Identyfikacja parametrów filtracyjnych w strefie współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych. - Chudziak, Łukasz (My University, 2013)
Współdziałanie wód powierzchniowych i podziemnych jest zagadnieniem analizowanym zarówno przez hydrologów jak i hydrogeologów. Mimo to, zmienność czasowa i przestrzenna parametrów hydraulicznych osadów dennych nie została jak dotychczas wystarczająco rozpoznana. W doktoracie opracowano nową metodę i aparaturę do tej metody, która umożliwia bezpośredni pomiar parametrów hydraulicznych osadów dennych zarówno rzek jak i zbiorników wodnych. W badaniach wykorzystano filtrometr, który zaprojektowano i wykonano na podstawie modyfikacji dwóch przyrządów pomiarowych: seepage metera (Lee 1977) oraz infiltrometru dennego (Litwiński 1986). Ponadto, w pomiarach wykorzystano również gradientomierz, który skonstruowano na podstawie koncepcji Lee i Cherry’ego (1978, za Sanders 1998). Filtrometr oraz gradientomierz testowano na specjalnie zaprojektowanym stanowisku laboratoryjnym. Celem badań była kalibracja obu aparatów. Wartości mierzonych parametrów otrzymane na podstawie pomiarów filtrometrem i gradientomierzem, porównano z wartościami wzorcowymi, uzyskanymi z kolumny filtracyjnej. Otrzymane różnice nie przekroczyły 15%. Następnie przyrządy pomiarowe testowano w warunkach terenowych. Badania te wykonano na trzech obiektach testowych: na Zbiorniku Piaski-Szczygliczka w Ostrowie Wielkopolskim, na rzece Parsęcie w okolicach Storkowa oraz na stawach infiltracyjnych na ujęciu wody dla miasta Poznań-Dębina. Pomiary wykonane w rejonie zbiornika Piaski-Szczygliczka w Ostrowie Wielkopolskim, pozwoliły określić warunki stosowalności metody. Stwierdzono, że filtrometr można stosować w rzekach lub zbiornikach wodnych, których głębokość jest większa od 32 cm, w których dnie zalegają osady umożliwiające wbicie klosza na głębokość 20 cm. Istotnym ograniczeniem mogą być: kamieniste dno, korzenie roślin wodnych lub drzew nadbrzeżnych, czy też osady muliste, organiczne, bądź silnie skonsolidowane. W mniejszym stopniu ograniczenia te dotyczą zastosowań w terenie gradientomierza, który łatwiej można wbić w osady denne. Na podstawie badań drenażu wód podziemnych przez wody powierzchniowe, przeprowadzonych w rejonie Storkowa na rzece Parsęcie stwierdzono, że parametry hydrauliczne koryta rzecznego są zmienne w czasie i przestrzeni. Parametry te są zwłaszcza uzależnione od: • pory roku, • lokalizacji punktu pomiarowego w odcinkach rzeki o zróżnicowanych procesach geomorfologicznych (strefa erozji meandra, strefa akumulacji meandra, odcinek prosty), • typu osadów dennych, • lokalnych zakłóceń przepływu wody w rzece, np. głazy, gałęzie, korzenie, ukształtowania doliny rzecznej. W przypadku pomiarów infiltracji przeprowadzonych w stawach 14-A i 14-B na ujęciu wody Poznań-Dębina zauważono, że przepływ jednostkowy, gradient hydrauliczny oraz współczynnik filtracji wykazują znaczny związek z: • typem osadów dennych, • oddaleniem od studni eksploatacyjnych ujęcia, wielkością eksploatacji wód podziemnych w pobliżu stawu. Zaproponowana w pracy metoda pomiarowa pozwala na rozpoznanie natężenia drenażu lub infiltracji przez osady denne. Może to stanowić punkt wyjścia do oceny stopnia rozpulchnienia lub konsolidacji osadów. To z kolei decyduje o intensywności procesów korytowych i brzegowych zachodzących lokalnie w różnych strefach morfologicznych rzeki: w strefie erozji meandra, w strefie akumulacji meandra, czy też na prostych odcinkach rzeki. Matematyczne modelowanie współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych wymaga rozpoznania terenowego parametrów hydraulicznych osadów dennych, które trzeba zadeklarować dla każdego bloku obliczeniowego modelu. Rozpoznania parametrów hydraulicznych osadów dennych trzeba zatem dokonać w skali lokalnej. Dotychczas parametry te szacowano na podstawie pomiarów pośrednich np. metodą różnicy przepływu w dwóch przekrojach hydrometrycznych rzeki. Takie rozpoznanie pozwala na określenie uśrednionych wartości parametrów, bez możliwości określenia ich lokalnej zmienności.

The interaction between surface water and groundwaters is an issue under consideration by hydrologists and hydrogeologists. However, time and spatial variability of hydraulic parameters of bottom sediments has not yet been sufficiently recognized. The doctorate developed a new method and apparatus for the method that allows direct measurement of hydraulic parameters of bottom sediments of rivers and reservoirs. The study used filtrometr, which was designed and made based on the modification of two measuring instruments: seepage meter (Lee 1977) and bottom infiltrometer (Litwiński 1986). Furthermore, in measurements were also used mini-piezometer, which was constructed based on the concept Lee and Cherry (1978, by Sanders 1998). Mini-piezometer and filtrometer were tested in a specially designed laboratory stand. The aim of the study was to calibrate these two apparatus. The values of the measured parameters obtained from measurements by filtrometer and mini-piezometer, were compared with the reference values, obtained from the filtration column. Differences didn’t exceed 15%. Then the measuring instruments were tested in the field. These studies were carried out on three test sites: in the Piaski-Szczygliczka Reservoir in Ostrów Wielkopolski, on the river Parsęta near Storkowo and in infiltration ponds on water intake for the city of Poznań-Dębina. Measurements made in the area of the Piaski-Szczygliczka Resevoir in Ostrów Wielkopolski, helped to determine the conditions of applicability of the method. It was found that filtrometr can be used in rivers and reservoirs, the depth of which is greater than 32 cm, in which the bottom sediments allowing arrears lens punching a depth of 20 cm. A significant limitation may be: rocky bottom, the roots of aquatic plants or trees coastal or muddy sediments, organic, or highly consolidated. To a lesser extent, these restrictions apply to field use mini-piezometer that it is easier to put in the bottom sediments. On the basis of the drain groundwater by surface water, carried out in the area of the Parsęta river in Storkowo concluded that riverbed hydraulic parameters are variable in time and space. These parameters are particularly dependent on: - the time of year, - location of the measurement point in the river sections with different geomorphological processes (erosion zone,meander accumulation zone, a straight line), - the type of bottom sediments, - local disruption of water flow in the river, such as rocks, branches, roots, formation of river valley. In the case of infiltration measurements carried out in the ponds 14-A and 14-B at the water intake Poznan-Dębina, noted that the flow unit, hydraulic gradient and permeability coefficient showed significant association with: - the type of bottom sediments, - remoteness from operating wells recognition size of the exploitation of groundwater in the vicinity of the pond. Proposed method allows identification of measuring the intensity of drainage or infiltration of sediments. This can be a starting point for assessing the degree of leavening or consolidation of sediments. This in turn determines the intensity and boundary channel processes occurring locally in different morphological rivers zones. Mathematical modeling of interaction surface water and groundwater requires recognition field hydraulic parameters of sediments that have declared for each block computational model. Diagnoses hydraulic parameters of sediments must therefore be made on a local scale. So far, these parameters are estimated based on indirect measurements for example by differential flow in the two sections hydrometric river. Such recognition allows you to determine the average values of the parameters, that can’t be determine in the local volatility.
Identification of filtration parameters in the area of surface water and groundwaters synergy
Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych
Keywords: Infiltracja; Seepage; Drenaż; Drainage; Filtrometr; Filtrometer; Gradientomierz; Mini-piezometer