Stacja Naukowo-Badawcza
Ochrony środowiska i wpływów
antropogenicznych na wody podziemne

Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego
al. Żwirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa
tel. 5540027, 5540028

Ryc. 2. Profil hydrogeologiczny i konstrukcja studni ujmującej oligoceński poziom wodonośny
na terenie stacji badawczej przy Wydziale Geologii UW (fragment; zobacz cały profil, 391 kb).

Ryc. 3. Plan sytuacyjny Stacji Badawczej (fragment; zobacz cały plan, 276 kb).

Dane gromadzone są w czterech pionach tematycznych:

Poza zajęciami przewidzianymi w programie nauczania i rejestracją analizowanych parametrów w systemie monitoringowym, na terenie stacji prowadzone są badania eksperymentalne, planowane i wykonywane przez doktorantów i magistrantów naszego Wydziału. Między innymi wymienić tu należy prace doktorskie: Moniki Kadzikiewicz-Schoeneich – „Zmienność stężeń miedzi i cynku w strefie płytkiego krążenia wód na przykładzie wybranych poligonów badawczych w okolicach Warszawy”; Doroty Pawlickiej - „Przyczyny zróżnicowania zawartości rozpuszczonego tlenu i dwutlenku węgla w wodach podziemnych wybranych środowisk hydrogeochemicznych”; część badań eksperymentalnych Emilii Wójcik do jej pracy doktorskiej „Wpływ ciśnienia ssania na przepuszczalność wybranych gruntów spoistych Warszawy”, oraz badania nad tematem „Czynniki wpływające na zawartość żelaza w wodach podziemnych poziomu oligoceńskiego eksploatowanego na terenie Warszawy”.

Wyniki prowadzonych badań połączone ze zwiedzaniem poszczególnych stanowisk oraz praktycznym zapoznaniem się z metodyką próbnych pompowań studni głębinowych, prezentowane są również grupom studenckim z innych wydziałów i u czelni. Wymienić tu należy: Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Międzywydziałowe Studia Ochrony Środowiska, Słuchaczy Studiów Podyplomowych Uniwersytetu Warszawskiego, oraz grupy studentów Wydziału Melioracji i Inżynierii Środowiska SGGW w Warszawie, wydziału Biologii i Nauk o Ziemi i Interdyscyplinarnych Studiów Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego, a także pracowników i studentów Instytutu Gospodarki Wód Podziemnych Uniwersytetu w Dreźnie.

Poza tym w zajęciach na stacji uczestniczyła młodzież Technikum Geologicznego, Zespołu Szkół Geodezyjno-Geologiczno-Drogowych w Warszawie oraz szereg grup zgłaszanych przez Gimnazja, Szkoły podstawowe i koła naukowe. Pracownicy stacji czynnie uczestniczą również w programie Festiwalu Nauki i Dniach otwartych Wydziału Geologii.

Stosunkowo duży, zabezpieczony ogrodzeniem teren umożliwia testowanie sprzętu i aparatury stosowanej w hydrogeologicznych i geologiczno-inżynierskich badaniach polowych:

1) Sondy „BAT” służącej do określania parametrów filtracyjnych utworów słaboprzepuszczalnych,

2) Automatycznej sondy DPL do sondowań dynamicznych (określenie stopnia zagęszczenia gruntów sypkich),

3) Sondy statycznej CPT - 5O kN do wyznaczania parametrów geologiczno-inżynierskich, gruntów sypkich i spoistych,

4) Dylatometru Marchetti’ego DMT do wyznaczania modułu ściśliwości, współczynnika parcia bocznego, gęstości objętościowej.

Wymienione badania prowadzone były na poletku doświadczalnym Nr 6 wypełnionym do głębokości kilku metrów piaskami o różnej granulacji oraz w jego sąsiedztwie gdzie w profilu geologicznym in situ występują gliny zwałowe z przewarstwieniami piasków drobnoziarnistych i pylastych. Stwierdzony głębokimi wierceniami profil geologiczny pozwala na bezpośrednią konfrontację wyników badań uzyskanych przy użyciu lekkiej mechanicznej wiertnicy.

Poza tym w latach 2003 i 2004 w nawiązaniu do cyklu wykładów profesora Piotra Tuchołko z Université Paris Sud (ORSAY, Francja) odbywały się zajęcia praktyczne dla studentów III i IV roku dotyczące zastosowania w badaniach terenowych tomografii elektrooporowej oraz płytkiej sejsmiki refrakcyjnej

W ćwiczeniach tych prowadzonych w ramach programu Socrates- Erasmus każdorazowo uczestniczyło około 30 osób.

W celu przybliżenia problematyki badawczej Stacji poniżej zamieszczono wybrane przykłady graficznej interpretacji danych, które bardziej przemawiają do odbiorcy niż słowo pisane. W przypadku opadów atmosferycznych ważna jest nie tylko wysokość miesięcznych czy rocznych sum opadów ale również charakter i rozkład ich w skali doby warunkujący możliwości infiltracyjne terenu (Ryc.4). Z uwagi na transport emitowanych do atmosfery zanieczyszczeń zarówno bliskiego jak i dalekiego zasięgu przy analizie składu chemicznego wód opadowych przydatna jest również znajomość rozkładu kierunków wiatru (Ryc.5).

W tworzeniu modeli geochemicznych przez rozwiązywanie układu równań uwzględniających stałe równowagi poszczególnych reakcji oraz bilans masy analizowanych składników w strefie oddziaływania roztworu ze środowiskiem skalnym, niezbędna jest znajomość temperatury i wilgotności gruntu (ryc.6, ryc.7).

Ryc. 6. Zmiany średnich miesięcznych temperatur gruntu w funkcji głębokości .

Ryc. 7. Zmiany wilgotności gruntu w funkcji głębokości.

W obu przypadkach mikroprocesorowe mierniki zamontowane są na różnych głębokościach począwszy od 5 cm do 4 m. Dobowy rozkład obu tych parametrów przy automatycznej rejestracji danych sprowadzany jest do wartości średnich godzinowych. Analiza pomiarów temperatury gruntu wykazała, że od maja do sierpnia wraz z głębokością temperatura obniża się, natomiast od listopada do lutego następuje odwrócenie gradientu termicznego – im głębiej tym temperatura jest wyższa. W pozostałych miesiącach zmiany notowane w profilu pionowym są zróżnicowane, zależne od lokalnych warunków klimatycznych w danym roku. Elektryczny pomiar wilgotności gruntu z zastosowaniem techniki reflektometrycznej umożliwia uzyskanie w ciągu miesiąca 3 000 danych liczbowych, które w zależności od potrzeby mogą być rozpatrywane w różnych skalach czasowych. W celu prześledzenia zmian składu chemicznego wód przesiąkowych migrujących przez strefę aeracji do zwierciadła wód gruntowych zamontowano piezometr oraz sześć próbników podciśnieniowych (Ryc.8).

Ryc. 8. Profil geologiczny i schemat rozmieszczenia próbników. <==   Przy hydrogeochemicznych opróbowaniach poza makro- i mikroskładnikami wód określano również zawartość gazów (Ryc.9). Ryc. 9. Rozkład średnich miesięcznych zawartości rozpuszczonego tlenu w wodach przesiąkowych i gruntowych.

Wiele uwagi poświęca się również dynamice wód podziemnych czwartorzędowego i oligoceńskiego poziomu wodonośnego, obserwując zmiany zachodzące pod wpływem cykliczności zjawisk przyrodniczych oraz wielkości eksploatacji. Podobnie jak w obserwacjach IMiGW pomiary stanów płytkich wód podziemnych w piezometrze wykonywane są z tygodniową częstotliwością. Natomiast w studniach wierconych poziom rejestrowany jest w systemie ciągłym. Przykład przebiegu stanów wód podziemnych z dwuletniego cyklu obserwacji ilustrują załączone wykresy (Ryc.10). W przypadku studni wierconych krótkotrwałe zaburzenia spowodowane są próbnymi pompowniami, w czasie których prowadzone są badania eksperymentalne.

Ryc. 10. Przykład wyników monitoringu wód podziemnych.

Najbardziej wrażliwe na opady są płytkie wody podziemne, natomiast głębsze poziomy wodonośne odzwierciedlają tendencje regionalne. Na przykład po wprowadzeniu rygorów administracyjnych ograniczających eksploatację poziomu oligoceńskiego notowana jest systematyczna odbudowa ciśnienia hydrostatycznego. Od 1993 roku do chwili obecnej poziom tych wód wzrósł o ponad 6 m. (zobacz Ryc.11, 69,5 kb).

Przy eksploatacji poziomu oligoceńskiego ważnym problemem jest również skład chemiczny wód. Mimo wysokiej jakości i walorów smakowych woda ta nie spełnia wszystkich warunków stawianych wodom pitnym, głównie ze względu na ponadnormatywne zawartości żelaza. Koncentracja tego składnika w złożu jest z reguły znacznie niższa niż w czasie jego eksploatacji. W celu przekonania się czy tego rodzaju zmiany są wywołane czynnikami natury przyrodniczej czy też antropogenicznej analizie poddano wyniki oznaczeń próbek wody, pobieranych bezpośrednio po odwierceniu studni ujmujących oligoceński poziom wodonośny na terenie całej Warszawy – bez względu na rok wykonania ujęcia.

Wyniki tak zebranego materiału wykazały, że w ostatnim 50-leciu zawartość żelaza utrzymuje się na przyrodniczo uwarunkowanym poziomie. Uzyskane wartości oscylowały w zakresie 0,35-1,5 mg Fe/dm³ przy zdecydowanej dominacji 0,51 do 0,75 mg Fe/dm³. Również w studni odwierconej na terenie Stacji Badawczej przy Wydziale Geologii początkowa koncentracja Fe wynosiła 0,7 mg Fe/dm³ i w miarę trwania eksploatacji wzrastała do kilku mg Fe/dm³. Kilkukrotne badania eksperymentalne prowadzone w czasie próbnych pompowań trwających przez 3 doby wykazały spadek koncentracji od około 8 do 3 mg Fe/dm³ (Ryc.12).

Ryc. 12. Zależność między tempem wymiany wód w studni a koncentracją związków żelaza.

Uzyskane wyniki obejmujące również badania składu chemicznego wód wykazały, że wzrost zawartości żelaza w czasie eksploatacji studni spowodowany jest głównie wielkością poboru wody, konstrukcją studni oraz wpływem bakterii żelazistych.Poza cytowanymi przykładami zgromadzony na stacji materiał dokumentacyjny dotyczący roli opadów atmosferycznych i strefy aeracji w kształtowaniu składu chemicznego wód podziemnych pozwolił na określenie pionowej strefowości hydrochemicznej (Ryc.13). Zachodzące w profilu pionowym zmiany składu chemicznego wód najwyraźniej odzwierciedla ogólna ich mineralizacja. Największe – skokowe zmiany zachodzą w strefie aeracji, gdzie suma rozpuszczonych składników stałych, w stosunku do wód opadowych ulega  kilkunastokrotnemu wzrostowi. W strefie saturacji, na chemizm wód podziemnych, poza wpływem wód opadowych i przesiąkowych mają wody gruntowe pochodzące z dopływu lateralnego. Zmianie ulega również skład jonowy wód kształtujący ich typ hydrochemiczny. Badania monitoringoweprowadzone w okresie ostatniego dziesięciolecia wykazały, że najbardziej stabilnym typem wód charakteryzuje się poziom oligoceński izolowany od wpływów antropogenicznych miąższym kompleksem iłów plioceńskich, natomiast do najbardziej zmiennych należy skład jonowy wód opadowych.

Ryc. 13. Zmiany chemizmu wód w profilu pionowym wyrażone metodą Udlufta .

20 marca 2007