Wody podziemne

Wody podziemne występują w skałach skorupy ziemskiej. Główna ich część pochodzi z infiltracji opadów atmosferycznych, podrzędnie z kondensacji pary wodnej oraz infiltracji wód powierzchniowych w skalne podłoże. Następuje stała wymiana wody pomiędzy atmosferą a hydrosferą, co jest wyrazem związku zachodzącego między wodami atmosferycznymi, powierzchniowymi i podziemnymi. Składnikami cyklu krążenia wody w przyrodzie są: opad, odpływ i parowanie. Jest to proces stały. W głębokich strukturach geologicznych występują również stagnujące reliktowe wody podziemne nie posiadające więzi hydraulicznej ze współczesnymi wodami atmosferycznymi.

Warunki występowania i formowania się wód podziemnych oraz ich własności fizyko-chemiczne

Infiltrująca woda atmosferyczna pod wpływem siły ciężkości przesącza się w głąb skorupy ziemskiej poprzez strefę aeracji do strefy saturacji. Tam napotyka warstwy przepuszczalne, podścielone warstwami wodoszczelnymi, i gromadzi się w nich tworząc warstwy (poziomy) wodonośne. W zależności od głębokości występowania wód podziemnych oraz ich rozmieszczenia w strukturach wodonośnych wyróżniamy: wody gruntowe o swobodnym zwierciadle oraz wody wgłębne i wody głębinowe (reliktowe) o napiętym zwierciadle wody

Wodonośne utwory, zwane warstwami lub poziomami wodonośnymi, charakteryzują się zróżnicowanym wykształceniem litologicznym. Są to głównie piaski, piaskowce, wapienie, dolomity. Warstwy wodonośne są wzajemnie izolowane od siebie warstwami ilastymi. Warstwy wodonośne posiadają zdolność do gromadzenia i przewodzenia wód podziemnych. Wiąże się to z takimi właściwościami hydrogeologicznymi skał jak: 1/ występowanie różnego typu próżni (pory, szczeliny i kawerny) oraz 2/ zdolność do przewodzenia wolnej wody pod wpływem siły grawitacji systemem komunikujących się ze sobą próżni. Biorąc pod uwagę wykształcenie litologiczne skał wyróżniamy: wody porowe, wody szczelinowe, wody krasowe a także złożone wody porowo – szczelinowe oraz szczelinowo – krasowe.

W warstwach wodonośnych obserwuje się obniżającą się z głębokością zdolność do gromadzenia i przewodzenia wód podziemnych. Zjawisko to wiąże się z procesem kompakcji górotworu prowadzącym do zaciskania występujących w skałach por i szczelin pod wpływem ciśnień geostatycznych.

Ruch wody podziemnej odbywa się głównie, pod wpływem sił grawitacji i zwany jest wówczas filtracją. Wody podziemne dążą do wyrównania ciśnień hydrostatycznych w granicach swego systemu hydraulicznego. Przepływ wód w systemie wodonośnym przebiega od obszaru jego zasilania do obszaru drenażu

W hydrostatycznym systemie przepływu wyróżnia się typy przepływów o ruchu: laminarnym, turbulentnym i mieszanym. W przypadku ruchu laminarnego przepływ wód odbywa się przy małych prędkościach głównie w porowych poziomach wodonośnych. Ruch turbulentny – burzliwy, charakteryzuje się dużymi prędkościami i występuje w poziomach szczelinowo - krasowych. Ruch mieszany, często spotykany w warunkach naturalnych, łączy cechy ruchu laminarnego i turbulentnego

Przepływ wód w systemie wodonośnym odbywa się od obszaru zasilania, w zasięgu którego do poziomu wodonośnego infiltrują wody atmosferyczne, do obszaru drenażu, w ramach którego następuje wypływ wód podziemnych. Naturalną podstawę drenażu grawitacyjnych płytkich systemów wodonośnych stanowią doliny rzeczne. Drenaż antropogeniczny następuje przez ujęcia studzienne i wyrobiska górnicze. W strukturach hydrogeologicznych ruch wody podziemnej odbywa się głównie pod wpływem ciśnień hydrostatycznych, natomiast na dużych głębokościach również pod wpływem ciśnień przejściowych do geostatycznych. Lokalnie może być on związany z procesami dyfuzji czy też osmozy.

Wykształcenie litologiczne skał, głębokość i czas przebywania wód w ośrodku skalnym, kształtują właściwości fizykochemiczne wód podziemnych. Skład rozpuszczonych substancji, w tym gazów, minerałów, substancji organicznych, kształtuje chemizm wód podziemnych (Macioszczyk, 1987; Słownik hydrogeologiczny, 2002).

Woda podziemna krążąc w ośrodku skalnym mineralizuje się w różnym stopniu. Woda staje się złożonym roztworem charakteryzującym się obecnością gazów, jonów, koloidów i związków organicznych. Głównymi składnikami wód podziemnych są pierwiastki powszechnie występujące w wodach podziemnych. Są to C, O, S, Cl, Ca, Mg, Na, K. Do podrzędnych składników wód podziemnych zalicza się grupę pierwiastków występujących w wodach podziemnych w nieznacznych na ogół ilościach, poniżej 1,0 mg/dm³. Są to między innymi takie pierwiastki jak: Fe, Mn, N, Al, I, Br, Ba, Sr, Si, substancje organiczne. Występujące lokalnie ich wysokie stężenia związane są głównie z antropogenicznymi zanieczyszczeniami wód.

Pierwiastki występujące we wodach są pochodzenia zarówno naturalnego jak i antropogenicznego. Podstawowymi właściwościami fizycznymi wód podziemnych są: przewodność elektrolityczna właściwa, radoczynność, gęstość i lepkość wody oraz jej temperatura. Zależą one od całokształtu warunków hydrogeologicznych i hydrogeochemicznych zbiornika wód podziemnych.

Przydatność wód podziemnych do ich użytkowana określona jest przez ich jakość. Ocenę jakości ustala się poprzez obowiązujące w tym zakresie przepisy i normy (Rozp. Min. Środ. 2008, Rozp. Min. Zdrowia 2010). Na skutek procesu dysocjacji następuje rozpad rozpuszczonych w wodzie substancji na jony. Skład jonowy wód, wyrażany jest w postaci anionów i kationów. Do głównych anionów zaliczamy jony: chlorkowy (Cl^-), wodorowęglanowy (HCO₃^-), siarczanowy (SO₄^2-), natomiast do głównych kationów zaliczamy jony: sodowy (Na⁺), potasowy (K⁺), wapniowy (Ca²⁺) i magnezowy (Mg²⁺). Znajomość składu jonowego wód stanowi podstawę do stosowania klasyfikacji hydrochemicznych wód podziemnych.

Ogólną mineralizację wód podziemnych kształtują rozpuszczone w niej substancje mineralne. Na podstawie ogólnej mineralizacji wody podziemne dzielimy umownie na wody: 1/ słodkie – zwykłe (poniżej 1,0 g/dm³) , 2/ półsłodkie (1 – 3 g/dm³), 3/ słonawe (3 - 10 g/dm³), 4/ słone 10 – 35 g/dm³ ), 5/ solanki (powyżej 35 g/dm³) . Ogólna mineralizacja wód oraz stężenia poszczególnych jonów i wzajemne proporcje stężeń zmieniają się w wodach podziemnych w różnych hydrochemicznych strefach ich występowania w zbiorniku wodnym.