Wody podziemne utworów węglanowych południowej części Jury Krakowsko-Częstochowskiej i problemy ich ochrony

Z notatki wydawniczej :

W prezentowanej pracy przedstawiono charakterystykę regionalną środowiska hydrogeologicznego węglanowych utworów jury górnej w południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej.

Specyfiką obszaru badań jest kras rozwijający się w masywie wapieni jury górnej. Środowisko krasowe Jury Krakowskiej, wrażliwe na bodźce zewnętrzne, jest narażone na przestrzenne oddziaływanie miejscowego rolnictwa i sąsiednich aglomeracji miejsko-przemysłowych Krakowa i Górnego Śląska.

W pracy uwypuklono następujące zagadnienia:

warunki krążenia i czas przebywania wód w zbiorniku skał węglanowych, bilans i odnawialność wód podziemnych, zmiany składu chemicznego wód infiltrujących do masywu wapiennego, ocenę zagrożenia wód podziemnych.

WPROWADZENIE [fragment] :

Wody podziemne odgrywają ważną rolę w rozwoju gospodarczym obszarów krasowych, zwłaszcza ze względu na specyficzne dla tych obszarów ubóstwo wód powierzchniowych. Są one niezbędne do zaopatrywania ludności w wodę pitną i na potrzeby przemysłu. W Polsce, kraju o znacznym deficycie wód, wykorzystywanie wód szczelinowo-krasowych ma istotne znaczenie [...] W obszarze monokliny śląsko-krakowskiej oprócz intensywnie użytkowanych głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) serii węglanowej triasu, z których w 2000 roku pobierano 326 mln m3 wody rocznie, występuje przeważnie ekstensywnie eksploatowany poziom wodonośny górnojurajski [...]

Trwała modyfikacja naturalnego systemu krąże­nia i bilansu wód podziemnych w obrębie tego wodonośca zaznacza się dotychczas lokalnie — w rejonie Częstochowy (ujęcia komunalne) i Olkusza (odwadnianie kopalń rud Zn—Pb). W badanym obszarze wodonośny poziom górnojurajski występuje w największym w kraju obszarze krasowym — na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej [...] Obszar ten jest doskonałym przykładem krasu wyżynnego, przeważnie nagiego i zielonego, charakteryzującego się wydłużonym czasem retencji wód infiltracyjnych w zbiorniku wodonośnym [...] Trzeba go uznać za system drenażu rozproszonego w ujęciu W.B. White'A (1988), który nie podlega znaczącym przeobrażeniom antropogenicznym (rozdz. 8.1). Z tych względów można go traktować jako reprezentatywny obiekt badawczy w swej kategorii (rozdz. 2).

Specyfiką Jury Krakowskiej, będącej obiektem badań autora, jest kras rozwijający się w środowisku skał węglanowych jury górnej. Kras ten na tle sąsiadujących obszarów krasowych (trias śląski) i niekrasowych (kreda miechowska) wyróżnia się odmiennością. Wielokrotnie modyfikowany i odnawiany od okresu kredowego uzyskał specyficzny kształt po neogeńskich ruchach tektonicznych. Rozwój krasu w części południowej ograniczyło powstanie w obrębie zapadliska przedkarpackiego szere­gu rowów tektonicznych wypełnionych miąższym nadkładem ilastych utworów miocenu. W wyniku zaangażowania tektonicznego obszar krasowy został rozbity na liczne bloki, co odzwierciedla rzeźba terenu w postaci m.in. głębokich dolinek podkrakowskich oraz obecność zrębów tektonicznych w obszarze Bramy Krakowskiej. Konsekwencją silnego rozcięcia wodonośca krasowego jest występowanie strefy wa­dycznej o dużej miąższości oraz płytkiej strefy freatycznej, przy braku głębokiej strefy freatycznej. Jednocześnie rolniczy obszar krasowy Jury Krakowskiej, zagospo­darowany ekstensywnie (częściowa ochrona legislacyjna), jest narażony na pośrednie oddziaływanie dwóch sąsiednich dużych aglomeracji miejsko-przemysłowych Krako­wa i Górnego Śląska.

Odzwierciedleniem złożonych oddziaływań antropogenicznych jest hydrosfera podziemna pełniąca nie tylko funkcje użytkowe (eksploatacja wód podziemnych), lecz głównie przyrodnicze (źródło życia, zjawisk i procesów natural­nych).

Celem zrealizowanych i opisanych w niniejszej pracy badań jest charakterystyka regionalna wód poziomu górnojurajskiego w południowej części Jury Krakowsko-Częstochowskiej (tzw. Jury Krakowskiej), z wyeksponowaniem specyfiki wodonośca szczelinowo-krasowego.

Obszar badań swym zasięgiem obejmuje południową część Głównego Zbiornika Wód Podziemnych Częstochowa E (326) o powierzchni około 850 km2, w tym obszar badań modelowych, gdzie były dobrze zdefiniowane warunki brzegowe, o powierzchni 652 km2. Specyfika wodonośca przejawia się w jego skom­plikowanej strukturze hydraulicznej, warunkach krążenia wód, podatności na za­nieczyszczenie, w przestrzennym i czasowym zróżnicowaniu chemizmu wód infil­tracyjnych. Wszystko to pociąga za sobą odmienność problemów ochrony wód podziemnych.

W ramach problematyki regionalnej uwypuklono następujące zagadnienia szcze­gółowe:

— strukturę hydrauliczną ośrodka skał węglanowych szczelinowo-krasowo-porową i jej ocenę ilościową;
— model naturalnych warunków hydrogeologicznych;
— odnawialność wód podziemnych w świetle numerycznych badań modelowych;
— pionową i regionalną zmienność składu chemicznego wód szczelinowo-krasowych;
— procesy ługowania skał węglanowych w świetle modelowania hydrogeochemicznego;
— ocenę naturalnej podatności i zagrożenia poziomu wodonośnego na zanieczyszczenie antropogeniczne;
— strategię ochrony wód szczelinowo-krasowych.

Regionalny charakter pracy warunkuje przyjęcie zróżnicowanej metodyki badań. W celu scharakteryzowania środowiska hydrogeologicznego w utworach węglano­wych jury górnej wykonano badania terenowe szczelinowatości i skrasowienia wapie­ni, a także badania laboratoryjne porowatości skał zbiornikowych, ponadto przepro­wadzono kartowanie hydrologiczne, badania hydrometryczne i modelowe. Chemizm i jakość wód podziemnych opracowano na podstawie kompleksowych badań hydro­chemicznych — terenowych i laboratoryjnych, procesy ługowania skał węglanowych przybliżono, opierając się na modelowaniu hydrogeochemicznym specjacyjnym. Aby ocenić naturalną podatność wodonośca na zanieczyszczenie, skorzystano z metod pa­rametrycznych i rangowych. Opierano się na publikowanych i archiwalnych wynikach badań własnych oraz wykonanych ze współautorami ...

SPIS TREŚCI :

1. Wprowadzenie

2. Występowanie wód szczelinowo-krasowych w masywie skał węglanowych

3. Charakterystyka fizycznogeograficzna Jury Krakowskiej

3.1. Położenie geograficzne i rzeźba terenu
3.2. Warunki klimatyczne i hydrografia

4. Zarys budowy geologicznej

4.1. Stratygrafia i litologia
4.2. Tektonika
4.3. Zjawiska krasowe

5. Środowisko hydrogeologiczne poziomu jury górnej

5.1. Charakterystyka hydrogeologiczna pięter wodonośnych w subregionie jurajskim
5.2. Struktura hydrauliczna skał węglanowych Jury Krakowskiej
5.3. Model przyrodniczy warunków hydrogeologicznych
5.3.1. Warunki występowania i parametry hydrogeologiczne poziomu jury górnej
5.3.2. Warunki zasilania, przepływu i drenażu
5.3.3. Rola cieków w drenażu i zasilaniu poziomu wodonośnego
5.3.4. Badania krenologiczne w aspekcie oceny reżimu poziomu wodonośnego
5.4. Odnawialność i zasoby wód podziemnych poziomu górnojurajskiego
w świetle numerycznych badań modelowych
5.4.1. Koncepcja i struktura numerycznego modelu systemu wodonośnego
5.4.2. Identyfikacja i weryfikacja modelu
5.4.3. Układ krążenia i bilans wód podziemnych
5.4.4. Odnawialność zasobów wód podziemnych

6. Chemizm wód podziemnych w utworach węglanowych jury górnej

6.1. Metodyka przeprowadzonych badań hydrochemicznych
6.2. Chemizm wód w strefie wadycznej
6.3. Chemizm wód w strefie freatycznej
6.4. Procesy hydrochemiczne formujące skład chemiczny wód podziemnych w środowisku skał węglanowych
6.5. Pionowa i regionalna zmienność składu chemicznego wód
6.6. Jakość wód podziemnych i czynniki je degradujące

7. Zróżnicowanie chemizmu wód zachodzące w warunkach umiarkowanej antropopresji

7.1. Procesy ługowania skał węglanowych Jury Krakowskiej w świetle modelowania hydrogeochemicznego specjacyjnego
7.2. Krasowa denudacja chemiczna
7.3. Zanieczyszczenia w hydrosferze Jury Krakowskiej

8. Ocena stopnia zagrożenia wód podziemnych

8.1. Zagospodarowanie powierzchni terenu i antropogeniczne ogniska zanieczyszczeń
8.2. Ocena naturalnej podatności poziomu wodonośnego na zanieczyszczenia antropogeniczne
8.2.1. Ogólne uwagi metodyczne
8.2.2. Ocena naturalnej podatności szczelinowo-krasowego poziomu wodonośnego na zanieczyszczenie

9. Strategia ochrony wód szczelinowo-krasowych Jury Krakowskiej

9.1. Ochrona wód szczelinowo-krasowych
9.2. Dotychczasowe działania w zakresie ochrony wód podziemnych Jury Krakowskiej
9.3. Propozycje dalszych badań hydrogeologicznych w zakresie ochrony wód podziemnych

10. Podsumowanie i wnioski

Literatura

Summary
Resume