Rola strefy aeracji w kształtowaniu składu chemicznego płytkich wód podziemnych wybranych środowisk hydrogeochemicznych

• Autorzy: Małecki, J. J.

Warianty tytułu

EN

Role of the aeration zone in forming chemical composition of shallow ground waters, based on cases of selected hydrogeochemical environments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Najintensywniejsze współdziałanie między wodami opadowymi, powierzchniowymi i podziemnymi zachodzi w obrębie strefy aeracji. Jest to strefa największej aktywności procesów fizykochemicznych zachodzących między roztworem a środowiskiem skalnym. Głównym obiektem badań były wody opadowe, przesiąkowe i gruntowe oraz ich środowisko geologiczne (gleby i skały). Do badań eksperymentalnych wytypowano trzy obszary o odmiennych warunkach przyrodniczych, w których procesy zachodzące w strefie aeracji przebiegają w sposób naturalny, nie modyfikowany bezpośrednią ingerencją człowieka. Stacja Białystok reprezentowała Wysoczyznę Białostocką, stacja Kampinos - Kotlinę Warszawską, a stacja Hala Gąsienicowa - Tatry. W pracy omówiono teoretyczne podstawy i wybór metod badawczych oraz uzyskane wyniki badań dotyczące infiltracji, parowania, sposobu gromadzenia wód przesiąkowych, fizykochemicznych właściwości gleb i skał, modeli stanu równowagi chemicznej wód podziemnych, parametrów fizykochemicznych wód opadowych, przesiąkowych i gruntowych oraz wyniki laboratoryjnych badań eksperymentalnych. Określenie roli strefy aeracji w kształtowaniu składu chemicznego płytkich wód podziemnych wybranych środowisk hydrogeochemicznych, wymagało przeprowadzenia interdyscyplinarnych badań obejmujących wszystkie elementy środowiska charakteryzujące wytypowane do badań stacje doświadczalne. Obliczono czas przesączania się wód infiltracyjnych przez strefę aeracji, stwierdzono, że w kształtowaniu chemizmu wód opadowych podstawowe znaczenie ma udział źródeł kontynentalnych, wykazano wpływ parowania terenowego na stopień naturalnego zagęszczenia infiltrujących wód opadowych. Obliczono wskaźniki nasycenia wód (SI) względem podstawowych składników gleb i skał. Stwierdzono, że na terenie stacji Białystok istnieją sprzyjające warunki do przebiegu procesów jonowymiennych i intensywnego ługowania szkieletu gruntowego, czego konsekwencją jest radykalna modyfikacja chemizmu wód przesiąkowych w stosunku do opadów. W konsekwencji wody gruntowe dziedziczą hydrochemiczny charakter zmodyfikowanych wód infiltracyjnych. W Kampinosie jednolite wykształcenie utworów strefy aeracji i saturacji, nie poddających się ługowaniu, sprawia że wody gruntowe mają skład chemiczny w znacznym stopniu zależny od wód opadowych. Na Hali Gąsienicowej kwaśne środowisko i duży udział substancji organicznych prowadzi do radykalnej modyfikacji chemizmu wód przesiąkowych, w których następuje wielokrotny wzrost stężeń metali. Nie przenosi się to na chemizm wód gruntowych, które w znacznym stopniu dziedziczą charakter wód opadowych. Uzyskane wyniki badań mogą być translokowane na obszary o podobnych cechach środowiskowych.

EN

The zone of aeration is characterized by very intensive interaction between rainwater, surface water and ground water. The most intensive physico-chemical activity processes occurs between aqueous solution and rock environment. This study focused on interaction between rainwater, seepage water and soil water, and their geologic environment (soils and rocks). Three areas located in different natural environments were selected for experimental study. In all areas natural processes occurring in the zone of aeration were not modified by direct human activity. An experimental station in Białystok represents the Białystok Upland, a station at Kampinos - the Warsaw Basin, and a station at the Hala Gąsienicowa-the Tatra Mts. This work contains a discussion of theoretical background, research methods selected and results obtained which all refer to field and laboratory study of infiltration, evaporation, flow of seepage water, physico-chemical properties of soils and rocks, equilibrium models of reaction for ground water, physical and chemical properties of rainwater, surface water, and ground water. A goal aimed at defining the role of the zone of aeration in forming chemical composition of shallow ground water in the studied hydrogeochemical environments required an interdisciplinary approach which would characterize various environmental aspects of the experimental study areas. In this work, the calculation is presented of contact time of seepage water through the zone of aeration. Also, a conclusion is drawn that the share of continental sources is of essential importance in forming the chemical composition of rainwater. The results demonstrated clearly effects of evapotranspiration from soil surfaces on increased concentrations of all dissolved in water constituents. Saturation indexes calculated with respect to major mineral, were used to characterize changes in chemical composition of the infiltrating water. Ion-exchange and intensive leaching of soil skeleton were the most dominant processes which modified significantly chemical composition of seepage water in relation to rainfall at the Białystok station. Subsequently, soil water inherit hydrochemical character from modified seepage water. At the Kampinos station, geological material in the zone of aeration and the zone of saturation is homogeneous and unaffected by leaching; thus chemistry of soil water is significantly more dependent on chemical composition of rainwater. At the Hala Gąsienicowa station, acid environment and high content of organic matter radically modified chemical composition of seepage water, and increased concentration of metals several times. Soil water remained relatively unaffected by these processes and retained, to considerable extent, chemical characteristics of rainwater. The results obtained from the study may be applied to other areas of similar environmental characteristics.

Słowa kluczowe

PL

ewapotranspiracja; infiltracja efektywna; opad jednostkowy; czynnik frakcjonowania; specjacja składników; wskaźnik nasycenia; procesy hydrogeochemiczne

EN

evapotranspiration; recharging infiltration; specific precipitation; fractionation factor; speciation of constituents; saturation index; hydrogeochemical processes

• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 1998
• Tom: nr 381
• Strony: 1-219
• Opis fizyczny: Bibliogr. 237 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Małecki, J. J.

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