urban area (Warsaw, Poland). Water, 12 (11), 3107.
• 30. Krogulec, E. and Zabłocki, S. 2015. Relationship between the environmental and hydrogeological elements characterizing groundwater-dependent ecosystems in central Poland. Hydrogeology Journal, 23, 1587–1602.
• 31. Kubiczek, I. 2006. GIS database information layers of the 1:50 000 Hydrogeological Map of Poland: First Aquifer - Extent and Hydrodynamics, WarsawWest, sheet no. 523. Państwowy Instytut GeologicznyPaństwowy Instytut Badawczy; Warszawa. [In Polish]
• 32. Kużawa, R. and GutryKorycka, M. 2003. Springs of the glacial upland slope in Warsaw. Prace i Studia Geograficzne, 31, 257–278. [In Polish with English abstract]
• 33. Lerner, D.N. 2002. Identifying and quantifying urban recharge: A review. Hydrogeology Journal, 10, 143–152.
• 34. Li, H., Wang, C., Zhong, C., Su, A., Xiong, C., Wang, J. and Liu, J. 2017. Mapping urban bare land automatically from Landsat imagery with a simple index. Remote Sensing, 9 (249), 1–15.
• 35. Łodziński, S. 1976. Development of Warsaw regional depression. Przegląd Geologiczny, 24 (9), 530–531. [In Polish with English summary]
• 36. Loveland, T.R. and Dwyer, J.L. 2012. Landsat: Building a strong future. Remote Sensing of Environment, 122, 22–29.
• 37. Macioszczyk, A. 1979. Chemizm wód trzeciorzędowych i kredowych oraz jego geneza w zachodniej części Niecki Mazowieckiej. Prace Hydrogeologiczne, seria specjalna, 11, 1–227.
• 38. Macioszczyk, A. and Dobrzyński, D. 2002. Hydrogeochemia: strefy aktywnej wymiany wód podziemnych, 448 pp. PWN; Warszawa.
• 39. Macioszczyk, A., Grochowski, D. and Porębska, G. 1991. Zanieczyszczenia antropogeniczne wód w źródłach lewobrzeżnej Warszawy. In: Krajewski S. (Ed.), Współczesne Problemy Hydrogeologii, 5, 29–39. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa. [In Polish].
• 40. Macioszczyk, A. and Płochniewski, Z. 1996. Chemistry of waters occurring in the Oligocene deposits of the Warsaw region. Przegląd Geologiczny, 44 (9), 938–941. [In Polish]
• 41. Macioszczyk, T. 1996. Model studies of Mazowsze Trough. Przegląd Geologiczny, 44 (4), 397–400. [In Polish]
• 42. Macioszczyk, T. (Ed.). 1985. Hydrogeologia Niecki Mazowieckiej w świetle badań modelowych. In: Macioszczyk, T. (Ed.), Modelowanie dużych regionalnych systemów hydrogeologicznych, 9–54. OPT-NOT; Warszawa.
• 43. Macioszczyk, T. and Michalak, J. 1974. Kompleksowe badania modelowe reżimu wód podziemnych niecki mazowieckiej dla prawidłowej organizacji sieci obserwacyjnej oraz oceny zasobów. Etap I. Projekt badań modelowych. Unpublished report, 172 pp. Archiwum Zakładu Prac Geologicznych UW; Warszawa.
• 44. Małecki, J.J. 2013. The impact of urbanization on the specific levels of groundwater table - an analysis results of study conducted in the research station of the Faculty of Geology, University of Warsaw. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 456, 377–384. [In Polish with English summary]
• 45. Małecki, J.J., Porowska, D. and SzostakiewiczHołownia, M. 2007. Hydrogeochemical characteristic of groundwater at the Research Station of the Faculty of Geology UW. In: Szczepański, A., Kmiecik, E. and Żurek, A. (Eds), Współczesne Problemy Hydrogeologii, 13, 123–134. Akademia Górniczo-Hutnicza; Kraków. [In Polish]
• 46. McGrane, S.J. 2016. Impacts of urbanisation on hydrological and water quality dynamics, and urban water management: a review. Hydrological Sciences Journal, 61 (13), 2295–2311.
• 47. Meyza, K. 1999. Skarpa Warszawska na odcinku od ulicy Sanguszki do trasy WZ w świetle archeologicznych wierceń badawczych. Światowit, 1 (42B), 161–167. [In Polish]
• 48. Mikołajków, J. 2003. Changes in hydrogeological conditions and water quality in the Las Bielański reserve in Warsaw. In: Kozerski, B. and JaworskaSzulc, B. (Eds), Współczesne Problemy Hydrogeologii, 11, 225–232. Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej; Gdańsk, Poland. [In Polish]
• 49. Morawski, W. 1978. Detailed geological map of Poland in the scale 1:50 000, WarsawWest, sheet no. 523. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa. [In Polish]
• 50. Mysiak, Z. and Nejfeld, A.K. 1975. Źródła i studnie starej Warszawy lewobrzeżnej. Unpublished MSc Thesis, 143 pp. University of Warsaw; Warszawa.
• 51. Niewiarowicz, J. 2007. GIS database information layers of the 1:50 000 Hydrogeological Map of Poland: First Aquifer - Groundwater Vulnerability and Quality, Warsaw-East, sheet no. 524. Państwowy Instytut GeologicznyPaństwowy Instytut Badawczy; Warszawa. [In Polish]
• 52. Nowak, J. and Uberna, T. 1976. The Tertiary and the relief of the basement of Quarternary deposits in the vicinity of Okuniew on the basis of borehole material from Hipolitów. Kwartalnik Geologiczny, 20, 343–364. [In Polish with English summary]
• 53. Opęchowski, K. and Krogulec, E. 2019. Impact of deep foundations on the groundwater flow structure in the hydrogeodynamically vulnerable area. Przegląd Geologiczny, 67 (6), 478–486. [In Polish with English abstract]
• 54. Pałubska, K. 2014. The greenery and natural terrain obstacles from the Warsaw Fortress that shaped the city’s ecological system. Architektura Krajobrazu, 2, 50–61.
• 55. Pazdro, Z. and Kozerski, B. 1990. Hydrogeologia ogólna, 624 pp. Wydawnictwa Geologiczne; Warsaw.
• 56. Pich, J. and Płochniewski, Z. 1968. Chemism of spring waters in the area of Warsaw. Przegląd Geologiczny, 16 (11), 511–517. [In Polish with English summary]
• 57. PNEN 206+A2:202108. 2021. Beton - wymagania, właściwości, produkcja i zgodność, 104 pp. Polski Komitet Normalizacyjny; Warszawa.
• 58. Porowska, D. and Małecki, J.J. 2009. Factors controlling chemical composition of groundwater at the research stations in Warsaw and Radostowo. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 436, 379–386. [In Polish]
• 59. Pusch, J.B. 1844. O temperaturze źródeł w okolicy Warszawy. Biblioteka Warszawska, 3, 1–36.
• 60. Sarnacka, Z. 1974. Detailed geological map of Poland in the scale 1:50 000, Piaseczno, sheet no. 560. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa. [In Polish]
• 61. Sarnacka, Z. 1976. Detailed geological map of Poland in the scale 1:50 000, Raszyn, sheet no. 559. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa. [In Polish]
• 62. Sarnacka, Z. 1979. Detailed geological map of Poland in the scale 1:50 000, WarsawEast, sheet no. 524. Państwowy Instytut Geologiczny; Warszawa. [In Polish]
• 63. Schwartz, M.O. 2006. Numerical modelling of groundwater vulnerability: The example Namibia. Environmental Geology, 50 (2), 237–249.
• 64. Tomaszewska, M., Lewiński, S. and Woźniak, E. 2011. Use of MODIS Satellite Images to Study the Percentage of Vegetation Cover. Teledetekcja Środowiska, 46, 13–22. [In Polish with English abstract]
• 65. VázquezSuñé, E., Carrera, J., Tubau, I., SánchezVila, X. and Soler, A. 2010. An approach to identify urban groundwater recharge. Hydrology and Earth System Sciences, 14 (10), 2085–2097.
• 66. Vries, J.J. de and Simmers, I. 2002. Groundwater recharge: An overview of process and challenges. Hydrogeology Journal, 10 (1), 5–17.
• 67. Water Framework Directive 2000. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy. Official Journal, L 327, 22/12/2000, 0001–0073.
• 68. Wust, S., Bolay, J.C. and Du, T.T.N. 2002. Metropolization and the ecological crisis: precarious settlements in Ho Chi Minh City, Vietnam. Environment and Urbanization, 14 (2), 211–224.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).