Interpretacja zmienności temperatury wody w źródle na wschodnim stoku Zameczków (Tatry Zachodnie) na podstawie ciągłych obserwacji monitoringowych i numerycznego modelu transportu ciepła

• Autorzy: Gruszczyński Tomasz , Szostakiewicz-Hołownia Marzena

Identyfikatory

DOI

10.7306/bpig.5

Warianty tytułu

EN

Interpretation of water temperature changes in the spring on the eastern side of the Zameczki mountain (West Tatra Mts.) based on continuous monitoring and a numerical heat transport model

• Konferencja: Współczesne problemy hydrogeologii = Current challenges in hydrogeology : XIX Sympozjum
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prowadzone w sposób ciągły długoterminowe obserwacje temperatury wody ze źródła na wschodnim stoku Zameczków dostarczyły danych do oceny zmienności tego parametru w czasie. W artykule podjęto próbę interpretacji uzyskanych wyników za pomocą niestacjonarnego, numerycznego modelu transportu ciepła i mieszania wód. Wymagało to opracowania modelu konceptualnego, którego poprawność weryfikowano na podstawie oceny dopasowania obliczonej i pomierzonej temperatury wody. W wyniku tarowania modelu określono średnie wartości współczynnika przewodności cieplnej skał na poziomie 1,4 Wm–1K–1 oraz ciepła właściwego układu woda–skała na poziomie 0,92 kJkg–1K–1, przy wartościach błędu średniego i błędu średniego bezwzględnego wynoszących odpowiednio 0,08 i 0,28°C. Zgodnie z przyjętym modelem zmienność temperatury wody na wypływie można wyjaśnić kondukcją ciepła w strefie sezonowych fluktuacji oraz dopływem wód podziemnych ze strefy neutralnej. Na podstawie obliczeń modelowych udało się określić ilościowy udział wód reprezentujących różne strefy głębokościowe. Rezultaty wskazują, że 67% wód zasilających badane źródło powiązanych jest z płytką strefą krążenia, w której główną determinantą temperatury wody jest kondukcyjny strumień ciepła skierowany prostopadle do powierzchni terenu. Pozostałe 33% dopływu reprezentuje głębszy system krążenia, który można identyfikować ze strefą neutralną. W strefie tej temperatura wody zbliżona jest do średniej rocznej temperatury powietrza, a gradienty temperatury przyjmują niewielkie wartości zarówno w odniesieniu do czasu, jak i przestrzeni.

EN

Long-term observations of water temperature in the spring on the eastern side of the Zameczki mountain allow collecting a set of data showing variability of this parameter in time. The paper presents an interpretation of this data by a non-stationary numerical model of heat transport and water mixing. Quantitative interpretation of the results required constructing a conceptual model, whose correctness was verified on the basis of evaluation of calculated and measured water temperature. Due to the model calibration it was possible to establish the mean values of heat conductivity of the rocks at 1.4 Wm–1K–1 and the water-rock specific heat capacity at 0.92 kJkg–1K–1 with the mean error and mean absolute error at the level of 0.08 and 0.28ºC, respectively. According to this model, variability of water temperature in the spring can be explained by conductive heat transport in the zone of seasonal fluctuations and by the groundwater inflow from the neutral zone. Based on the model calculations it was possible to determine the quantitative share of waters representing different depth zones. The results indicate that 67% of water recharging the spring is linked with the shallow circulation zone, in which the main temperature determinant is the conductive heat stream directed perpendicular to the terrain surface. The remaining 33% of the inflow represents a deeper circulation system that can be identified with the neutral zone. In this zone, water temperature is close to the annual mean air temperature and the temperature gradients have small values both in space and time .

Słowa kluczowe

PL

badania monitoringowe; temperatura wód podziemnych; transport ciepła; Tatry Zachodnie

EN

monitoring studies; groundwater temperature; heat transport; West Tatra Mts.

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 475, Hydrogeologia z. 16
• Strony: 43--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gruszczyński Tomasz

• Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, ul. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa

autor

Szostakiewicz-Hołownia Marzena

• Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, ul. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa

Bibliografia

• 1. BANKS D., 2008 – An introduction to thermogeology, ground sources heating and cooling. Blackwell, Oxford.
• 2. BAC-MOSZASZWILI M., 1998 – Budowa geologiczna jednostek reglowych Tatr Zachodnich. Stud. Geol. Pol., 3: 113–136.
• 3. BUCZYŃSKI S., RZONCA B., 2003 – Wstępne wyniki badań składu chemicznego wód krasowych Ziemi Kłodzkiej. Prz. Geol., 51, 11: 963.
• 4. CHOWANIEC J., 2009 – Studium hydrogeologii zachodniej części Karpat polskich. Biul. Państw. Inst. Geol., 434: 1–98.
• 5. JAMES E.R., MANGA M., ROSEB T.P., HUDSONB G.B., 2000 – The use of temperature and the isotopes of O, H, C, and noble gases to determine the pattern and spatial extent of groundwater flow. J. Hydrol., 237: 100–112.
• 6. KISIEL M., DOJTROWSKA I., KUCAŁA M., RZONCA B., SIWEK J., ZAWIŁO M., 2015 – Termika wód źródlanych w masywie Połoniny Wetlińskiej. Roczniki Bieszczadzkie, 23: 225–237.
• 7. MOTTAGHY D.C., 2007 – Heat tranfer processes in the upper crust: influence of structure, fluid flow, and palaeoclimate. Dissertation, RWTH Aachen.
• 8. PIOTROWSKA K., IWANOW A., GAŹDZICKA E., RĄCZKOWSKI W., BAC-MOSZASZWILI M., NEŚCIERUK, P., ZABIELSKI R., KAMIŃSKI M., 2007 – Szczegółowa mapa geologiczna Tatr w skali 1: 10 000, ark. Zakopane Południe. Narod. Arch. Geol. PIG-PIB, Warszawa.
• 9. RYSIUKIEWICZ M., MARSZAŁEK H., 2017 – Zmiany stanów i temperatury wód podziemnych w wybranych zlewniach Karkonoszy. Prz. Geol., 65, 11/2: 1239–1243.
• 10. SZCZUCIŃSKA A.M., WASIELEWSKI H., 2013 – Seasonal Water Temperature Variability of Springs from Porous Sediments in Gryżynka Valley, Western Poland. Quaestiones Geographicae, 32, 3: 111–117.
• 11. SZOSTAKIEWICZ-HOŁOWNIA M., 2015 – Sezonowa zmienność temperatur wód podziemnych drenowanych przez wybrane źródła w Karpatach wewnętrznych. Prz. Geol., 63, 10/2: 1085–1090.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).