Index of /rozprawy2/10598

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Katedra Hydrogeologii i Geologii InŜynierskiej. Praca doktorska. PODATNOŚĆ WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZENIA W WARUNKACH PŁYTKIEGO GÓRNICTWA WĘGLOWEGO I ZATAPIANIA KOPALŃ W PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ CZĘŚCI GÓRNOŚLĄSKIEGO ZAGŁĘBIA WĘGLOWEGO. mgr inŜ. Sławomir Góra. Promotor Prof. dr hab. inŜ. Andrzej Szczepański. Kraków, 2012.

(2) Autor serdecznie dziękuje Panu Prof. dr hab. inŜ. Andrzejowi Szczepańskiemu za opiekę naukową podczas realizacji pracy doktorskiej.

(3) SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE........................................................................................................................ 3 2. ROZWÓJ METODYKI OCENY PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZNIA ............................................................................................................................ 5 2.1. Definiowanie i rodzaje podatności .......................................................................................... 5 2.2. Metodyka, główne załoŜenia, procedury i zasady oceny podatności ...................................... 6 2.2.1. Rozwój badań nad podatnością wód podziemnych na zanieczyszczenia........................ 6 2.2.2. Badania metodyczne dla terenów działalności górnictwa podziemnego....................... 11 3. CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH METOD OCENY PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZENIA ................................................................................... 14 3.1. Podział i charakterystyka metod badań ................................................................................. 14 3.2. Ocena moŜliwości zastosowania metod oceny podatności dla terenów górniczych kopalń węgla kamiennego w GZW............................................................................................................... 26 4. CEL I ZAKRES PRACY.............................................................................................................. 28 5. BUDOWA GEOLOGICZNA ORAZ CHARAKTRYSTYKA WARUNKÓW HYDROGEOLOGICZYNCH I GÓRNICZYCH W GZW .................................................................. 29 5.1. Zarys budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego ..................................... 29 5.2. Charakterystyka hydrogeologiczna GZW i jej znaczenie dla prowadzenia oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia ............................................................................................ 30 5.3. Rozwój górnictwa podziemnego węgla kamiennego i jego wpływ na warunki występowania wód podziemnych ............................................................................................................................. 34 6. CHARAKTERYSTYKA OBSZARU BADAŃ........................................................................... 36 6.1. PołoŜenie i warunki hydromorfologiczne ............................................................................. 36 6.2. Budowa geologiczna ............................................................................................................. 37 6.3. Tektonika............................................................................................................................... 39 6.4. Warunki hydrogeologiczne ................................................................................................... 40 6.5. Warunki górnicze i charakterystyka prowadzonej eksploatacji górniczej............................. 42 7. OCENA PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZENIA W OBRĘBIE POLIGONU BADAŃ Z ZASTOSOWANIEM METODY DRASTIC ................................................ 46 7.1. Wybór metody badań wraz z uzasadnieniem – dyskusja zalet i wad wybranej metody ....... 46 7.2. Kryteria i warunki oceny podatności na terenie OG byłej KWK Grodziec .......................... 47 7.3. Wpływ górnictwa podziemnego w OG byłej KWK Grodziec na zakres przekształceń warunków naturalnych...................................................................................................................... 48 7.3.1. Sposób prowadzenia robót górniczych a charakter i skutki oddziaływań górnictwa podziemnego na powierzchnię i zawodnione utwory nadkładu ................................................... 48 7.3.2. MoŜliwości uwzględnienia wpływu eksploatacji górniczej i zatapiania wyrobisk górniczych w ocenie podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia oraz konsekwencje braku ich uwzględnienia ............................................................................................................... 52 7.4. Badania symulacyjne oceny podatności z zastosowaniem systemu DRASTIC jako wybranej metody oceny na terenie OG „Grodziec”.......................................................................................... 54 7.4.1. Ocena podatności metodą DRASTIC (bez uwzględniania czynników górniczych) na przykładzie OG „Grodziec”.......................................................................................................... 54 7.4.2. Wpływ działalności byłej KWK Grodziec a wynik oceny podatności wód podziemnych metodą DRASTIC - dyskusja wyników badań............................................................................. 69. 1.

(4) 8. PROPOZYCJA SPOSOBU OCENY PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZENIA DLA OBSZARU WPŁYWÓW GÓRNICTWA PODZIEMNEGO W GZW NA PRZYKŁADZIE BYŁEJ KWK „GRODZIEC”............................................................................. 72 8.1. Proponowany sposób parametryzacji wpływów prowadzonej eksploatacji górniczej i procesu zatapiania kopalń na potrzeby oceny podatności............................................................... 72 8.1.1. Podstawy metodyczne oceny spodziewanej intensywności eksploatacji na powierzchni terenu (parametr „Z”) i na powierzchni spągu utworów triasu (parametr „H”) ........................... 72 8.1.2. Charakterystyka parametru „Z” – spodziewana intensywność wpływu eksploatacji na powierzchni terenu........................................................................................................................ 75 8.1.3. Charakterystyka parametru „H” – spodziewana intensywność wpływu eksploatacji na powierzchni spągu utworów triasu ............................................................................................... 78 8.1.4. Wartość współczynnika wagowego parametrów „Z” i „H” .......................................... 80 8.1.5. Wyznaczanie obszaru zastosowania parametrów „Z” i” H” ......................................... 81 8.2. Analiza stosowalności proponowanych parametrów oceny.................................................. 82 8.3. Rozbudowa procedur oceny systemem DRASTIC o proponowane parametry „Z” i „H” do systemu DRASTICM (DRASTICMINE) dedykowanego dla terenów górniczych .............................. 82 8.4. Charakterystyka sposobu zastosowania systemu DRASTICM .............................................. 84 9. BADANIA SYMULACYJNE Z ZASTOSOWANIEM SYSTEMU DRASTICM NA PRZYKŁADZIE BYŁEJ KWK „GRODZIEC” ................................................................................... 86 9.1. Ocena podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia z uwzględnieniem wpływów eksploatacji górniczej (zruszenia górotworu) na intensywność infiltracyjnego zasilania warstwy wodonośnej - parametr „Z”............................................................................................................... 86 9.2. Ocena podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia z uwzględnieniem wpływów eksploatacji górniczej (zruszenia górotworu) na intensywność ascenzyjnego zasilania warstwy wodonośnej - parametr „H” .............................................................................................................. 99 9.3. Dyskusja wyników badań symulacyjnych........................................................................... 107 9.4. Proponowane badania uzupełniające i monitoringowe ....................................................... 119 9.5. MoŜliwości zastosowania systemu DRASTICM na obszarach górnictwa podziemnego..... 120 10. PODSUMOWANIE I WNIOSKI............................................................................................ 121 SPIS LITERATURY I WYKORZYSTANYCH MATERIAŁÓW .................................................... 124. 2.

(5) 1.. WPROWADZENIE. Obszar Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW) stanowi jedno z trzech polskich zagłębi węglowych. Jest to obszar o najbardziej skomplikowanych warunkach górniczych i o największym w Polsce nasileniu się wpływów prowadzonej działalności górniczej na środowisko naturalne, w tym środowisko wód podziemnych i powierzchniowych. ZróŜnicowany zakres przekształceń środowiska naturalnego, z uwagi na działalność górniczą, komplikuje fakt współistnienia w GZW kopalń czynnych, które dąŜą do poszerzenia swojej bazy zasobowej i wchodzą z eksploatacją w rejony górotworu połoŜonego coraz głębiej i w rejony nie dotknięte dotychczas wpływami górnictwa. Trudności w ocenie podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia wynikają takŜe z zakłóceń obrazu wpływów eksploatacji górniczej i zatapiania kopalń, które są spowodowane inną niŜ górnicza działalnością człowieka. W GZW zlikwidowano blisko połowę kopalń węgla kamiennego, eksploatację zakończyły kopalnie rud cynku i ołowiu, a w utworach przypowierzchniowych eksploatację odkrywkową prowadzą tylko nieliczne zakłady wydobywające piasek, wapienie, dolomit, glinę i borowiny. Powoduje to, Ŝe wraz z postępem robót likwidacyjnych kopalń węgla oraz procesem zatapiania kopalń zlikwidowanych w istotny sposób zmieniają się warunki funkcjonowania kopalń czynnych i warunki planowania gospodarowania wodami oraz moŜliwości ochrony zasobów wód podziemnych i powierzchniowych. Nakładanie się wpływów działalności górniczej i wynikających z zatapiania zlikwidowanych kopalń, w tym płytkich wyrobisk górniczych, jest jedną z głównych przyczyn utrudnień w określaniu czynników wpływających na prowadzenie ocen podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia w ujęciu klasycznym (ognisko zanieczyszczenia na powierzchni środowisko migracji zanieczyszczeń - cel, warstwa wodonośna). Szczególnie skomplikowanym rejonem GZW jest obszar północno-wschodni, w którym oprócz występowania obecnie zlikwidowanych głębokich kopalń węgla kamiennego (Katowice, Kleofas, Saturn, ParyŜ, Sosnowiec, Niwka-Modrzejów, Jan Kanty, Porąbka Klimontów i inne) występują liczne obszary po płytko prowadzonej eksploatacji górniczej, jak np. po kopalniach Mars, Franciszek, Flora, Jan, Maria i wiele innych (Jaros 1984). Z uwagi na prowadzenie podziemnej eksploatacji górniczej w sekwencji wielu pokładów o róŜnych grubościach, występuje wzajemne nakładanie się jej wpływów powodując ich koncentrację. Widocznym skutkiem eksploatacji jest zdrenowanie utworów wodonośnych w nadkładzie i w obrębie serii złoŜowej, zmiana warunków infiltracji i warunków filtracji w warstwach wodonośnych, zmiany właściwości fizykomechanicznych utworów budujących górotwór, itp. Są to czynniki oceny podatności wód poziemnych na zanieczyszczenia, które są w róŜnym zakresie stosowane w wielu metodach oceny, opracowywanych od przełomu lat 60. i 70. ubiegłego stulecia do czasów współczesnych. Od czasów pierwszej oceny i zdefiniowania podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia powstało wiele metod i sposobów tej oceny, które uwzględniają róŜne czynniki. Metody słuŜą do oceny podatności w warunkach naturalnych, bez uwzględnienia zaburzeń środowiska geologicznego występowania wód podziemnych, spowodowanych działalnością górniczą. Nieliczne próby dostosowania metod oceny do warunków wynikających z działalności górnictwa podziemnego odnotowane zostały dopiero po 2000 r. Odnosiły się one głównie do utworów węglanowych i ośrodków krasowych, w których prowadzono działalność górniczą. Ponadto, były to takŜe teoretyczne opisy i propozycje wprowadzenia zmian w systemach oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia 3.

(6) dla obszarów górnictwa podziemnego. Propozycje te odnosiły się głównie do istniejącej sytuacji geologicznej i hydrogeologicznej i nie uwzględniały procesów, które wpływają na przekształcenia tych warunków. Prace nad oceną wpływu górnictwa podziemnego, w tym procesów destrukcji górotworu i procesów zatapiania kopalń po likwidacji ich systemów odwadniania, podjęte zostały przez autora w ramach studiów doktoranckich w Akademii Górniczo-Hutniczej i podczas realizacji projektu badawczego rozwojowego nr N R09 0035 06/2009, pt.: "Opracowanie systemu oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia na obszarach podlegających wpływom działalności górniczej w GZW", finansowanego przez NCBiR w latach 2009-2012. Do określenia podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia w warunkach płytkiego górnictwa węglowego i w warunkach zatapiania kopalń, a takŜe dla kopalń czynnych i w budowie, konieczne było uwzględnienie procesów związanych z prowadzeniem podziemnej działalności górniczej. Do opracowania sposobu oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia na terenach górniczych posłuŜył autorowi obszar górniczy byłej kopalni „Grodziec”, który jest połoŜony w północno-wschodniej, hydrogeologiczne odkrytej, części GZW (subregion I według RóŜkowskiego w: Wilk red., 2003). Obszar ten charakteryzuje się urozmaiconą budową utworów nadkładu karbonu, dzięki czemu było moŜliwe przetestowanie proponowanych metod oceny wpływów górnictwa podziemnego, zarówno w odniesieniu do podatności utworów triasowych, jak i czwartorzędowych w ujęciu klasycznym, oraz w nawiązaniu do procesu zatapiania kopalń (Góra 2011). Zaprezentowana w pracy doktorskiej propozycja sposobu oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia uwzględnia analizę procesów, które powodują wpływy w ośrodku skalnym i warstwie wodonośnej. Badaniami tymi wykazano, Ŝe oprócz dotychczas analizowanych efektów działalności górniczej, do uzyskania wiarygodnego wyniku oceny analiza tych procesów daje nie tylko moŜliwości prowadzenia oceny na terenach płytkiego górnictwa węglowego i w warunkach zatapiania kopalń, ale takŜe moŜe słuŜyć prowadzeniu ocen na terenie kopalń czynnych. Proponowany sposób oceny moŜe równieŜ być wykorzystany do przewidywania wpływu planowanej eksploatacji górniczej na podatność wód podziemnych na zanieczyszczenia w rejonach planowanej eksploatacji górniczej w GZW.. 4.

(7) 2.. ROZWÓJ METODYKI OCENY PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZNIA. 2.1.. Definiowanie i rodzaje podatności. Badania dotyczące podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie prowadzone są od kilkudziesięciu lat na całym świecie. Termin „podatność wód podziemnych na zanieczyszczenie” pojawił się pod koniec lat ’60 XX wieku we Francji (Margat 1968) i rozumiany był jako stopień ochrony przed zanieczyszczeniem zapewniany przez elementy środowiska naturalnego, natomiast pierwsze mapy zawierające elementy podatności powstały w latach ’80 ubiegłego wieku. O złoŜoności tego zagadnienia świadczą liczne publikacje, róŜnorodnie formułowane definicje, z których najistotniejsze z metodycznego punktu widzenia zestawiła E. Krogulec (2004), róŜne podejścia metodyczne, a takŜe wiele odmiennych metod oceny podatności. W licznych opracowaniach dotyczących podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie przyjęto podział na podatność naturalną i specyficzną (Vrba, Zaporozec eds. 1994, Gogu, Dassargues 2000, Krogulec 2004). Podatność naturalna (właściwa) definiowana jest jako naturalna właściwość systemu wodonośnego określająca ryzyko migracji zanieczyszczeń z powierzchni terenu do wód podziemnych, które zaleŜy wyłącznie od budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych (szczególnie infiltracji efektywnej opadów, warunków hydrodynamicznych, parametrów filtracyjnych utworów wodonośnych i strefy aeracji), przy załoŜeniu adwekcyjnego modelu transportu zanieczyszczeń (Krogulec 2004), tzn. przemieszczania się zanieczyszczeń z prędkością równą prędkości unoszącej je wody. Ten rodzaj podatności nie uwzględniania procesów prowadzących do zmniejszenia ładunku zanieczyszczenia w trakcie jego migracji, zachodzących w glebie, strefie aeracji i warstwie wodonośnej. Podatność specyficzna, oprócz podatności naturalnej, uwzględnia właściwości substancji zanieczyszczającej, jej ładunek, czas oddziaływania na środowisko i charakter przestrzenny ogniska zanieczyszczeń (Vrba, ZaporoŜec eds. 1994, śurek, Witczak, Duda 2002, Krogulec 2004, 2007, Doerflieger, Jeannin, Zwahlen 1999, Gogu, Dassargues 2000). W fachowej literaturze dotyczącej ochrony wód podziemnych obok pojęcia podatności funkcjonują pojęcia odporności na zanieczyszczenie, stopnia zagroŜenia i ryzyka zanieczyszczenia (Krogulec 2004). Będąca przeciwieństwem podatności odporność na zanieczyszczenia (Dowgiałło i in. red. 2002) oznacza wynikające z budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych cechy zbiorników wód podziemnych wpływające na opóźnienie i ograniczenie migracji substancji zanieczyszczających, decydujące o moŜliwości ich ochrony. Odporność na zanieczyszczenie wiąŜe się ze stopniem izolacji zbiornika. Stopniem zagroŜenia wód podziemnych (Dowgiałło i in. red. 2002) określa się wynikającą z budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych względną ocenę moŜliwości przenikania substancji zanieczyszczających z ogniska zanieczyszczeń do wód podziemnych na drodze ich migracji do miejsca poboru wody, opartą o czas przenikania zanieczyszczeń przez strefę aeracji (w tym utwory izolujące) i czas ich przepływu w warstwie wodonośnej.. 5.

(8) Ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych związane jest z charakterem działalności prowadzonej na powierzchni terenu i moŜliwością związanego z tą działalnością zanieczyszczenia wód podziemnych. Ryzyko zanieczyszczenia zaleŜy od naturalnej podatności wód podziemnych i ładunku zanieczyszczeń, co oznacza, Ŝe w przypadku znacznej podatności na zanieczyszczenie przy braku ognisk zanieczyszczeń, ryzyko zanieczyszczenia moŜe być niskie i odwrotnie – przy niskiej podatności, ryzyko moŜe być wysokie (Krogulec 2004). Na terenach górniczych o podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia, obok czynników naturalnych, decydują teŜ czynniki antropogeniczne, z którymi związane są przekształcenia naturalnych właściwości systemu wodonośnego. W związku z tym zaproponowany został podział podatności na (Bukowski i in. 2012 praca niepublikowana): • bezwzględną naturalną podatność wód podziemnych na zanieczyszczenia, która odnosiłaby się do warstwy wodonośnej i jej otoczenia w pierwotnych warunkach występowania, tzn. środowiska nie przekształconego i nie poddanego Ŝadnym czynnikom oddziaływania poza naturalnymi, • względną (zmieniona, przeobraŜona) naturalną podatność wód podziemnych na zanieczyszczenia, która oprócz czynników naturalnych uwzględniałaby występowanie czynników zmieniających właściwości utworów wodonośnych i ich otoczenia. Zmiana podatności naturalnej na podatność względną następuje w przypadku pojawienia się dowolnego czynnika lub grupy czynników wpływających na naturalne warunki występowania wód podziemnych. Przykładowo, wśród czynników związanych z podatnością względną wymieniono: lokalizację składowiska odpadów, wpływ górnictwa, przeeksploatowanie warstwy wodonośnej. 2.2.. Metodyka, główne załoŜenia, procedury i zasady oceny podatności. 2.2.1. Rozwój badań nad podatnością wód podziemnych na zanieczyszczenia Elementy podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia były początkowo uwzględniane na mapach hydrogeologicznych zagroŜenia i ochrony wód podziemnych, których koncepcja zrodziła się około 1970r., niezaleŜnie w kilku krajach (Kleczkowski 1984). Pierwsze tego typu mapy wykonywane były w skali przeglądowej, najczęściej 1:1 000 000 lub 1:500 000, m.in. we Francji (Albinet, Margat 1970), na Węgrzech, Niemczech (Północna Nadrenia – Westfalia), Hiszpanii, dawnej Czechosłowacji (obszar Czech i Moraw), a takŜe w Polsce. Charakterystykę map wykonanych w wymienionych krajach przedstawili Kolago (1973) i Kleczkowski (1984, 1991). Początkowo mapy te zawierały ograniczoną ilość oznaczeń (głównie kolory uzupełnione szrafurą, znakami punktowymi i strzałkami), które dotyczyły poszczególnych typów ośrodka geologicznego lub hydrogeologicznego w zaleŜności od podatności na zanieczyszczenie. Rozpatrywano na nich tylko tzw. zagroŜenia potencjalne bez uwzględniania istniejących ognisk zanieczyszczeń. Na mapach wykonywanych w dokładniejszych skalach wprowadzano oznaczenia określające m.in. typ i wiek ośrodka hydrogeologicznego i utworów pokrywowych, kierunki i drogi przenikania zanieczyszczeń, wododziały, ujęcia wód podziemnych, ogniska zanieczyszczeń (istniejące i potencjalne), stan wód powierzchniowych i inne (Kolago 1973, Kleczkowski 1984, 1991).. 6.

(9) Od czasu, gdy Albinet i Margat (1970) wprowadzili pojęcie „podatności na zanieczyszczenie” nastąpił znaczny wzrost zainteresowania problematyką ochrony wód podziemnych (Vías et al. 2006) a mapy podatności na zanieczyszczenie stały się waŜnymi narzędziami w ochronie wód podziemnych i zarządzaniu powierzchnią terenu (Daly et al. 2002). W róŜnych krajach opracowano szereg metod oceny podatności, m.in. DRASTIC (Aller et al. 1987), GOD (Foster 1987), AVI (van Stempvoort et al. 1993), SINTACS (Civita, De Maio 2000), GLA (Hoelting et al. 1995), stosowanych głównie w porowych ośrodkach hydrogeologicznych, oraz metody uwzględniające specyficzne właściwości ośrodków krasowych, takie jak: DIVERSITY (Ray, O’Dell 1993), EPIK (Doerflieger, Zwahlen 1998), PI (Goldscheider 2003), COP (Vias et al. 2006) i wiele innych. Charakterystykę wybranych metod oceny podatności przedstawiono w dalszej części pracy. W ramach finansowanego przez Komisję Europejską programu badawczego COST Action 620 (COoperation in Science and Technology) – „Vulnerability and Risk Mapping for the Protection of Carbonate (Karst) Aquifers”, realizowanego w latach 1997 – 2003 (Zwahlen ed. 2004) podjęto próbę ujednolicenia metodyki oceny podatności naturalnej i specyficznej zbiorników krasowych jako szczególnie podatnych na zanieczyszczenie, dla których metody takie, jak DRASTIC, SINTACS, AVI, czy GOD dają mało wiarygodne wyniki oceny podatności. W programie uwzględniono charakterystyczne cechy i stopień rozpoznania tego typu zbiorników w róŜnych regionach Europy, a takŜe zróŜnicowanie rozwoju ekonomicznego poszczególnych krajów. Wynikiem badań przeprowadzonych w ramach programu COST Action 620 jest metodyka oceny podatności (tzw. „metoda europejska”) oparta na modelu: zagroŜenie – drogi migracji zanieczyszczeń – cel (Daly et al. 2002). „ZagroŜenie” jest rozumiane jako potencjalnie szkodliwa dla wód podziemnych działalność prowadzona na powierzchni terenu. „Cel” oznacza zasoby wód podziemnych jako całość lub miejsce ich poboru (ujęcie, źródło). Drogi migracji zanieczyszczeń to przestrzeń pomiędzy powierzchnią terenu (ogniskiem zanieczyszczenia) a celem migracji zanieczyszczeń, przy czym w zaleŜności od celu sporządzania mapy podatności uwzględnia się tu pionową migrację w strefie aeracji (dla zasobów wód podziemnych) i przepływ w strefie saturacji (dla zasobów i miejsc poboru wody). W ocenie podatności uwzględnia się właściwości pokrywy ochronnej (gleba, podglebie, czyli najczęściej utwory czwartorzędowe, skały niekrasowe, skały krasowe w strefie aeracji, w tym kras powierzchniowy), warunki zasilania - infiltracji (skoncentrowane, rozproszone), stopień rozwoju sieci krasowej oraz natęŜenie opadów atmosferycznych. W ramach programu opracowana została metoda COP (Vias et al. 2006). Polski dorobek w dziedzinie oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie jest dość obszerny, a w ostatnich latach obserwuje się wzrost intensywności działań w tym kierunku. Jednym z najstarszych polskich opracowań kartograficznych dotyczących ochrony wód podziemnych (prace nad mapą rozpoczęto w roku 1967) jest Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:200 000, na której poprzez wyodrębnienie poziomów odkrytych i zakrytych uwzględniono zagroŜenia uŜytkowych poziomów wód podziemnych ze strony zanieczyszczeń pochodzących z powierzchni terenu (vide: Kolago 1973). Na opracowanej w roku 1967 Mapie hydrogeologicznej województwa olsztyńskiego w skali 1:100 000 (praca nie publikowana) przedstawiono stopień zagroŜenia jakości wód uŜytkowych poziomów wodonośnych (vide: Kolago 1973).. 7.

(10) Na opracowanej w roku 1971 (nie publikowanej) przeglądowej mapie Polski w skali 1:1 000 000 autorstwa Kolago (vide: Kolago 1973, Kleczkowski 1984) wyróŜnione zostały cztery typy obszarów, na których występuje zagroŜenie jakości poziomów uŜytkowych: w stopniu przewaŜnie silnym, ograniczonym, bardzo słabym lub zagroŜenie nie występuje. Na niepublikowanej mapie hydrogeologicznej Polski w skali 1:1 000 000 opracowanej w roku 1971 przez Kleczkowskiego (Kleczkowski 1991) wyróŜniono nie izolowane zbiorniki szczelinowo – krasowe jako najbardziej podatne na zanieczyszczenie oraz, jako mniej podatne zbiorniki o charakterze szczelinowym, szczelinowo – porowym i porowym. Występowanie utworów pokrywowych, zarówno w postaci osadów nieprzepuszczalnych i półprzepuszczalnych, ale równieŜ przepuszczalnych osadów o charakterze porowym uznano za czynnik zmniejszający podatność na zanieczyszczenie. Oddzielnie potraktowano porowe utwory w dolinach rzecznych i pradolinach, które mogą być zagroŜone w wyniku dopływu zanieczyszczeń z wód powierzchniowych lub innych poziomów wodonośnych. W wyniku prac prowadzonych w latach 1986 – 1989 opracowano Mapę obszarów głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w Polsce wymagających szczególnej ochrony, w skali 1:500 000 (Kleczkowski red. 1990), przeznaczoną głównie dla organów planowania przestrzennego. Celem opracowania mapy była ochrona najcenniejszych pod względem jakości i zasobów fragmentów uŜytkowych poziomów wodonośnych wydzielonych jako GZWP, realizowana poprzez wyznaczenie obszarów chronionych (obszary wysokiej ochrony – OWO i obszary najwyŜszej ochrony – ONO) w strefach zasilania i rozprzestrzenienia GZWP. Według autorów mapy stosowanie środków profilaktycznych, czyli zapobieganie zanieczyszczeniu jest rozwiązaniem korzystniejszym niŜ usuwanie skutków zanieczyszczenia. Podstawowym kryterium wyznaczania obszarów chronionych był czas przesiąkania (filtracji) wody z powierzchni terenu do zbiornika wód podziemnych, przy czym oddzielnie uwzględniono przesiąkanie przez strefę aeracji dla wód o zwierciadle swobodnym oraz przesiąkanie przez głębszą pokrywę ochronną w strefie saturacji dla wód głębszych poziomów wodonośnych o zwierciadle napiętym. WyróŜniono pięć stopni zagroŜenia wód podziemnych: bardzo silny, silny, średni, słaby i praktycznie brak zagroŜenia. W opublikowanym w roku 1995 Atlasie hydrogeologicznym Polski w skali 1:500 000 (Paczyński red. 1995) przedstawiono Mapę waloryzacji i ochrony wód podziemnych oraz Mapę jakości i zagroŜenia wód podziemnych. Waloryzację poziomów uŜytkowych i głównych zbiorników wód podziemnych oparto na kryterium jakości wód podziemnych i stopniu izolacji poziomów uŜytkowych (z jego podziałem na trzy przedziały zaleŜnie od miąŜszości i udziału w nadkładzie utworów słabo przepuszczalnych), oraz na kryteriach uzupełniających, jak dostępność zasobów wód powierzchniowych jako alternatywnego źródła zaopatrzenia w wodę. Na Mapie jakości i zagroŜenia wód podziemnych, oprócz czterech klas jakości wody, przedstawiono obszary występowania wód o trwałej jakości, mało wraŜliwych na negatywny wpływ czynników antropogenicznych, a takŜe obszary podatne na zanieczyszczenie w wyniku ascenzyjnego dopływu wód zasolonych. Ponadto przedstawiono występowanie punktowych i powierzchniowych ognisk zanieczyszczeń. Celem zilustrowania stopnia zagroŜenia i odporności na zanieczyszczenie uŜytkowych poziomów wód podziemnych wykonano Mapę warunków występowania, uŜytkowania, zagroŜenia i ochrony zwykłych wód podziemnych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (RóŜkowski, Rudzińska-Zapaśnik, Siemiński red. 1997). Mapa główna, wykonana w skali 1:100 000, oprócz dynamiki, chemizmu i jakości wód wydzielonych 8.

(11) GZWP i UPWP, przedstawia przede wszystkim ocenę ich odporności na zanieczyszczenie opartą o obliczenia czasu migracji wód z powierzchni terenu do zbiornika wód podziemnych z uwzględnieniem przepływu bocznego w strefie saturacji (RóŜkowski, Chmura, Siemiński 1997). Ponadto na mapie wyznaczono proponowany zasięg obszarów ochronnych UPWP i GZWP. Mapa ognisk zanieczyszczeń wód podziemnych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego 1:100 000 (RóŜkowski, Siemiński red. 1995) przedstawia stwierdzone i potencjalne ogniska zanieczyszczeń w zasięgu wyznaczonych UPWP i GZWP podzielone na trzy grupy: punktowe i małopowierzchniowe, liniowe oraz przestrzenne. Elementy podatności specyficznej uwzględniono na Mapie hydrogeologicznej Polski w skali 1:50 000, na której stopień zagroŜenia GUPW zanieczyszczeniami pochodzącymi z powierzchni terenu jest określony głównie przy uwzględnieniu jego izolacji (zaleŜnie od miąŜszości utworów słabo- i nieprzepuszczalnych występujących w nadkładzie), moŜliwości zasilania (lateralnego lub ascenzyjnego) ze strony innych, zanieczyszczonych poziomów wodonośnych, koncentracji i oddziaływania ognisk zanieczyszczeń (liniowe, powierzchniowe i punktowe) oraz dostępności terenu dla działalności mogącej negatywnie wpłynąć na jakość wód podziemnych (Herbich, Przytuła, Woźnicka 2008). Stopień izolacji, zaleŜnie od miąŜszości utworów izolujących i odpowiadającemu jej czasowi migracji potencjalnych zanieczyszczeń, podzielono na trzy kategorie: „a” (miąŜszość utworów izolujących poniŜej 15 m, czas migracji zanieczyszczeń poniŜej 25 lat) traktowany jako brak izolacji, „b” (miąŜszość utworów izolujących 15 - 50 m, czas migracji zanieczyszczeń 25 - 100 lat) oznaczający słabą izolację, oraz „c” (miąŜszość utworów izolujących ponad 50 m, czas migracji zanieczyszczeń ponad 100 lat) odpowiadający dobrej izolacji. Jako dodatkowe czynniki wpływające na stopień zagroŜenia GUPW uwzględniono m.in. wykształcenie litologiczne utworów jego nadkładu, głębokość do zwierciadła, charakter ośrodka wodonośnego, warunki zasilania i drenaŜu, sposób uŜytkowania terenu, w tym kompleksy leśne i obszary chronione (parki narodowe, rezerwaty przyrody), oraz deformacje górotworu wywołane działalnością górnictwa. Na podstawie wymienionych czynników GUPW zalicza się do jednej z klas zagroŜenia - od bardzo niskiej, odpowiadającej terenom o stopniu izolacji „c”, lub „a” przy braku ognisk zanieczyszczeń i ograniczonej dostępności dla inwestycji uciąŜliwych dla wód podziemnych, do bardzo wysokiej, odpowiadającej terenom o stopniu izolacji „a” lub „ab”, na których istnieją liczne ogniska zanieczyszczeń i stwierdzono degradację jakości wód podziemnych. W związku z implementacją przepisów obowiązujących w Unii Europejskiej do polskiego systemu prawnego, na początku obecnego stulecia zaproponowana została wstępna koncepcja i metodyka opracowania mapy podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie w skali 1:500 000 (Duda, Witczak, śurek 2003). Wybór metodyki opracowania mapy oparto na załoŜeniu trójwymiarowości przepływu wód podziemnych, zaleŜności jakości wód powierzchniowych od jakości wód podziemnych, długiego czasu wymiany wód podziemnych wynoszącego średnio kilkadziesiąt lat, oraz uznania wód podziemnych za największy zasób zretencjonowanej wody. W ostatecznej wersji metodyki opracowania mapy przyjęto, Ŝe najwaŜniejsze z punktu widzenia oceny podatności są płytkie systemy wód podziemnych jako najbardziej naraŜone na przenikanie zanieczyszczeń z powierzchni terenu. Stanowią one ponadto źródło zasilania głębszych poziomów wodonośnych, w tym głównych zbiorników wód podziemnych 9.

(12) (GZWP), są ściśle powiązane z wodami powierzchniowymi i ekosystemami zaleŜnymi od wód podziemnych (np. mokradła, zespoły leśne w obszarach płytkiego występowania wód podziemnych), a takŜe, przy niskich przepływach, decydują o jakości wód rzecznych stanowiąc ich główne źródło zasilania (Witczak i in. 2005). Na podstawie analizy danych o właściwościach ochronnych profilu glebowego, zasobów odnawialnych wód podziemnych (infiltracji efektywnej), głębokości do pierwszego zwierciadła wód podziemnych, oraz litologii utworów przepuszczalnych i słaboprzepuszczalnych (izolujących) w strefie aeracji, stanowiących warstwy tematyczne mapy opracowano mapę wynikową składającą się z dwóch plansz: „wraŜliwość na zanieczyszczenie wód podziemnych związanych z wodami powierzchniowymi oraz ekosystemami zaleŜnymi od wód podziemnych” (plansza I) oraz „podatność na zanieczyszczenie GZWP” (plansza II). Pierwsza wersja opracowania: Mapa wraŜliwości wód podziemnych na zanieczyszczenie w skali 1:500 000 (Duda, Witczak, śurek 2006) opublikowana została w specjalnym wydaniu Przeglądu Geologicznego (vol. 58, nr 9, 2010). Kolejną wersję opracowania, tzn. Mapę wraŜliwości wód podziemnych Polski na zanieczyszczenie w skali 1:500 000 opublikowano w roku 2011 (Duda, Witczak, śurek 2011). W drugiej wersji opracowania, w celu określania infiltracji efektywnej zastosowano metodę infiltracyjną z uwzględnieniem ograniczenia intensywności zasilania na obszarach o płytkim zaleganiu wód podziemnych, rodzaju pokrycia i zagospodarowania powierzchni terenu oraz nachylenia powierzchni terenu, jako elementów wpływających w sposób istotny na wielkość infiltracji efektywnej (w pierwotnej wersji przyjęto średnią roczną wielkość infiltracji ocenioną na podstawie zasobów odnawialnych dla wydzielonych jednostek hydrogeologicznych w przeliczeniu na mm/rok). Dzięki tej modyfikacji (według opinii autorów mapy) uzyskano większą precyzję oceny wielkości zasilania infiltracyjnego. Klasy podatności płytkich wód podziemnych na planszy I (bardzo duŜa, duŜa, średnia, mała i bardzo mała), wyznaczono na podstawie czasu wymiany polowej pojemności wodnej gleby i utworów strefy aeracji (MRT – mean residence time), który w praktyce oznacza czas migracji (przebywania w obrębie strefy aeracji) rozpuszczonych w wodzie zanieczyszczeń konserwatywnych z powierzchni terenu do wód podziemnych. W treści planszy I, oprócz określenia i charakterystyki klas podatności, zawarto informacje o kierunku i średnim czasie migracji lateralnej wód podziemnych, który pozwala na ocenę opóźnienia reakcji wód powierzchniowych na ładunki zanieczyszczeń wnoszonych do wód podziemnych, wskazano ekosystemy lądowe zaleŜne od wód podziemnych, strefy ryzyka zmian stanu ilościowego i jakościowego wód podziemnych pod wpływem ich wzajemnego oddziaływania oraz zawartość azotanów w płytkich wodach podziemnych. Mapa wraŜliwości, z uwagi na skalę opracowania (1:500 000) posiada głównie znaczenie poglądowe i strategiczne w skali kraju. Mapa umoŜliwia symulacje presji na stan chemiczny wód podziemnych i prognozy sozologiczne w skali przeglądowej. MoŜe ponadto stanowić podstawę dalszych prac kartograficznych i badań regionalnych o podobnej tematyce, a takŜe, w zaleŜności od zakładanych scenariuszy oddziaływania wybranych typów zanieczyszczeń lub sposobów zagospodarowania terenu, umoŜliwia przeprowadzenie oceny podatności specyficznej (Duda, Witczak, śurek 2011). Na podstawie doświadczeń uzyskanych przy realizacji mapy podatności (Witczak i in. 2005), od roku 2006 realizowane są warstwy informacyjne bazy danych GIS Mapy hydrogeologicznej Polski 1:50 000 „wraŜliwość na zanieczyszczenie i jakość wód pierwszego 10.

(13) poziomu wodonośnego” (MhP – PPW-WJ), które stanowią kontynuację prac nad rozpoznaniem i charakterystyką pierwszego poziomu wodonośnego (MhP – PPW). Warstwy informacyjne MhP – PPW-WJ realizowane są w związku z koniecznością oceny stanu jakościowego płytkich wód podziemnych związanych bezpośrednio z ekosystemami wód powierzchniowych i ekosystemami lądowymi zaleŜnymi od wód podziemnych, w tym obszarów NATURA 2000, jako zadanie podejmowane w związku z implementacją ustaleń wynikających z Ramowej Dyrektywy Wodnej do polskich przepisów (Herbich, Nidental, Woźnicka 2007). W porównaniu do mapy podatności 1:500 000, metodyka opracowania warstwy informacyjnej określającej wraŜliwość na zanieczyszczenie PPW została zmodyfikowana w sposób umoŜliwiający analizę warunków hydrogeologicznych w bardziej szczegółowej skali (Herbich, Przytuła, Woźnicka 2008). Edycja kartograficzna warstw informacyjnych MhP – PPW-WJ obejmuje dwie mapy przedstawiające: wraŜliwość na zanieczyszczenie (w tym wpływ czynników antropogenicznych na stan chemiczny wód podziemnych) oraz jakość wód (zawartość związków azotu, siarczanów, chlorków, pH i przewodność elektrolityczna właściwa) pierwszego poziomu wodonośnego. Podatność wód podziemnych w Polsce oceniano równieŜ za pomocą popularnych, powszechnie stosowanych na całym świecie metod rangowych, takich jak DRASTIC, DIVERSITY czy GOD w odniesieniu do zbiorników wód podziemnych, w tym GZWP (Witkowski i in. 1997, śurek, Witczak, Duda 2002, Witkowski et al. 2003), zlewni (RóŜkowski 2007, Kajewski 2001, Graf 2007a, 2007b), czy obszarów chronionych (Krogulec 2002, 2004, 2006), a takŜe metod opartych o czas przesączania wody przez strefę aeracji (Krogulec 2004, 2006, śurek, Witczak, Duda 2002, RóŜkowski, Witkowski, Kowalczyk 2005, Limisiewicz, Mądrala 1995). Niejednokrotnie przy ocenie podatności posiłkowano się wynikami modelowania matematycznego (Krogulec 2004, Witkowski et al. 2003). Praca Witkowskiego z Zespołem (2003) poświęcona została ocenie podatności wód podziemnych intensywnie drenowanego triasowego, szczelinowo-krasowego systemu wodonośnego w rejonie Chrzanowa. 2.2.2. Badania metodyczne dla terenów działalności górnictwa podziemnego W bogatej literaturze z zakresu podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia opracowania przedstawiające wyniki badań na terenach przekształconych wskutek działalności człowieka najczęściej dotyczą obszarów intensywnie uŜytkowanych rolniczo. Przykłady oceny podatności na terenach zurbanizowanych i uprzemysłowionych są stosunkowo nieliczne i najczęściej dotyczą zastosowania zmodyfikowanej formy opracowanych wcześniej metod (np. Wang et al. 2007). Wśród nielicznych przykładów oceny podatności na terenach górniczych wskazać moŜna badania porównawcze wyników oceny podatności objętego negatywnym wpływem antropopresji szczelinowego systemu wodonośnego w rejonie kopalń złota w Nikaragui (basen Río Artiguas) metodami DRASTIC (w formie zmodyfikowanej) i GOD (Mendoza, Barmen 2006). Modyfikacja metody DRASTIC polegała na wprowadzeniu dodatkowego parametru określającego wpływ, jaki na podatność wywiera stopień spękania górotworu (pod uwagę wzięto długość, zagęszczenie i stopień skomunikowania szczelin). Na terenie Polski za pomocą zmodyfikowanego systemu DRASTIC przeprowadzono ocenę podatności triasowego systemu wodonośnego w rejonie kopalni „Trzebionka” 11.

(14) (Witkowski et al. 2003), gdzie prowadzona jest eksploatacja rud cynku i ołowiu. Modyfikacja metody polegała głównie na wprowadzeniu parametrów określających miąŜszość warstwy wodonośnej i prędkość przepływu wód. Zrezygnowano natomiast z uwzględnienia wpływu wykształcenia litologicznego warstwy wodonośnej, pokrywy glebowej i nachylenia powierzchni terenu. W południowo – zachodniej części GZW (Rybnicki Okręg Węglowy), na terenie KWK „Marcel” wykonano prognozę wpływu poziomych deformacji powierzchni terenu związanych z planowaną eksploatacją złoŜa węgla „Marklowice” na właściwości izolujące utworów gliniastych występujących w nadkładzie czwartorzędowego UPWP - QI Rejonu Górnej Odry (Frolik et al. 2004). Przy uŜyciu technik GIS, na podstawie przewidywanej intensywności odkształceń poziomych przeprowadzono ocenę ryzyka utraty właściwości izolujących przez utwory nadkładu zbiornika nad polami planowanej eksploatacji i wpływu eksploatacji na wzrost podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia. Dla obszaru GZW opracowana została uproszczona metoda oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia (naleŜąca do grupy metod analogii hydrogeologicznej), która umoŜliwia ocenę stopnia zagroŜenia wód podziemnych poprzez zaliczenie danego obszaru do jednej z pięciu klas zagroŜenia na podstawie rozpoznania jego budowy geologicznej i warunków hydrogeologicznych (Witkowski, Kowalczyk 2004). Podział na klasy zagroŜenia oparto o średni czas przesiąkania wody przez strefę aeracji na obszarze o określonej budowie geologicznej, bez uwzględniania czynników górniczych. W ostatnich latach przedstawiono propozycje metodyki oceny podatności na obszarach objętych negatywnym wpływem górnictwa węgla kamiennego w rejonie GZW, polegające na dostosowaniu wybranych metod oceny podatności do warunków zaistniałych w wyniku wieloletniej działalności górnictwa, a szczególnie obserwowanych i przewidywanych skutków zatapiania zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego. W pracy Bukowskiego i in. (2006) przedstawiono propozycję modyfikacji metody DRASTIC w celu umoŜliwienia zastosowania systemu (lub jego elementów) do oceny podatności wód podziemnych na obszarach kopalń czynnych i zlikwidowanych, przy uwzględnieniu połoŜenia kopalni na tle budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Proponowany zakres modyfikacji obejmuje: korektę rang i wagi głębokości do zwierciadła zbiornika w serii złoŜowej (parametr „D”); korektę rang i wagi wielkości zasilania zbiornika (zmiany infiltracji oraz spadek dopływu do zbiornika w serii złoŜowej w trakcie zatapiania kopalni – parametr „R”); uwzględnienie zmian przepuszczalności utworów budujących zbiornik w serii złoŜowej zaleŜnie od sposobu, zakresu i skutków (modyfikacja rang i wagi parametru „A”), zakres deformacji pokrywy glebowej (wpływ niszczenia pokrywy glebowej na podatność pierwszego poziomu wodonośnego; uwzględnienie znacznej głębokości do zwierciadła zbiornika w serii złoŜowej – parametr „S”), zmiany przewodności utworów wodonośnych (pierwszego poziomu wodonośnego) spowodowane deformacjami i spadek przepuszczalności utworów budujących zbiornik w serii złoŜowej wraz z głębokością. Z uwagi na konieczność uwzględnienia w ocenie nie rozpatrywanych dotąd czynników antropogenicznych, Bukowski i in. (2006) zaproponowali uzupełnienie systemu DRASTIC o następujące parametry w przypadku jego zastosowania dla terenu górniczego kopalni zlikwidowanej w subregionie hydrogeologicznie odkrytym: • wielkość zasilania ascenzyjnego ze strony zbiornika utworzonego w serii złoŜowej, uwzględniający róŜnicę ciśnienia piezometrycznego pomiędzy poziomem w serii 12.

(15) złoŜowej a poziomem nadległym. Parametr dotyczy zagroŜenia nadległych poziomów wodonośnych ze strony zanieczyszczonych lub zmineralizowanych wód piętrzonych w wyrobiskach górniczych, • tempo zatapiania kopalni, jako czynnika wyznaczającego okres moŜliwej eksploatacji ujęć zlokalizowanych w nadkładzie zbiornika utworzonego w serii złoŜowej, • róŜnica ciśnień piezometrycznych w zbiorniku poddanym ocenie podatności i w zbiorniku tworzonym w zatapianej kopalni, • wpływ procesów utleniania minerałów siarczkowych zapoczątkowanego obniŜeniem zwierciadła wody (wzrostem miąŜszości strefy aeracji) i konieczności uwzględnienia ich zawartości w utworach strefy aeracji. W związku z brakiem uwzględnienia w systemie DRASTIC właściwości warstwy izolującej oddzielającej zbiornik serii złoŜowej od poziomów nadległych, Góra i Szczepański (2009) zaproponowali wprowadzenie dodatkowych parametrów określających ochronne właściwości warstwy izolującej pierwszy poziom wodonośny od poziomu w serii złoŜowej w zaleŜności od jej grubości i ciągłości: • miąŜszość warstw izolujących, jako element wpływający na wielkość zasilania poziomu poddanego ocenie podatności ze strony zbiornika tworzonego w serii złoŜowej), • stopień deformacji warstw izolujących, który ma związek ze sposobem eksploatacji i likwidacji wyrobisk, grubością i głębokością występowania wyeksploatowanych pokładów węgla, grubością strefy spękań ponad zlikwidowanym wyrobiskiem, oraz stopniem pokrycia wyrobiskami. PowyŜsze czynniki uwzględniono w propozycji sposobu oceny wpływu zatapiania zlikwidowanej kopalni na zagroŜenie ze strony piętrzonych wód kopalnianych dla triasowych zbiorników wód podziemnych w zasięgu niecki bytomskiej i niecki chrzanowskiej (Góra 2011). Propozycje modyfikacji niektórych metod oceny podatności (GLA, PI, COP, SINTACS, GOD, GPSRI, DRASTIC, DIVERSITY, czas migracji zanieczyszczeń) w kierunku ich adaptacji do wykorzystania na terenie GZW przedstawiły Krogulec i Sawicka (w: Bukowski red. 2012). Proponowane kierunki modyfikacji związane są z przekształceniami środowiska w GZW i ich wpływem na utwory wodonośne, warunki zasilania wód podziemnych i inne czynniki wpływające na podatność wód podziemnych na zanieczyszczenia uwzględniane w wymienionych metodach. Propozycję oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia na obszarach podlegających negatywnemu oddziaływaniu kopalń czynnych i zlikwidowanych na terenie GZW przedstawili Witkowski i Kowalczyk (2012). Według tych autorów ocena podatności na obszarze GZW, a w szczególności na terenach kopalń czynnych lub zlikwidowanych, wymaga sprecyzowania celu, skali i warunków wyjściowych tej oceny, w tym warunków hydrogeologicznych i geologiczno - górniczych. Koncepcja metodyczna oceny podatności, w tym sprecyzowanie przedmiotu oceny (podatność na zanieczyszczenia lub stopień zagroŜenia), uwzględniane czynniki a takŜe definicja oceny podatności, powinna według tych autorów zostać dostosowana do rzeczywistych warunków hydrogeologicznych GZW, które scharakteryzowano za pomocą pięciu modeli warunków geologiczno – górniczych.. 13.

(16) 3.. CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH METOD OCENY PODATNOŚCI WÓD PODZIEMNYCH NA ZANIECZYSZCZENIA. Wynikiem stosowania procedur oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie jest najczęściej sporządzenie map zagroŜeń i podatności (Mikołajków, Krogulec w: Macioszczyk red. 2006). Mapy takie wykorzystywane są jako narzędzie wspomagające działania w zakresie przestrzennego zagospodarowania terenu, ochrony wód podziemnych czy lokalizacji sieci monitoringu jakości wód podziemnych (Kajewski 2008). Ocenę podatności przeprowadza się najczęściej w oparciu o metody rangowe oraz metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych, spośród których te ostatnie są w Polsce często wykorzystywane. Podstawą stosowania istniejących metod jest załoŜenie, Ŝe zanieczyszczenia przenikają do wód podziemnych z powierzchni terenu. Wieloletnie badania dotyczące podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia uwzględniające budowę geologiczną i hydrogeologiczne warunki występowania wód podziemnych, warunki klimatyczne, dostępność i wiarygodność danych, oraz wiele innych czynników, przyniosły efekty w postaci wypracowania zróŜnicowanej metodyki oraz wielu metod oceny podatności. Ogólną charakterystykę szeregu metod oceny podatności odnaleźć moŜna w pracach Aller et al. (1987), Vrba i Zaporozec (eds. 1994), Chełmickiego (1997, 2001), Gogu i Dassargues (2000), śurek, Witczaka i Dudy (2002), Zwahlen (ed. 2004), Margane (2003), Krogulec (2004), Mikołajków i Krogulec (w: Macioszczyk red. 2006), Vlaicu i Munteanu (2008). 3.1.. Podział i charakterystyka metod badań. Istniejące metody oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia moŜna najogólniej podzielić na metody oparte o dające się wyrazić ilościowo kryterium, jak np. czas pionowej migracji zanieczyszczeń konserwatywnych, parametry filtracji warstwy wodonośnej, miąŜszość i właściwości utworów izolujących, oraz na metody oparte o system rangowy przypisujący określoną wagę i rangę parametrom istotnym dla oceny podatności. Podział metod oceny podatności zaproponowany przez Krogulec (2004) przedstawia się następująco: • metody szacunkowe opierające się na ogólnej charakterystyce budowy geologicznej lub systemu hydrogeologicznego. Podatność wód podziemnych określana jest na podstawie analogii hydrogeologicznej (poprzez porównanie z podobnymi, lepiej rozpoznanymi systemami), ogólnego rozpoznania hydrogeologicznego oraz strefowości stratygraficzno – litologicznej; • metody parametryczne oparte na hierarchizacji parametrów najbardziej istotnych z punktu widzenia potencjalnego zagroŜenia. Metody parametryczne stosowane są do oceny podatności zarówno zbiorników w ośrodkach porowych, jak i szczelinowych (np. AVI, metoda oparta o czas pionowej migracji zanieczyszczeń konserwatywnych; metoda GOD); • metody rangowe (indeksacji parametrów) opierają się na zestawie parametrów, którym przypisuje się odpowiednie rangi w zaleŜności od wpływu danego parametru na moŜliwość zanieczyszczenia wód podziemnych; • metody modelowania matematycznego i hydrogeochemicznego umoŜliwiają opis systemu hydrogeologicznego i jego zachowania, a następnie prognozowanie jego 14.

(17) •. • •. podatności na zanieczyszczenie. Metody modelowe, ze względu na konieczność uśredniania wartości wielu parametrów, mają często charakter przybliŜony. Ponadto metody te wymagają znacznej ilości danych hydrogeologicznych; metody znacznikowe polegają na eksperymentalnym określeniu prędkości i kierunku migracji zanieczyszczeń w warstwie wodonośnej za pomocą znaczników wprowadzanych do systemu hydrogeologicznego. Metody te stosowane są do określania podatności wód podziemnych w skali lokalnej; metody hydrochemiczne, stosowane dla płytko występujących poziomów wodonośnych, polegają na określaniu podatności wód podziemnych na podstawie ich mineralizacji; metody statystyczne i geostatystyczne stosowane są często w celu weryfikacji innych metod oceny podatności na podstawie określania współzaleŜności pomiędzy jakością wody a wybranym parametrem środowiskowym (np. typem gleby, głębokością do zwierciadła wody).. Opracowane dotychczas metody oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia uwzględniają szereg czynników (parametrów) określających właściwości środowiska systemu wodonośnego i ich wpływ na moŜliwość zanieczyszczenia wód podziemnych w wyniku dopływu potencjalnych zanieczyszczeń z powierzchni terenu. Czynniki uwzględniane w procedurze oceny podatności naturalnej róŜnymi metodami to: • głębokość występowania wód podziemnych (metody DRASTIC, SINTACS, GOD); • warunki występowania zwierciadła wody, w tym: - swobodne, naporowe (metoda COP). - artezyjskie (metody PI, GLA); • stopień izolacji zbiornika wód podziemnych (metoda GOD); • poziomy zawieszone (metoda GLA, metoda oparta o czas wymiany polowej pojemności wodnej gleby i strefy aeracji); • zasilanie infiltracyjne wód podziemnych (metody DRASTIC, SINTACS, COP, PI, GLA, DIVERSITY, ISIS, metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych); • warunki (koncentracja) zasilania wód podziemnych (metody EPIK, DIVERSITY, COP, PI); • natęŜenie opadów atmosferycznych (GLA, COP, metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych); • profil glebowy, w tym: - litologia (metody SEEPAGE, DRASTIC, SINTACS, ISIS), - miąŜszość (metody EPIK, GLA, SEEPAGE, ISIS), - polowa pojemność wodna gleby (metody GLA, PI, metoda oparta o czas wymiany polowej pojemności wodnej gleby i strefy aeracji), - pojemność sorpcyjna gleby (SEEPAGE); • właściwości ochronne strefy aeracji, w tym: - wykształcenie litologiczne (metody DRASTIC, SINTACS, GOD, COP, PI, GLA, ISIS, metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych), - miąŜszość strefy aeracji (metody DRASTIC, PI, GLA, COP, ISIS, AVI, metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych),. 15.

(18) • • • • • • •. współczynnik filtracji (metoda EPIK, AVI, metody oparte o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych), powierzchniowe formy krasowe (metody EPIK, PI, DIVERSITY, COP), stopień rozwoju form krasowych (metody SINTACS, COP, DIVERSITY, PI, GLA, EPIK); warstwa wodonośna, w tym: litologia (metody DRASTIC, SINTACS, SEEPAGE, ISIS), miąŜszość (metoda ISIS), współczynnik filtracji (metody DRASTIC, SINTACS), rodzaj przepływu w warstwie wodonośnej (metoda DIVERSITY); nachylenie powierzchni terenu (metody DRASTIC, SINTACS, PI, COP, ISIS); pokrywa roślinna (metody COP, PI); ewapotranspiracja (metoda GLA); uŜytkowanie (zagospodarowanie) terenu (metoda ISIS, SINTACS); właściwości, stęŜenie i rodzaj substancji zanieczyszczającej (metoda GPSRI); poziom ochrony prawnej (metoda GPSRI).. Metoda DRASTIC Metoda DRASTIC (Aller et al. 1987), jedna z najpopularniejszych metod rangowych, opracowana została przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (US EPA) w celu oceny naturalnej podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie na terenie Stanów Zjednoczonych. Do polskich warunków metoda została przystosowana poprzez przeliczenie wartości wielkości fizycznych na jednostki miar obowiązujące w naszym kraju i wprowadzenie polskiej terminologii z zakresu geologii, hydrogeologii i gleboznawstwa (Kajewski 2000). Metoda uwzględnia siedem czynników, które według autorów metody mają największy wpływ na moŜliwość zanieczyszczenia wód podziemnych: • D - głębokość do zwierciadła wody (depth to water), • R – wielkość zasilania infiltracyjnego (net recharge), • A – litologia warstwy wodonośnej (aquifer media), • S – właściwości gleby (soil media), • T – nachylenie powierzchni terenu (topography), • I – wpływ strefy aeracji (impact of the vadose zone media), • C – współczynnik filtracji warstwy wodonośnej (hydraulic conductivity of the aquifer). Metoda zakłada, Ŝe potencjalne zanieczyszczenia dostają się do wód podziemnych z powierzchni terenu i są przenoszone przez infiltrujące wody opadowe, a prędkość przemieszczania się zanieczyszczeń jest równa prędkości przesączania wody. ZałoŜenia metody sugerują jej zastosowanie do oceny podatności wód podziemnych w ośrodkach hydrogeologicznych, w których przepływ wód podziemnych ma charakter liniowy (ośrodki porowe). Metoda jest przeznaczona do ocen w skali regionalnej na obszarach o powierzchni przekraczającej 0,5 km2. Stosowanie metody DRASTIC opiera się na wykorzystaniu prostego algorytmu obliczeniowego stanowiącego kombinację rang i wag. KaŜdemu z uwzględnianych czynników, w zaleŜności od jego roli w procesie migracji zanieczyszczeń przypisuje się współczynnik wagowy (DW, RW, AW...) w skali od 1 do 5 (odrębne wartości współczynnika 16.

(19) wagowego przewidziano dla obszarów uŜytkowanych rolniczo). Następnie za pomocą odpowiednich tabel i wykresów kaŜdemu z czynników przypisuje się odpowiednią ocenę punktową, czyli rangę (DR, RR, AR...) w skali od 1 do 10. NajwyŜsze wartości rang poszczególnych czynników oznaczają warunki najbardziej sprzyjające zanieczyszczeniu, wartości najniŜsze odpowiadają warunkom maksymalnie ograniczającym moŜliwość zanieczyszczenia wód podziemnych (Tabela 3.1 – 3.7). Tabela 3.1. Ranga i waga parametru „D” (głębokość do zwierciadła wody) D – głębokość do zwierciadła wody Zakres [m]. Ranga DR. 0,0 – 1,5 1,5 – 4,5 4,5 – 9,0 9,0 – 15,0 15,0 – 22,0 22,0 – 30,0 >30,0. 10 9 7 5 3 2 1. Dla inwestycji niebezpiecznych. Waga DW Dla stosowania pestycydów. 5. 5. Tabela 3.2. Ranga i waga parametru „R” (wielkość zasilania infiltracyjnego) R – wielkość zasilania infiltracyjnego Zakres [mm]. Ranga RR. 0 – 50 50 - 100 100 – 180 180 – 250 >250. 1 3 6 8 9. Dla inwestycji niebezpiecznych. Waga RW Dla stosowania pestycydów. 4. 4. Tabela 3.3. Ranga i waga parametru „A” (litologia warstwy wodonośnej) A – litologia warstwy wodonośnej Zakres łupki, łupki ilaste (lite) skały metamorficzne i magmowe zwietrzałe skały metamorficzne i magmowe gliny morenowe, gliny zwałowe sekwencje skał osadowych: łupków, wapieni, piaskowców piaskowce wapienie piaski i Ŝwiry bazalty wapienie skrasowiałe * wartość zalecana. Ranga AR. Waga AW Dla inwestycji Dla stosowania niebezpiecznych pestycydów. 1 – 3 (2)* 2 – 5 (3)* 3 – 5 (4)* 4 – 6 (5)* 5 – 9 (6)*. 3. 3. 4 – 9 (6)* 4 – 9 (6)* 4 – 9 (8)* 2 - 10 (9)* 9 – 10 (10)*. 17.

(20) Tabela 3.4. Ranga i waga parametru „S” (właściwości gleby) S – właściwości gleby Zakres. Waga SW Dla inwestycji Dla stosowania niebezpiecznych pestycydów. Ranga SR. bardzo cienka lub brak Ŝwiry piaski torfy gleby ilaste zdegradowane, kurczliwe, spękane gliny piaszczyste, piaski gliniaste glina glina pylasta gliny zwięzłe, gliny pylaste zwięzłe gleby mineralno - organiczne gleby ilaste nie zdegradowane, mało kurczliwe. 10 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. 2. 5. Tabela 3.5. Ranga i waga parametru „T” (nachylenie powierzchni terenu) T – nachylenie powierzchni terenu Zakres [%]. Ranga TR. 0–2 2-6 6 – 12 12 – 18 >18. 10 9 5 3 1. Dla inwestycji niebezpiecznych. Waga TW Dla stosowania pestycydów. 1. 3. Tabela 3.6. Ranga i waga parametru „I” (litologia strefy aeracji) I – litologia strefy aeracji Zakres warstwa nieprzepuszczalna (napinająca) pyły, iły łupki, łupki ilaste skały węglanowe piaskowce sekwencje skał osadowych: łupków, wapieni, piaskowców piaski, Ŝwiry, pospółki gliniaste skały metamorficzne i magmowe piaski, Ŝwiry i pospółki bazalty wapienie skrasowiałe * w nawiasie podano wartość zalecaną. Ranga IR. Waga IW Dla inwestycji Dla stosowania niebezpiecznych pestycydów. 1 2 – 6 (3)* 2 – 5 (3)* 2 – 7 (6)* 4 – 8 (6)* 4 – 8 (6)*. 5. 4. 4 – 8 (6)* 2 – 8 (4)* 6 – 9 (8)* 2 – 10 (9)* 8 – 10 (10)*. 18.

(21) Tabela 3.7. Ranga i waga parametru „C” (współczynnik filtracji warstwy wodonośnej) C – współczynnik filtracji warstwy wodonośnej Waga CW Zakres Ranga CR Dla inwestycji Dla stosowania [m/d] niebezpiecznych pestycydów < 4,32 1 4,32 – 12,96 2 12,96 – 28,5 4 3 2 28,5 – 43,2 6 43,2 – 86,4 8 > 86,4 10. Wartość indeksu podatności oblicza się poprzez zsumowanie iloczynów oceny punktowej czynników (rangi) i odpowiadającego im współczynnika wagowego, zgodnie z poniŜszym równaniem: IPZ DRASTIC = (DR · DW)+(RR · RW)+(AR · AW)+(SR · SW)+(TR · TW)+(IR · IW)+(CR · CW) Obliczony indeks podatności jest wartością względną, umoŜliwiającą wskazanie na terenie objętym oceną obszarów mniej lub bardziej podatnych na zanieczyszczenie (Aller et al. 1987). Autorzy metody nie podają Ŝadnych obligatoryjnych przedziałów wartości indeksu podatności i dopuszczają podział na klasy podatności oparty o stopnień rozpoznania terenu i doświadczenie badacza przeprowadzającego ocenę podatności (Gogu, Hallet, Dassargues 2003). W literaturze dotyczącej oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia moŜna znaleźć liczne przykłady zastosowania metody DRASTIC w róŜnych krajach na całym świecie, w tym równieŜ w Polsce. Przykłady pierwszych map podatności wykonanych metodą DRASTIC juŜ w latach ‘80 ubiegłego wieku w Ameryce Północnej (Teksas, Ohio, Nowa Szkocja), a następnie w Kanadzie podała Krogulec (2004). Przykłady zastosowania metody w USA (w skali całego kraju, poszczególnych stanów i mniejszych jednostek administracyjnych USA) oraz w takich krajach jak Izrael, Nikaragua, Portugalia, RPA i Południowa Korea podał A. Margane (2003). Trudno jednak wskazać przykład zastosowania metody w formie oryginalnej, zaproponowanej przez L. Aller et al. (1987). Metoda stosowana jest po modyfikacji obejmującej korektę rang i współczynników wagowych wybranych parametrów, które w formie oryginalnej często nie odpowiadają warunkom hydrogeologicznym i środowiskowym poddanych ocenie systemów wodonośnych. Niejednokrotnie do oceny podatności wprowadzano dodatkowe parametry odzwierciedlające charakterystyczne cechy środowiska występowania wód podziemnych, a takŜe właściwości substancji zanieczyszczających, sposób uŜytkowania terenu czy wpływ zmian klimatu. W niektórych przypadkach wynikiem modyfikacji było powstanie nowej metody oceny podatności. Zmodyfikowana metoda DRASTIC, dostosowana do lokalnych warunków poprzez korektę rang poszczególnych parametrów posłuŜyła do oceny podatności wód podziemnych (zbiornik w utworach piaskowcowych) w Strefie Gazy w Palestynie (Baalousha 2006). Wyniki oceny podatności wykazały zgodność ze stwierdzonymi w wodach podziemnych stęŜeniami związków azotu. Na terenie słowackiej Liptovskiej Kotliny ocenę podatności wód podziemnych w utworach czwartorzędowych przeprowadzono przy uŜyciu metody DRASTIC 19.

(22) dostosowanej do lokalnych warunków (Ženišová, Flaková 2002). Modyfikacja metody polegała na uwzględnieniu w ocenie podatności dodatkowych czynników określających przepuszczalność gleby, miąŜszość strefy aeracji, współczynnik filtracji pionowej utworów strefy aeracji, miąŜszość warstwy wodonośnej oraz zakres wahań zwierciadła wody. Zastosowana na górzystych obszarach południowej części stanu Dakota w USA metoda KARSTIC (Davis, Long, Wireman 2002) powstała w wyniku dostosowania metody DRASTIC do oceny podatności zbiorników krasowych. Metodę wejściową poszerzono o parametr „K” odpowiadający stopniowi rozwoju powierzchniowych form krasowych, które traktowane są jako uprzywilejowane drogi przepływu wód z powierzchni do warstwy wodonośnej. Podobnie skonstruowana metoda DRASTIC-Fm (Denny, Allen, Journeay 2007), zastosowana w południowo-zachodniej części kanadyjskiej prowincji Kolumbia Brytyjska, uwzględnia dodatkowy parametr związany z rozwojem sieci szczelin i uskoków, charakterystycznych dla ośrodków szczelinowych. Istnienie uprzywilejowanych dróg przepływu wody w ośrodkach o podwójnej porowatości, wielowarstwowość strefy aeracji a takŜe elementy podatności specyficznej, tj. właściwości substancji zanieczyszczającej (sorpcja i rozpad), uwzględniono w ocenie podatności wód podziemnych zmodyfikowaną metodą DRASTIC w Republice Południowej Afryki (Jovanovic et al. 2006). Elementy podatności specyficznej uwzględniono w metodzie DRAMIC (Wang et al. 2007) opracowanej (w oparciu o metodę DRASTIC) w celu oceny podatności płytkich wód podziemnych na zanieczyszczenia organiczne na obszarach zurbanizowanych. Zmodyfikowaną metodykę zastosowano dla oceny czwartorzędowego poziomu wodonośnego w dolinie rzeki Jangcy, na terenie ponad 4-milionowego miasta Wuhan w Chinach. Modyfikacja metody DRASTIC polegała na rezygnacji z uwzględniania parametrów „T”, „S” i „C”, w których miejsce wprowadzono miąŜszość warstwy wodonośnej „M” i właściwości substancji zanieczyszczającej „C”. W przypadku pozostałych parametrów metody DRASTIC przeprowadzono jedynie korektę wartości współczynnika wagowego. Metodę DRASTIC rozszerzoną o wskaźnik definiujący potencjalne ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych w związku z zagospodarowaniem powierzchni terenu zastosowano w ocenie podatności specyficznej wód podziemnych na zanieczyszczenie w regionie Sharon w Izraelu (Secunda, Collin, Melloul 1998) oraz w rejonie Madrytu (Martinez-Bastida, Arauzo, Valladolid 2010). W obu przypadkach przeprowadzono ocenę podatności naturalnej zmodyfikowaną metodą DRASTIC (w rejonie Madrytu równieŜ metodą GOD). Ranga i waga wprowadzonego do oceny podatności parametru „L” określa moŜliwość zanieczyszczenia wód podziemnych w związku z charakterem zagospodarowania terenu. W rejonie Madrytu w ocenie podatności specyficznej, oprócz parametru „L”, uwzględniono dodatkowy czynnik – parametr „LU”, określający potencjalne zagroŜenie zanieczyszczeniem azotanami. Indeksy podatności specyficznej uwzględniające zagospodarowanie terenu (indeks CD – Composite DRASTIC Index) oraz potencjalne zagroŜenie zanieczyszczeniem azotanami (indeks NV – Nitrate Vulnerability Index) obliczono na podstawie poniŜszych równań, będących rozszerzeniem formuły DRASTIC: CDindex = DR · DW + RR · RW + AR · AW + SR · SW + TR · TW + IR · IW + CR · CW + LR · LW NVindex = (DR · DW + RR · RW + AR · AW + SR · SW + TR · TW + IR · IW + CR · CW) · LU 20.

(23) Podobny sposób oceny podatności specyficznej związanej z zagospodarowaniem terenu (indeks CD) i potencjalnym zanieczyszczeniem wód podziemnych azotanami (indeks NV) przyjęła Krogulec (2011) na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego (KPN), gdzie przeprowadzono wcześniej ocenę podatności naturalnej zmodyfikowaną metodą DRASTIC i metodą opartą o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych (Krogulec 2002, 2004, 2006). Na terenie Polski wyróŜnić moŜna kilka przykładów zastosowania metody DRASTIC do oceny podatności naturalnej wód podziemnych występujących w utworach węglanowych. Dla obszaru zlewni rzeki Dłubni stanowiącej fragment kredowego, szczelinowo – porowego GZWP 409 Niecka Miechowska i dla niewielkiego obszaru w południowej części jurajskiego GZWP 326 Częstochowa E, śurek, Witczak i Duda (2002) przeprowadzili ocenę podatności metodą DRASTIC a uzyskane wyniki porównali do wyników oceny metodą DIVERSITY i metodą opartą o czas migracji zanieczyszczeń konserwatywnych. W ocenie podatności zbiorników krasowo – szczelinowych: pozostającego pod silnym wpływem czynników antropogenicznych (drenaŜ przez wyrobiska kopalni rud Zn-Pb) triasowego GZWP 452 Chrzanów (Witkowski et al. 2003) oraz jurajskiego GZWP 326 Częstochowa E (RóŜkowski 2007) przyjęto zbliŜony sposób postępowania polegający na wprowadzeniu do metody DRASTIC dodatkowych czynników określających prędkość przepływu wód podziemnych i miąŜszość utworów wodonośnych. W obu przypadkach ocenę podatności przeprowadzono z pominięciem wpływu wykształcenia litologicznego warstwy wodonośnej (parametr „A”) i ukształtowania powierzchni terenu („T”). Na terenie GZWP Chrzanów pominięto ponadto parametr określający skład granulometryczny gleby („S”). Metoda SINTACS Metoda SINTACS powstała w wyniku dostosowania popularnej metody DRASTIC dla oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie w warunkach (klimatycznych i hydrogeologicznych) charakterystycznych dla terytorium Włoch i basenu Morza Śródziemnego (Civita, De Maio 2000, 2004, Civita 2010). Metoda uwzględnia siedem czynników, tzn.: głębokość do zwierciadła wody (S), wielkość zasilania infiltracyjnego (I), litologię strefy aeracji (N), rodzaj gleby (T), – litologię warstwy wodonośnej (A), współczynnik filtracji utworów warstwy wodonośnej (C) oraz nachylenie powierzchni terenu (S). KaŜdy z wymienionych czynników otrzymuje rangę w skali 1 – 10 oraz współczynnik wagowy w skali 1 – 5. W odróŜnieniu od metody DRASTIC, autorzy metody SINTACS przyjmują moŜliwość stosowania róŜnych wartości współczynnika wagowego dla poszczególnych czynników w zaleŜności od warunków panujących na danej części terenu poddanego ocenie podatności. Wartość indeksu podatności jest wynikiem zsumowania iloczynów rang i wag poszczególnych czynników. Metoda GOD Ocena podatności za pomocą metody GOD (Groundwater occurence, Overall lithology, Depth to groundwater; Foster 1987) obejmuje dwa etapy. W pierwszej kolejności ocenia się trzy elementy traktowane jako „wejście” do systemu, tj. stopień izolacji zbiornika (parametr G), litologię strefy aeracji (parametr O) oraz głębokość do zwierciadła wody lub stropu warstwy wodonośnej (parametr D), dla których sporządza się mapy ich rozkładu przestrzennego. Następnie za pomocą diagramu analizowanym cechom przypisuje się wartość mnoŜnika (w zakresie od 0,0 do 1,0) określającego wpływ danego parametru na moŜliwość 21.

(24) zanieczyszczenia wód podziemnych. Etap „wyjście” obejmuje obliczenie wskaźnika podatności będącego iloczynem wartości trzech mnoŜników uzyskanych w etapie „wejście”. W zaleŜności od uzyskanej wartości wskaźnika dany teren moŜe być zaliczony do jednej z pięciu klas podatności. Metoda EPIK Metoda EPIK (Doerflieger, Zwahlen 1998, Doerflieger, Jeannin, Zwahlen 1999) jest pierwszą metodą oceny podatności wód podziemnych opracowaną (w oparciu o metodę DRASTIC) specjalnie dla krasowych ośrodków hydrogeologicznych (w Szwajcarii metoda ta wykorzystywana jest do wyznaczania stref ochronnych ujęć wód podziemnych i źródeł). Metoda uwzględnia cztery parametry: stopień rozwoju krasu powierzchniowego (E), grubość pokrywy ochronnej (P), warunki (stopień koncentracji) zasilania wód podziemnych (I), stopień rozwoju sieci krasowej (K). KaŜdy z wymienionych czynników otrzymuje wartość punktową rangi oraz odpowiedni współczynnik wagowy (najwyŜsze wartości współczynnika wagowego przypisano czynnikom określającym kras powierzchniowy i charakter zasilania wód podziemnych). Wartość indeksu podatności obliczana poprzez zsumowanie iloczynów rang i wag poszczególnych parametrów zawiera się w przedziale od 9 do 34, który został podzielony na cztery klasy podatności (niska, średnia, wysoka, bardzo wysoka). Metoda GLA Ocena podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie metodą GLA, zwaną inaczej „metodą niemiecką” (Hoelting et al. 1995), opiera się wyłącznie na określeniu ochronnych właściwości pokrywy glebowej i utworów strefy aeracji. W analizie podatności bierze się pod uwagę następujące parametry: polowa pojemność wodna gleby (S), infiltracja efektywna (W), litologia strefy aeracji (R) oraz miąŜszość strefy aeracji łącznie z pokrywą glebową (T). KaŜdy z wymienionych parametrów jest odpowiednio punktowany w zaleŜności od jego zdolności ochronnych. Określenie zdolności ochronnej całej strefy aeracji opiera się na zsumowaniu ochronnych właściwości gleby i części profilu strefy aeracji pod glebą, wyraŜonych w postaci liczbowej. Występowanie w profilu poziomów zawieszonych ponad pierwszym poziomem wodonośnym lub naporowe (artezyjskie) warunki występowania zwierciadła wody pierwszego poziomu wodonośnego (parametry Q i HP) traktowane są jako czynniki dodatkowo zwiększające zdolności ochronne nadkładu zbiornika. Metoda PI Metoda PI (Goldscheider 2003) powstała w wyniku modyfikacji metody GLA polegającej na uwzględnieniu specyfiki infiltracji wód opadowych na obszarach występowania zbiorników krasowych. Ocena podatności metodą PI polega na oszacowaniu właściwości pokrywy ochronnej zbiornika (parametr P - określany jest przy zastosowaniu zmodyfikowanej metody GLA) tworzonej przez strefę aeracji oraz stopnia jej „omijania” (parametr I) w wyniku koncentracji infiltracji wody przez róŜnorodne formy krasowe (np. ponory, zapadliska, kominy, studnie krasowe itp.). Wartość obu parametrów obliczana jest za pomocą wzorów. Ostateczna ocena zdolności ochronnych strefy aeracji jest iloczynem obliczonych wartości parametru P i parametru I.. 22.