Interpretation of water temperature changes in the spring on the eastern side of the Zameczki mountain (West Tatra Mts.) based on continuous monitoring and a numerical heat transport model

Prowadzone w sposób ciągły długoterminowe obserwacje temperatury wody ze źródła na wschodnim stoku Zameczków dostarczyły danych do oceny zmienności tego parametru w czasie. W artykule podjęto próbę interpretacji uzyskanych wyników za pomocą niestacjonarnego, numerycznego modelu transportu ciepła i mieszania wód. Wymagało to opracowania modelu konceptualnego, którego poprawność weryfikowano na podstawie oceny dopasowania obliczonej i pomierzonej temperatury wody. W wyniku tarowania modelu określono średnie wartości współczynnika przewodności cieplnej skał na poziomie 1,4 Wm–1K–1 oraz ciepła właściwego układu woda–skała na poziomie 0,92 kJkg–1K–1, przy wartościach błędu średniego i błędu średniego bezwzględnego wynoszących odpowiednio 0,08 i 0,28°C. Zgodnie z przyjętym modelem zmienność temperatury wody na wypływie można wyjaśnić kondukcją ciepła w strefie sezonowych fluktuacji oraz dopływem wód podziemnych ze strefy neutralnej. Na podstawie obliczeń modelowych udało się określić ilościowy udział wód reprezentujących różne strefy głębokościowe. Rezultaty wskazują, że 67% wód zasilających badane źródło powiązanych jest z płytką strefą krążenia, w której główną determinantą temperatury wody jest kondukcyjny strumień ciepła skierowany prostopadle do powierzchni terenu. Pozostałe 33% dopływu reprezentuje głębszy system krążenia, który można identyfikować ze strefą neutralną. W strefie tej temperatura wody zbliżona jest do średniej rocznej temperatury powietrza, a gradienty temperatury przyjmują niewielkie wartości zarówno w odniesieniu do czasu, jak i przestrzeni.Long-term observations of water temperature in the spring on the eastern side of the Zameczki mountain allow collecting a set of data showing variability of this parameter in time. The paper presents an interpretation of this data by a non-stationary numerical model of heat transport and water mixing. Quantitative interpretation of the results required constructing a conceptual model, whose correctness was verified on the basis of evaluation of calculated and measured water temperature. Due to the model calibration it was possible to establish the mean values of heat conductivity of the rocks at 1.4 Wm–1K–1 and the water-rock specific heat capacity at 0.92 kJkg–1K–1 with the mean error and mean absolute error at the level of 0.08 and 0.28ºC, respectively. According to this model, variability of water temperature in the spring can be explained by conductive heat transport in the zone of seasonal fluctuations and by the groundwater inflow from the neutral zone. Based on the model calculations it was possible to determine the quantitative share of waters representing different depth zones. The results indicate that 67% of water recharging the spring is linked with the shallow circulation zone, in which the main temperature determinant is the conductive heat stream directed perpendicular to the terrain surface. The remaining 33% of the inflow represents a deeper circulation system that can be identified with the neutral zone. In this zone, water temperature is close to the annual mean air temperature and the temperature gradients have small values both in space and time

Problems in “age” dating of groundwater drained by the Pieniny springs

W artykule zaprezentowano wyniki oznaczeń trytu w wodach z czterech źródeł usytuowanych na terenie Pienińskiego Par¬ku Narodowego. Za pomocą programu FLOWPC podjęto próbę oszacowania trytowego wieku wód w systemie hydrogeologicznym, tj. czasu wymiany wody w zbiornikach drenowanych przez źródła. Z uwagi na skomplikowany porowo-szczelinowy system krążenia wód i niewielkie obszary zasilania najbardziej prawdopodobne wyniki uzyskuje się dla modeli dyspersyjnych i eksponencjalno-tłokowych. Uzyskane wyniki szacowania wieku wód, niezależnie od przyjętego modelu i jego parametrów, potwierdzają stosunkowo młody wiek wód, nieprzekraczający najprawdopodobniej 30 lat, i świadczą o drenowaniu przez badane źródła wód współczesnego zasilania infiltracyjnego.The paper presents the results of tritium determinations in four springs located within the Pieniny National Park. The attempt of assessing the age of groundwater, i.e. the groundwater tritium turnover time in the drained reservoirs was made using the FLOWPC computer code application. Due to the complex fissure-pore groundwater circulation system as well as relatively small recharge areas, the most reliable results were obtained for dispersion and exponential-piston flow models. The obtained groundwater age estimations, regar¬dless of the assumed model and its parameters, corroborated the relatively young age of studied waters, presumably not exceeding 30 years. This proves that the studied springs in the Pieniny National Park are recharged mainly by modern infiltration

Geochemical relationships in CO2-rich therapeutic waters of the Sudetes (Poland)

Geochemical studies of CO2-rich therapeutic waters in the Sudetes have provided new data on a wide range of trace elements, going beyond standard chemical analyses of such waters. A consistent set of physicochemical data obtained using the same analytical methods was subjected to statistical analyses, including hierarchical clustering, factor analysis and nonparametric tests (Kruskal-Wallis, Tau Kendall), to reveal geochemical relationships between physicochemical and chemical parameters in the waters, and their relationships with the aquifer lithology. Distinct differences in the composition of waters found in crystalline rocks (mainly gneisses and mica schists) and sedimentary rocks were identified. The wide range of elements can be associated with the hydrolysis of silicate minerals, including alkali and alkali earth metals (Li, Na, K, Rb, Cs, Be) and (mostly) transition elements (Fe, Mn, Zn, Co, W, Mg). Carbonate equilibria are the next important factor as it determines the aggressiveness of the water towards the minerals of aquifer rocks and affects the concentrations of numerous solutes. The probable common origin of chlorides, bromides and sulphates together with Li, Na, Sr may be related to the relict saline component of deep circulating waters, a hypothesis that requires further investigations

Ocena oddziaływań Zbiornika Czorsztyńskiego na wody podziemne w ćwierćwiecze jego funkcjonowania

Artificial water reservoirs pose impact on the natural environment. Impact of the artificial Czorsztyn Lake on groundwater and land management is assessed. The study is based on long-term observations of chemistry, groundwater levels and spring discharges during reservoir construction, filling, and 25-year-long exploitation. Land management changes caused by reservoir construction were recognized using remote sensing. Reservoir construction resulted in land management change in the study area. Built-up and forest areas gained prevalence over farmland areas. Two types of groundwater dominate: HCO3–Ca and HCO3–Ca–Mg, both before reservoir filling (68% analyses) and afterwards (95% analyses), and in control analyses from September 2020 (100% analyses). Gradual decrease in the occurrence of water types with the sulphate ion exceeding 20% mvals is documented, which points to water quality improvement trends. Moreover, changes of water saturation index values with regard to aquifer-forming mineral phases during reservoir construction and early exploitation phase indicate hydrochemical modifications. Decrease of groundwater level was related with transformation of the Dunajec river valley during reservoir construction and, accordingly, decrease of regional drainage base level. Groundwater level increased after reservoir filling, which points to coupled impact of the reservoir and increased precipitation recharge. Construction of the Czorsztyn Lake resulted in gradual land management transformation from farmlands into tourist-recreational areas. This change and river valley flooding by surface waters did not cause significant modifications in groundwater quantity and quality. Organization of water-sewage management related with reservoir construction resulted in noticeably improved quality trends.Powstanie sztucznego zbiornika wodnego oddziałuje na wszystkie elementy środowiska. Na przykładzie Zbiornika Czorsztyńskiego oceniono jego oddziaływanie na wody podziemne oraz zmiany wymuszone przez jego budowę w zagospodarowaniu terenu. W ocenie wykorzystano długoletnie obserwacje chemizmu i stanów zwierciadła wód podziemnych oraz wydajności źródeł, obejmujące okres sprzed budowy zbiornika, z czasu jego napełniania oraz 25-letniej eksploatacji. Zmiany zagospodarowania przestrzennego wywołane budową zbiornika określono metodami teledetekcyjnymi. Konsekwencją budowy zbiornika była zmiana użytkowania powierzchni terenu. Wzrosła powierzchnia obszarów zabudowanych i leśnych kosztem terenów rolniczych. Dominującą rolę odgrywają dwa typy wód podziemnych HCO3–Ca oraz HCO3–Ca–Mg, dotyczy to zarówno okresu przed jego napełnieniem (68%), jak i po jego napełnieniu (95%), a także w odniesieniu do analiz kontrolnych z 2020 roku (100%). Udokumentowano stopniowy zanik występowania typów wód z udziałem jonu siarczanowego powyżej 20% miliwali, co wskazuje na tendencję poprawy jakości badanych wód. Ponadto zmiany wartości wskaźników nasycenia wód, względem faz mineralnych budujących warstwę wodonośną, w czasie budowy zbiornika i na wczesnym etapie jego eksploatacji, wskazują na ich modyfikacje hydrochemiczne. Zaobserwowano obniżenie zwierciadła wód gruntowych spowodowane przekształceniem doliny Dunajca w czasie budowy zbiornika i związanego z tym obniżenia regionalnej bazy drenażowej. Po napełnieniu zbiornika nastąpił wzrost rzędnej zwierciadła wody. Oprócz oddziaływania zbiornika można to tłumaczyć również większym zasilaniem opadowym. Powstanie Zbiornika Czorsztyńskiego spowodowało stopniowe przekształcenia w użytkowaniu terenu z rolniczego w kierunku turystyczno-rekreacyjnym. Zmiany te oraz zalanie doliny rzecznej wodami powierzchniowymi nie spowodowało zasadniczych zmian ilościowych i jakościowych wód podziemnych. Natomiast związane z budową zbiornika uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej przyczyniło się do zauważalnej tendencji poprawy ich jakości