Filtrometr i gradientometr : nowe urządzenia do badania wymiany hyporeicznej

• Autorzy: Marciniak Marek

Identyfikatory

DOI

10.7306/2025.57

Warianty tytułu

EN

Filtrometer and gradientometer : new devices for hyporheic exchange study

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The hyporheic zone (HZ) is defined as an active ecotone between the stream of surface water and groundwater. Many hydrological, hydrogeological, hydrobiological and biogeochemical processes occur in this zone. These processes provide a great potential for natural purification of organic compounds, nutrients and pathogens in streams and rivers. The recognition of the hydrodynamics of hyporheic zones is of great economic importance due to the great potential for hyporheic remediation and ecosystem services in surface waters. In this paper, two new measuring devices are presented: a filtrometer and a gradientometer. They enable direct measurement of the filtration flux density and the Vertical Hydraulic Gradient (VHG) in the hyporheic zone. The operating principle and construction of both devices are explained. The results of laboratory tests carried out on a specially designed stand are also discussed. The results of laboratory tests were analyzed by assessing the measurement uncertainties of the filtrometer and gradientometer. The measurement ranges of both devices were determined and the limitations of their applications were discussed. The filtrometer and gradientometer can be useful both in studies of the interaction of surface and groundwater and in studies of hyporheic exchange in bottom sediments.

Słowa kluczowe

EN

surface water; groundwater; hyporheic exchange; measuring devices

PL

woda powierzchniowa; woda podziemna; wymiana hyporeiczna; urządzenia pomiarowe

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Przegląd Geologiczny
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 73, nr 5
• Strony: 495--504
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Marciniak Marek

• Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, ul. B. Krygowskiego 10, 61-680 Poznań

• https://orcid.org/0000-0002-5377-5585

Bibliografia

• 1. BARTOLD P. 2025 - Morfodynamika koryta Wisły w Warszawie i jej znaczenie dla warunków eksploatacji ujęć poddennych wody. SGGW Warszawa, dysertacja doktorska.
• 2. BATTIN T.J., KAPLAN L.A., NEWBOLD J.D., HENDRICKS S.P. 2003 - A mixing model analysis of stream solute dynamics and the contribution of a hyporheic zone to ecosystem function. Freshwater Biology, 48: 995-1014.
• 3. BENCALA K.E. 2000 - Hyporheic zone hydrological processes. Hydrological Processes, 14: 2797-2798.
• 4. BOULTON A.J. FINDLAY S., MARMONIER P., STANLEY E.H., VALETT H.M. 1998 - The functional significance of the hyporheic zone in streams and rivers. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics, 29: 59-81.
• 5. BUSATO L., BOAGA J., PERRI M.T., MAJONE B., BELLIN A., CASSIANI G. 2019 - Hydrogeophysical characterization and monitoring of the hyporheic and riparian zones: The Vermigliana Creek case study. Science of the Total Environment, 648: 1105-1120.
• 6. CHUDZIAK Ł. 2013 - Identyfikacja parametrów filtracyjnych w strefie współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych. UAM Poznań, dysertacja doktorska.
• 7. CHUDZIAK Ł. 2015- Identyfikacja parametrów filtracyjnych w strefie współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
• 8. CHUDZIAK Ł., MARCINIAK M. 2012 - Badania laboratoryjne drenażu i infiltracji wody przez osady denne na modelu fizycznym. Biuletyn Państwowego InstytutuGeologicznego,451,Hydrogeologia, 12: 17-25.
• 9. DARCY H. 1856 - Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Appendix D. Paryż.
• 10. LAWRENCE J.E., SKOLD M.E., HUSSAIN F.A., SILVERMAN D.R., RESCH V.H., SEDLAK D.L., LUTHY R.G., McCRAY J.E. 2013 - Hyporheic Zone in Urban Streams: A Review and Opportunities for Enhancing Water Quality and Improving Aquatic Habitat by Active Management. Environmental Engineering Science, 30/8: 480-501; http://dx.doi.org/10.1089/ees.2012.0235.
• 11. LEWANDOWSKI J., ARNON S., BANKS E., BATELAAN O., BETTERLE A., BROECKER T., COLL C., DRUMMOND J.D., GARCIA J.G., GALLOWAY J., GOMEZ-VELEZ J., GRABOWSKI R.C., HERZOG S.P., HINKELMANN R., HÖHNE A., HOLLENDER J., HORN M.C., JAEGER A., KRAUSE S., PRATS A.L., MAGLIOZZI C., MEINIK- MANN K., MOJARRAD B.B., MUELLER B.M., PERALTA-MARAVER I., POPP A.L., POSSELT M., PUTSCHEW A., RADKE M., RAZA M., RIML J., ROBERTSON A., RUTERE C., SCHAPER J.L., SCHIRMER M., SCHULZ H., SHANAFIELD M., SINGH T., WARD A.S., WOLKE P., WÖRMAN A., WU L. 2019 - Is the Hyporheic Zone Relevant beyond the Scientific Community? Water 11: 2230; http://dx.doi.org/10.3390/w11112230.
• 12. ŁĘCZYŃSKI L., BUBLIJEWSKA E., CHUDZIAK Ł., MARCINIAK M. 2025 - Identification of the exchange of sea and groundwater in the Bay of Puck based on satellite photography and measurements of the filtration stream through bottom sediments. Quaestiones Geographicae (w druku).
• 13. MATUSIAK M., MARCINIAK M., DRAGON K. OWSIANNY P. 2025 - Investigation of water exchange in the hyporheic zone of groundwater dependant lake (Lake Płotki, Poland). Quaestiones Geographicea (w druku).
• 14. MARCINIAK M., CHUDZIAK Ł. 2012 - Infiltrometr denny. Patent PL 220166 B1.
• 15. MARCINIAK M., CHUDZIAK Ł.2015 - Nowa metoda pomiaru współczynnika filtracji osadów dennych. Przegląd Geologiczny, 63 (10/2): 919-925.
• 16. MARCINIAK M.2018- Badanie parametrów hydrogeologicznych strefy hyporeicznej za pomocą filtrometru i gradientometru. Metodyka wykonania pomiarów oraz instrukcja eksploatacji. Arch. UAM, Poznań.
• 17. MARCINIAK M., ZIUŁKIEWICZ M., GÓRECKI M. 2022-Variability of water exchange in the hyporheic zone of a lowland river in Poland based on gradientometric studies. Quaestiones Geographicea, 41: 141-156; doi.org/10.2478/quageo-2022-0030
• 18. MARCINIAK M., GEBLER D., GRYGORUK M., ZALEWSKA-GAŁOLSZ J., SOSZKIEWICZ K. 2023 - Hyporheic flow in aquatic Ranunculus habitats in temperate lowland rivers in Central Europe. Ecological Indicators, 153; http://dx.doi.org//10.1016/j.ecolind.2023.110422.
• 19. SMITH J.W.N. 2005 - Groundwater-surface water interactions in the hyporheic zone. Science Report SC030155/SR1. Environment Agency, www.environment-agency.gov.uk
• 20. SONG J., JIANG W., XU S., ZHANG G., WANG L., WEN M., ZHANG B., WANGY., LONGY. 2016-Heterogeneity of hydraulic conductivity and Darcian flux in the submerged streambed and adjacent exposed stream bank of the Beiluo River, northwest China. Hydrogeology Journal, 24: 2049-2062; http://dx.doi.org/10.1007/s10040-016-1449-0.
• 21. SZCZUCIŃSKA A., WOLNY F., MARCIANIAK M. 2025 - Hyporheic exchange in the source zone based on gradientometric studies. Quaestiones Geographicae (w druku).
• 22. ZHANG J., SONG J., LONG Y., ZHANG Y., ZHANG B., WANG Y., WANG Y.2017 - Quantifying the Spatial Variations of Hyporheic Water Exchange at Catchment Scale Using the Thermal Method: A Case Study in the Weihe River, China. Advances in Meteorology, 2017 (3): 1-8; http://dx.doi.org/10.1155/2017/6159325.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).