Rekultywacja warunków hydrogeologicznych w dolinie Kaczawy

TADEUSZ MACHON „Cuprum"

REKULTYWACJA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZNYCH

W DOLINIE KACZAWY

UKD 551.491.7:551.79:551.312.3(438.20-13) W jesieni 1963 r. Przedsiębiorstwo Geologiczne we

Wrocławiu wykonało w N o w y m Kościele 4 otwory w utworach aluwialnych doliny Kaczawy. Celem tych wierceń było ustalenie wielkości erozji dennej K a -czawy na pewnym odcinku oraz miąższości zdepono-wanych przez nią osadów. Autor, który nadzorował te wiercenia, wykorzystił je również dla badań hydrogeologicznych.

Podstawowym zagadnieniem ze względu na zanik wody w studniach było ustalenie metodą polową (metoda Maaga) współczynnika filtracji к dla utwo-rów aluwialnych oraz obliczenie wielkości dopływów wody do poszczególnych otworów. Otwory zlokalizo-wano na tarasach rzeki: dwa po stronie wschodniej <oraz dwa po zachodniej (ryc'. 1).

Kaczawa w rejonie przeprowadzonych obserwacji meandruje w utworach aluwialnych w dolinie sze-rokiej do 300 m. Z odwierconych otworów wynika (ryc. 2), że składają się one z piasków, żwirów, oto-czaków o 0 do 150 m m i gliny zapiaszczonej. Miąż-szość aluwiów rzecznych wynosi średnio ok. 4,40 m, przy czym pod dnem koryta Kaczawy tylko ok. 1,60 m. Przepływ w o d y w Kaczawie uzależniony jest od pór roku i wynosi średnio 70 mVrnin;, a przy stanach powodziowych ok. 2000 m3/min. Średnia roczna, suma opadów wynosi ok. 700 m.

N

L

Ryc. 1. Szkic sytuacyjny terenu badań. 1 — studnie suche po obniżeniu zwierciadła wody w Ko-palni, 2 — studnie czynne bez przerwy (położone poza wy-chodniami d.c.), 3 — granica wyrobisk górniczych, 4 —

średnica otworu. '

KRÓTKA CHARAKTERYSTYKA GEOLOGICZNA I HYDROGEOLOGICZNA TERENU

'•.-. " ..' " '

Podłoże aluwiów rzecznych w rejonie przeprowa-dzonych obserwacji stanowią utwory cechsztynu o sumarycznej miąższości ok. 50,0 m. W skład nich wchodzi seria marglisto-wapienna i dolomitowa dol-nego i środkowego cechsztynu (15,0 m) oraz pias-kowce (30,0 m) i łupki (5,0 m) górnego cechsztynu (ryc. 3).

Wieloletnie obserwacje górotworu w kopalni w y -kazały, że seria marglisto-watpienna dolnego cech-sztynu oraz łupki górnego cechcech-sztynu są pozbawione wody i stanowią poziom izolacyjny, natomiast pias-kowce górnego cechsztynu łącznie z porowatymi do-lomitami środkowego c.echsztyriu stanowią poziom wodonośny. Oddzielony jest on od wód czwartorzę-dowych łupkami ilastymi górnego cechsztynu, uwa-żanymi za ekran izolacyjny zapobiegający kontakto-waniu się wód czwartorzędowych z niższymi pozio-mami wodonośnymi. Swobodne zwierciadło wody w utworach czwartorzędowych ustalało się między rzędnymi od 211,14 do 211,89 m npm. W tym samym czasie zwierciadło w o d y w Kaczawie wahało się w pobliżu rzędnej 211,7 m npm. Różnice między rzęd-nymi zwierciadła w o d y w otworach i w Kaczawie wynikają najprawdopodobniej z różnej przepuszczal-ności utworów aluwialnych oraz morfologii terenu. Schematyczny profil hydrogeologiczny omawianego terenu przedstawia ryc. 4.

Skład jonowy w o d y jest typowy dla wód po-wierzchniowych. Według często stosowanej formuły M. G. Kurłowsi przedstawia się on następująco:

M„ I H c o j i • so?3 Ca3, • M g „

« Ca • T = 12,5 °C — = 2,9

Mg

Są to wody słodkie nadające się do celów pitnych i przemysłowych, na których bazują wszystkie stu-dnie w N o w y m Kościele.

Fig. 1. Situation sketch of the area in study. 1 dry wens after a drop in water level in the mine, 2 -uninterruptedly active wells (situated outside the exposures), 3 — boundary of mine workings, 4 — diameter of bore hole.

ОЫпг! 0twjir3

T 7 Г / Я ?

& m

Ryc. 2. Profile litologiczne utworów przewierconych. 1 — zwierciadło wody, 2 — gleba, 3 — glina piaszczysta, 4 -żwir zailomy, 5 — glina a otoczakami, 6 — glazy i otoczaki, 7 — żwir zailony z otoczakami, 8 — żwir z piaskiem, 9 — zwietrzelina piaskowca ilastego, 10 — piasek zailony, 11 —

piasek, 12 — ił, 13 — dolomit.

Fig. 2. Lithological sections of penetrated formations. 1 — water level, 2 — soil, 3 — sandy loam, 4 — clayey gravel, 5 — loams with pebbles, 6 — boulders and pebbles, 7 — clayey gravel with pebbles, 8 — gravel with sand, 9 — weathered clayey sandstone, 10 — clayey sand, 11 — sand,

ï Ryc. 3. Przekrój geolo-giczny przez dolinę Ka-czawy w okolicy No-wego Kościoła. 1 — czerwony spągowiec, 2 — wapień podstawowy, 3 — margle plamiste, 4 margle miedzi onośne, 5 -margle ołowionośne, 6 — wapienie środkowego cech-sztynu, 7 — piaskowce górnego cechsztynu, 8 — iłołupkl górnego cechszty-nu, 9 — plejstocen, 10 —

utwory ajuwialne.

.mut.™

Fig. 3. Geological cross section through the Kaczawa river valley in the vicinity of Nowy Kościół. 1 — Rotliegendes, 2 — basal limestone, 3 — spatty marls, 4 -copper-bearing marls, 5 — lead-bearing maris, 6 — limestones of Middle Zechstein, 7 — sandstones of Upper Zechstein, a — shales of Upper Zechstein, 9 - Pleistocene, 10 — alluvial

deposits.

Ryc. 4. Schematyczny profil hydrogeologiczny. 1 — przepuszczalność skały, 2 — skały przepuszczalne (zbior-nik wodonośny), 3 — skały izolujące horyzonty wodonośne w sposób 'Ciągły, 4 — skały izolujące w sposób nieciągły, 5 — 'współczynnik filtracji w m/dobę, 6 — porowatość skał w •/». Charakterystyka litologiczna: a — piaski rćżnoziarniste z wkładkami glin i żwirów; b — iły i iłołupki barwy ceglasto-czerwonej, plastyczne lub twardoplastyczne z wkładkami piaskowców i wapieni dolomitycznych częściowo piaszczy-stych; с — piaskowce czerwone i szare, twarde, o lepisz-czu ilastym, wapnistym, z Wkładkami iłów i iłołupków barwy czerwonoibrunatnej ; d — wapienie doloimi,tyczne, gnu-bcławicowe, jasnoszare z cienkimi wkładkami ilastymi; e — margle ciemnoszare i wapienie szare lub jasnoszare ułożo-ne naprzemianlegle ; f — margle ciemnoszare i wapienie szare ułożone naprzemianlegle; g — margle ciemnoszare, żółtawoszare oraz zielonkawe, przeławicone szarymi wapie-niami iz licznymi czerwonymi plamami i smugami; h — wa-. pień jasnoszary, grutooławioowy z soczewkami ilastymi; i — zlepieńce i piaskowce różnoziarniste, brązowe, czerwone

i białe o lepiszczu wapnistym i ilastym.

WSPÓŁCZYNNIK FILTRACJI fc DLA UTWORÓW CZWARTORZĘDOWYCH

Współczynnik filtracji к obliczono metodą polową (metoda Maaga). Do odpowiednio przygotowanego otworu wlewa się wodę i mierzy jej ubytek w cza-sie. Należy zmierzyć wielkość powstałego na dnie korka, którego 4-krotną wysokość wstawia się do wzoru Maaga. к = r ^ • — m/sek 4h • śr T gdzie: f r ht h2 — wysokość korka, w m; promień wewnętrzny rury;

wysokość poziomu wody w rurze po dolaniu wody nad ustalonym

zwiercia-dłem wody gruntowej;

wysokość poziomu wody nad ustalo-nym zwierciadłem wody na końcu ba-dania;

П - 6

Fig. 4. Diagrammatic hydrogeological profile. 1 — permeability of rock, 2 — permeable rocks (-bearing basin), 3 - rocks that uninterruptedly isolate -bearing horizons, 4 — rocks that interruptedly isolate water--bearing horizons, 5 — permeability coefficient in m per

24 hours, 6 — porosity of rocks in °/n.

Lithologicai description: a — variously grained sands with intercalations of loams and gravels; b — days and shales red-brown in colour, plastic or hardJplastic, with intercala-tions of sandstones and dolomitic limestones, partly arena-ceous; с — hard sandstones, red and grey in colour, with clayey calcareous cement and intercalations of clays and shales, red-.brown in colour; d — doloimitic limestones, thick--bedded, light grey in colour, with thin clay intercalations; e — alternating dark grey marls and grey or light grey limestones; f — alternating dark grey marls and grey limestones; g — dark grey, yellow-grey and greenish marls, intercalated with grey limestones characterized by nume-rous red spots and bands; h — light grey, thick-bedded limestone with clay lenses; i — variously grained conglo-merates and sandstones, brown, red and white in colour,

with calcareous and clayey cement.

T = t2—ti — czas, w którym wystąpiła zmiana w y -sokości z hi do h г, sek.

Wyliczone według powyższego wzoru współczyn-niki filtracji fc dla poszczególnych otworów mają wartości:

dla otworu nr 1 к = 25,926 m/d. 2 fc = 3,407 „ 3 fc = 5,470 „ 4 к = 49,265 „

Współczynnik filtracji dla utworów czwartorzędo-wych badanego odcinka doliny Kaczawy wynosi średnio fc = 21,015 m/d.

W okresie letnim 1964 r: we wsi Nowy Kościół zanikła woda w studniach zlokalizowanych po za-chodniej stronie koryta Kaiczawy. Za radą autora skierowano część wody Kaczawy do suchego rowu —

mm!

1000

500 400

1952 53 54 55 56 57 58 58 1860 61 62 63 64 65 66 67 68 69 Rok.

Rye. 5. Wykres opad6w atmosferycznych dta Nowego Kosciola.

Fig. 5. Diagram of atmospheric precipitations for

N

owy Kosci6l area.

mlynowki, biegnqcego u podstawy terenu na Iewym brzegu doliny oddalonym ok. 5,0 m od rZ<:ldu studni.

Mniej wi~cej po dw6ch dobach studnLe dotychczas

suche zostaly napcln'ilone wodl:l do ok. 2 m oil dna.

Teren obnizal si~ w kierunku wschodnim od

mly-nowki w stron~ studni pod kl:lt€'m ok. 3°.

Ekspery-ment powyZiSzy potwierdzil srednil:l wartose

wsp61-czynnika filtracjli k, obliczonego metodl:l Maaga. Po

okolo p6lrocznym okresie wskutek wdlem.ia rowu infiltracja wody z niego do studZlien ZOIStala utrud-n,iona, co doprowaldzilo do ponownego jej zaniku we wszystkich studniac'h.

DOPLYW WODY DO OTWOROW WIERTNICZYCH Wykorzystujl:lC uzyskane wartosai wsp6lczynnik6w

filtracji k oblicZlOno zaSli~g leja depresyjnego oraz

doplyw wody do poszczeg6lny,ch otwor6w. Stosowano przy tym wzor:

gdzie:

H2_h2

Q

=

1,366 k - - -

m

3

_Jh

,1gR-lgr

Q _ prz.ewidywany doplyw wody do studni;

k - wspolczY'nnik filtracj'i, m/h;

H - miq~ZJose warstw wodonosnych;

h - odleglose od stropu warstwy

nieprZJepuszczal-nej do zwierciadla ,wody w studni;

R - prom:ien leja depresyjnego wywolanego

od-wadnianiem otworu;

r -

promien otworu.

Doplyw wody do poszczeg61nych otwor6w przed-stawial sd~ nast~pujI:lCo: otwOr

nr

1 Q nr 2 Q nr 3 Q nr 4 Q 3,854

m

3_/d. 1,848 " 7,529 39,240

Na podstawie uzyskany'ch wynik6w nalezy sqdzic,

~;e ,sredni doplyw do otworu na badanym obszarze

ksztaltowaJ: si~ w grankach ok. 13 m3/d.

OKRESOWY ZANIiK WODY W STUDNIACH W NOWYM KOSCIELE

Pierwsze objawy z!llI1iku wody stwierdzono w

czerwcu 1962 r. w studni oddallOnej -od koryta

Ka-czawy 0 ok. 200 m ku E pol,ozonej w poblizu

grani-cy wyrobisk g6rniczych. Natomiast og61ny zanik wody w studniach bazujqcych na wodach

czwarto-rz~dowych zanotowano w 1966 r. na odcinku robot gornJiczych. Odll€'gl1ose studIlli od g1'81noicy wyrobisk

wynosila

od 50 do 000 m. Niektor,e z nich Sq zloka-lizowane poza wychodniami dolnego cechsztynu. Po-niewaz w tym okresie zanoto,wano wyrazny spadek

198

opad6w atmos£erycznych (ryc. 5) uznano ten fakt za

przyczyn~ zaniku· wody w studniach. Prz.emawialv

ZIa, . tym rowniez obserwacje prZlepl1owadzone w

wy-robisku gorniczym, kt6rego przodek znajdowa1 si~

ok. 50 m poni:iJej dna looryta Kacmrwy li by1 od n'iego oddalony w prostej linii 0 ok. 50 m.

W wyrobisku 'tym nlie stwierdzono wyciekow ani wykroplen ,wody, mimo ze strop wyrobiska po zawale objq1 wysokie warstwy srodkowego cechsztynu. Brak - wyciek6w wody w wyrobisku przy tak bliskim

Sl:l-siiedztwie w6d Kaczawy wskazywa1 nilll szczelnq

izo-lacj~ w6d czwartorz~dowych -od poziomow

niz'e'jleg-1ych warstwq iz-olujl:lcl:l, ktorl:l stanlOw,il:l 1upki Haste gornego cechsztynu.

Z powodu zaniechania robot w kopalni Nowy

Kosciol w paidzierniku 1968 r. i jej stopniowego sa-moczynnego zastqpienia stwierdzono pojawienl1e si€)

wody na terenach sl:lsiadujl:lcych z wyrobiskami.

ObjawHo si~ to zw1aszcza w postad nowych zrodel

na polnocnych stokach okolicznych wzniesien.

Wsku-tek staleg-o podnoszenia si~ zwi1erciadla ,wody w

wy-robiskach ~ w otaczajl:lcym terenie juz w C21erwcu

1969 r.. stwierdzono wod~ we wszystki!:h studniach,

w kt6rych uprzednio przez szel'1eg lat jej nie by1o.

Przepr,owadzone przez autora pom!iall'Y zwier(;liad!a

wody

w

studil1lia,ch wykazaly, z,e ustalalo si~ ono

znow na tym po:zJiomie, jaki zanotowano prZled okre-sem intensywnej dzialalnosci g6rniczej w kopalni.

Wszystkie studnie dotychczas suche staly si~ zn6w.

czynne i spelniajl:l swojl:l przydatnose dIa oe16w gos-podall'skich.

Fakt powyzszy wskazuje obecnie niezbicie na

zw:il:lZlek przyczynowy mi~dzy zanikiem wody

w

studniach, a robotami g6rniczymi sqsiadujqcej ko-palni Nowy K,ood61. Zanik wody w studniach na-stqpil najprawdopodobniej wskutek kontaktu wod czwartorze:dowychz piaskowcami gornego cechszty-nu, drenowanymi otwol1aani wierconyrnd

wwyrobis-kach gornkzych. Samoczynne zatopienie kopalni

Nowy Kosciol spowodowaro przywr6ceni,e pierwot-ny'ch stosunkow hydrogeologicznych na omawianym terenie zafkl6conych wplywem robOt g6rniczych.

Na-Ista,pila wi~c rekultywacja terenu pod wzgl~dem

hydr,ogeolog1iczmym i zlikwidowanie problemu zaniku

wody w studniJaICh gospodarskich na terenie wsi

N owy Koiici61.

Autor sk1ada serdeczne podzie:kowania prof.' dr J. Obercowi za cenne uwagi dotycZl:lce artyku1u.

LITERATURA

1. D 0 b r z ~ n ski Z. - Polowe met,ody oznaczania

wsp6kzynnika przlepuszczalnosci ska1

wodonos-nY'ch i gruntow. Wyd. Geol. 1956.

2. M a c h 0

n

T., S z c z ~ ii n i a k S. -

Charakterys-tyka hydro~log,iczna synkliny zlotoryjskiej.

Mo-nogra,fia przemyslu mied:zJioweglo w Polsce, (w druku).

3. M a c h 0 n T. - Chemizm wOd kopalni "N owy

Kosci61". Rudy i Met. niezel. 1964, nr 2.

4. M a rICh a c z W. - Hydrogeologia. Wyd. Geol.

1960.

SUMMARY

The results of calculations of perme'abiLity coeffi-cient "k" by means of a field method (Maag's method) are given for the Quaternary formations found to occur within the Kaczawa river valley in the vicinity of Nowy Kosciiol; and the i'Iltensity of water inflow into the individual bore holes made within the alluvial deposits of this area is presented:

Moreover, the problem of water disappearance and its reappearance in the wells within the Kaczawa river valley is discused too.