Charakterystyka hydrogeologiczna GZW i jej znaczenie dla prowadzenia oceny podatności

Zgodnie z regionalnym podziałem hydrogeologicznym Polski według Paczyńskiego (1980) obszar Górnośląskiego Zagłębia Węglowego („basen górnośląski”) połoŜony jest w zasięgu prowincji platformy środkowoeuropejskiej, w regionie basenu niemiecko – polskiego, oraz częściowo w prowincji alpejskiej. W ramach platformy środkowoeuropejskiej GZW znajduje się w zasięgu podregionu basenu południowego, stanowiącego jednostkę hydrogeologiczną niŜszego rzędu w regionie basenu niemiecko - polskiego.

Basen południowy odznacza się płytkim występowaniem waryscyjskiego fundamentu platformy środkowoeuropejskiej z duŜym udziałem paleozoicznych pięter wodonośnych, do których naleŜą piętra kambru, dewonu i karbonu. Według Paczyńskiego (1980) basen południowy stanowi obszar zasilania jednostki hydrogeologicznej basenu niemiecko – polskiego.

31 Skrajnie południowa część GZW leŜy w zasięgu Karpat zewnętrznych stanowiących podregion prowincji alpejskiej. W Karpatach zewnętrznych fliszowe piętro strukturalne jest nasunięte na utwory neogenu i paleozoiku.

Ze względu na zróŜnicowane warunki zasilania paleozoicznych poziomów wodonośnych będące wynikiem róŜnic w budowie geologicznej ich nadkładu, w basenie górnośląskim wydzielono dwa subregiony hydrogeologiczne (RóŜkowski w: Wilk red. 2003, RóŜkowski red. 2004): subregion północno – wschodni (I) i subregion południowo – zachodni (II). Zasięg wydzielonych subregionów hydrogeologicznych przedstawia Rys. 5.1.

Rys. 5.1. Subregiony hydrogeologiczne GZW (RóŜkowski w: Wilk red. 2003)

Subregion (I) północno – wschodni (nazywany hydrogeologicznie odkrytym) obejmuje swym zasięgiem fragment monokliny śląsko – krakowskiej oraz cokół platformy waryscyjskiej. W zasięgu monokliny śląsko – krakowskiej bezpośrednio na utworach karbonu i lokalnie permu występują wodonośne utwory triasu bytomskiego, chrzanowskiego i częściowo gliwickiego, które lokalnie przykryte są wodonośnymi utworami jury a na całej powierzchni ich występowania równieŜ utworami czwartorzędu. Odnowiony w czasie orogenezy alpejskiej cokół platformy waryscyjskiej zbudowany jest z utworów karbonu produktywnego przykrytych osadami czwartorzędu.

Subregion (II) południowo – zachodni (nazywany hydrogeologicznie zakrytym) znajduje się w obrębie alpejskich struktur zapadliskowych, które rozciągają się od Karpat na południu do Gliwic na północy. Zapadlisko przedkarpackie wypełnione jest przez kompleks ilastych utworów neogenu o miąŜszości dochodzącej do 1100 m, spoczywających głównie na utworach karbonu.

RóŜnice w budowie geologicznej GZW stanowią jeden z czynników wpływających na wodonośność i chemizm wód w utworach karbońskich. Wraz z czynnikami hydrogeologicznymi (zmienność właściwości hydrogeologicznych z głębokością) i antropogenicznymi (związanymi z działalnością górniczą) wpływają na formowanie się strefowości hydrochemicznej piętra wodonośnego karbonu (Szczepański, RóŜkowski, 2007). Wraz z głębokością maleje przepuszczalność piaskowców karbońskich w wyniku procesów diagenezy, co wpływa na ich wodonośność.

Budowa strukturalna zagłębia i związane z nią warunki hydrogeologiczne sprawiają,

32 wyŜsze niŜ w subregionie południowo-zachodnim, w którym karbońskie poziomy wodonośne są izolowane od powierzchni ilastymi utworami miocenu (odwrotna relacja dotyczy ładunku jonów Cl^- i SO4^2- w wodach pochodzących z odwadniania zakładów górniczych). Brak warstwy izolacyjnej wiąŜe się z dopływem wód pochodzących z powierzchni terenu i wyŜszych pięter wodonośnych o niŜszej mineralizacji, przy nieznacznym dopływie wód pochodzących z zasobów statycznych karbonu (Bukowski, Bromek, Augustyniak, 2006). Odwadnianie wyrobisk górniczych doprowadziło do obniŜenia naturalnej podstawy drenaŜu (lokalnie do 1200 m), w wyniku czego nastąpiło stopniowe wysładzanie wód głębszych (karbońskich) poziomów wodonośnych, które mieszają się ze słabiej zmineralizowanymi wodami płytszych poziomów, wodami pochodzącymi z powierzchni terenu lub wodami technologicznymi wprowadzanymi do wyrobisk. Czynniki te sprawiają, Ŝe głębokość występowania wód słodkich i słonawych (o mineralizacji do 5 g/l) w subregionie północno-wschodnim sięga 400m, a na obszarze niecki bytomskiej nawet 650 m (RóŜkowski, Janusz, Sołtysiak 2002, RóŜkowski red. 2004).

Przy uwzględnieniu wodonośności nadkładu karbonu, w obrębie GZW wyróŜniono trzy podstawowe układy hydrogeologiczne, które oprócz wielkości dopływu wody i charakteru zagroŜeń wodnych w kopalniach (RóŜkowski 2008), decydują teŜ o skali i rodzaju wpływu działalności górnictwa na powierzchnię terenu oraz skutków zatapiania zlikwidowanych zakładów górniczych. Charakterystyczne dla subregionu I występowanie w nadkładzie karbonu przepuszczalnych utworów czwartorzędu (układ pierwszy) lub triasu (lokalnie równieŜ jury środkowej i górnej) i czwartorzędu (układ drugi), decyduje o piętrowości hydrogeologicznej wód podziemnych tego subregionu. Generalnie subregion I jest obszarem zasilania wód podziemnych w utworach karbonu produktywnego.

W układzie trzecim, w zasięgu południowej i północno – zachodniej części zagłębia (tzn. subregionu II), utwory karbonu zalegają pod miąŜszą serią utworów ilastych neogenu, które izolują piętro wodonośne karbonu od poziomów wodonośnych czwartorzędu.

Górnośląskie Zagłębie Węglowe jest obszarem, na którym od wielu lat wzajemnie nakładają się róŜnorodne, negatywne dla wód podziemnych wpływy działalności człowieka związane z rozwojem górnictwa i przemysłu, któremu towarzyszy intensywna urbanizacja. Prowadzona eksploatacja górnicza doprowadziła do znacznych przekształceń pierwotnych stosunków wodnych, zarówno pod względem jakościowym, jak i ilościowym (RogoŜ, Posyłek 2000, Szczepański, 2004, Wilk red. 2003, RogoŜ 2004,).

Zasoby wód podziemnych nadających się do wykorzystania jako źródło wody pitnej ulegają postępującemu uszczupleniu i degradacji wskutek oddziaływania licznych powierzchniowych ognisk zanieczyszczeń. Deformacje górotworu i powierzchni terenu będące skutkiem prowadzonej na szeroką skalę na terenie GZW eksploatacji pokładów węgla z zawałem skał stropowych nie tylko wpływają na zasięg drenaŜu górniczego, ale takŜe są przyczyną wzrostu zagroŜenia ze strony ognisk zanieczyszczeń. Przekształcenia środowiska takie, jak np. zmiany głębokości do wód podziemnych następujące wskutek drenaŜu górniczego lub rozwoju niecek obniŜeniowych, poeksploatacyjne udroŜnienie górotworu dla wód opadowych, zmiany parametrów hydraulicznych utworów wodonośnych, zmiany charakteru cieków na infiltrujący, czy degradacja pokrywy glebowej prowadzą (najczęściej) do osłabienia naturalnych ochronnych właściwości środowiska skalnego i wzrostu podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia.

33 Charakter i zakres przekształceń środowiska wynika nie tylko z czynników górniczych (np. system, wysokość i głębokość eksploatacji), ale jest ściśle związany z połoŜeniem kopalni na tle budowy geologicznej GZW.

Rys. 5.2. Schemat litologiczny subregionów hydrogeologicznych GZW (Bukowski, Bromek, Augustyniak 2006)

Utwory karbonu w obrębie subregionu II przykryte są znacznej miąŜszości ilastymi osadami neogenu, które (na przewaŜającej części obszaru subregionu) izolują je od leŜących na powierzchni utworów czwartorzędowych tworzących ciągłą pokrywę o zmiennej miąŜszości (Rys. 5.2). Istnienie warstwy izolacyjnej zapobiega drenowaniu płytkich poziomów wodonośnych i zabezpiecza je przed niekorzystnymi skutkami zatapiania kopalń, ale jednocześnie sprzyja niekorzystnym zmianom stosunków gruntowo – wodnych na powierzchni terenu. Poeksploatacyjne zmiany ukształtowania powierzchni terenu, oprócz przypadków składowania odpadów górniczych (skały płonej) związane są z powstawaniem rozległych niecek obniŜeniowych, a deformacje o charakterze nieciągłym występują sporadycznie.

Problem piętrzenia wód kopalnianych w zlikwidowanych kopalniach subregionu II dotyczy praktycznie wyłącznie ujęć wód karbońskich zlokalizowanych na wyŜszych poziomach kopalń węgla kamiennego. ZagroŜenie dla powierzchni terenu i płytkich poziomów wodonośnych izolowanych od piętra karbońskiego moŜe być związane jedynie z dopływem wód kopalnianych przez niewłaściwie zlikwidowane lub niezabezpieczone wyrobiska pionowe (szyby, otwory wiertnicze). W większości przypadków seria ilastych utworów neogenu będzie stanowiła dostateczną ochronę przed negatywnym wpływem piętrzenia wód kopalnianych.

Większość obszarów górniczych kopalń węgla kamiennego na terenie GZW (obecnie w większości zlikwidowanych) połoŜona jest w obrębie I subregionu hydrogeologicznego w zasięgu siodła głównego, niecki bytomskiej i północnego skłonu niecki głównej. Eksploatacja złoŜa węgla prowadzona była tu na róŜnych głębokościach (od kilku do ponad 1000 m), róŜnymi technikami (które udoskonalano z biegiem czasu), a charakterystyczną cechą tego rejonu jest występowanie płytkich wyrobisk (w tym biedaszybów) połoŜonych często tuŜ pod powierzchnią terenu (Kotyrba 2005), z którymi wiązane jest zagroŜenie ze strony nieciągłych deformacji powierzchni terenu. Brak utworów skutecznie izolujących poziomy wodonośne w nadkładzie karbonu od karbońskiego piętra wodonośnego charakterystyczny dla subregionu I sprawia, Ŝe poziomy te mogą być naraŜone na

34 zanieczyszczenie nie tylko ze źródeł powierzchniowych, a takŜe wskutek dopływu wód kopalnianych piętrzonych w zrobach zlikwidowanej kopalni.

Skutki zatapiania kopalń połoŜonych na terenie GZW będą odmienne w zaleŜności od przyjętego lub moŜliwego do realizacji sposobu i tempa zatapiania (jednoetapowy, wieloetapowy), charakteru kopalni (odosobniona, zespołowa), a takŜe połoŜenia kopalni na tle budowy geologicznej zagłębia.

Z analizy dokonanych w obu subregionach hydrogeologicznych GZW wpływów eksploatacji węgla i przewidywanych skutków zatapiania zlikwidowanych kopalń wynika,

Ŝe szczególnie intensywne przekształcenia środowiska będące wynikiem działalności górnictwa nastąpiły i będą następowały w przyszłości w obrębie subregionu I – hydrogeologicznie odkrytego, gdzie zlokalizowana jest m.in. zlikwidowana KWK „Grodziec”, która posłuŜyła autorowi jako poligon badań szczegółowych.

W obrębie południowej i południowo – zachodniej części GZW wpływy górnictwa związane są głównie ze zmianami ukształtowania powierzchni terenu i warunków wodnych na powierzchni oraz zrzutem słonych wód kopalnianych do cieków. Tereny obniŜone wskutek eksploatacji ulegają często podtopieniu spowodowanemu względnym podniesieniem się zwierciadła wód gruntowych. Płytkie poziomy wodonośne nie ulegają zdrenowaniu, a zaprzestanie odwadniania kopalń i odbudowa zwierciadła wody piętra karbońskiego nie powinno powodować dalszych zmian warunków wodnych na powierzchni.

5.3. Rozwój górnictwa podziemnego węgla kamiennego i jego wpływ na warunki