Renewable groundwater resources of different groundwater media an example from the Kłodzko Land

Opisano kształtowanie się zasobów wód podziemnych w różnych ośrodkach hydrogeologicznych: porowym, szczelinowym, szczelinowo-porowym, szczelinowo-krasowym. Obszar badań jest zlokalizowany na obszarze Ziemi Kłodzkiej. W badaniach wykorzystano hydrologiczne metody wyznaczania zasobów wód podziemnych oraz modelowanie numeryczne. Rezultaty wskazują, że największe zasoby wodne znajdują się w ośrodkach porowych oraz szczelinowo-krasowych. Moduły zasobów dynamicznych z wielolecia kształtowały się w granicach 7–8 dm3/s•km2. Relacja wielkości odpływu podziemnego źródłami w stosunku do całkowitego odpływu podziemnego wykazuje, że prawie 90% odpływu ma formy dokorytowe i zachodzi wzdłuż doliny rzecznej. Niższe zasoby wód podziemnych zanotowano w ośrodku szczelinowym, reprezentowanym przez skały krystaliczne. Obliczone wysokie zasoby dynamiczne nie oznaczają ich dyspozycyjności. Zachowanie przepływów nienaruszalnych oraz naturalnych warunków przyrodniczych wymusza przyjęcie zasobów dyspozycyjnych w granicach 50–60% zasobów dynamicznych oraz rozproszone ujmowanie wód podziemnych.This article presents renewable groundwater resources in porous, fractured, fractured-porous and fractured-karst groundwater media. The study area is located in the Kłodzko Land. Groundwater resources were estimated using hydrological methods and modelling. The results indicate that the largest groundwater resources are located in the porous and fractured-karst media. The moduli of groundwater runoff are 7–8 dm3/s•km2. The relation between the spring runoff and the total groundwater runoff proves that almost 90% of runoff is of river-bed origin and takes place along the river valley (lineal drainage). Lower values of groundwater runoff were noted in a fractured medium (hard rocks). In the study area, dynamic groundwater resources and allowed extraction level have been evaluated. The calculated values of groundwater resources do not indicate their disposable values. In order to protect environment, disposable resources should account for approximately 50–60% of groundwater resources

Hydrogeochemical and regional characteristics of thermal waters occurrences in Spitsbergen

On Spitsbergen there are four areas of occurrence of thermal spring waters. The studies of these waters have a long history dating back to the nineteenth century. Outflows of thermal waters are associated with tectonic discontinuities, where subpermafrost waters can flow to the surface area. The maximum temperatures of discharged thermal water exceed 25°C. The chemical composition of thermal waters from northern Spitsbergen derived from relict sea water, which is then modified by rainwaters, waters of melting permafrost and contemporary sea waters. On the other hand, on the southern Spitsbergen thermal waters are characterized by a lower mineralization and there are contemporary waters involved in the deep circulation. Thermal waters with low mineralization are mainly multi-ions with dominate type bicarbonate-chloride-sodium-calcium. Thermo-mineral waters belong mainly to the types of chloride-sodium and chloride-bicarbonate-sodium

The impact of climate changes on the total and groundwater runoff – a case study of river basins in the Sudety Mts and their foreland

W artykule przedstawiono zmiany wielkości odpływów całkowitego i podziemnego pod wpływem globalnych i lokalnych zmian klimatu, na przykładzie wybranych siedmiu zlewni rzecznych Sudetów i ich przedpola. Na podstawie danych IMGW z lat 1966–2005 wyznaczono średnie roczne wartości odpływów całkowitego i podziemnego, a także wartość średniej rocznej z przepływów minimalnych siedmiodniowych, które dostarczają przydatnych informacji o suszy. Obliczone charakterystyki zestawiono z wartościami opadów, temperatury, wskaźnikiem suchości, NAO i AMO. Na obszarze Sudetów i ich przedpola nie zaobserwowano zmian w odpływie całkowitym, natomiast stwierdzono istotne zmniejszenie odpływu podziemnego, co świadczy o zmianie w strukturze zasilania wód podziemnych. Zmiany odpływów całkowitego, podziemnego oraz siedmiodniowego rocznego minimalnego przepływu wykazują największe powiązanie z NAO, co potwierdza zależność odpływu z obszaru Sudetów i ich przedpola od czynników globalnych. Ma to duże znaczenie do oceny zmian odpływu z obszaru Sudetów zgodnie ze scenariuszami klimatycznymi dla lat 2011–2030, które wskazują na znaczny wzrost temperatury powietrza i niewielkie różnice w wielkości opadów atmosferycznych. Na podstawie przeprowadzonych badań należy spodziewać się na obszarze Sudetów i ich przedpola znacznego zmniejszenia odpływu podziemnego na rzecz wzrostu odpływu powierzchniowego.The article presents the variability of total and groundwater runoff influenced by global and local climate changes exemplified by selected Sudetic and Fore-Sudetic river basins. The IMGW data from the years 1966–2005 allowed estimating the average annual values of the total and groundwater runoff and seven-day annual minimum flows, which provide useful information about the drought. The calculated parameters were compared with the precipitation and air temperature values, dryness index, the NAO and the AMO. In the Sudety Mts and their foreland, no changes in the total runoff have been observed, however there is a significant reduction in the groundwater runoff rate, which indicates a change in the structure of groundwater recharge. The greatest relationship of the changes in total runoff, groundwater runoff and seven-year annual minimum flow was obtained for the Oscillation NAO, which confirms that the runoff from the Sudety Mts and their foreland is dependent on global factors. It is very important to assess the changes of runoff from the study area according to climate scenarios for the years 2011–2030, which show a significant increase in air temperature and slight differences in precipitation. The studies indicate that significant reduction of groundwater runoff in favour of surface runoff increase can be expected in the Sudety Mts and their foreland

The hydrogeological conditions of crystalline massifs in the light of magnetic resonance research on the example of the Piława Górna region

Jedną z metod geofizycznych, pozwalających wskazać lub wykluczyć występowanie uprzywilejowanych stref przepływu wód podziemnych do 50 m p.p.t. jest sondowanie rezonansem magnetycznym (MRS). Do charakterystyki hydrogeologicznej masywów skał krystalicznych wybrano obszar złoża z czynnym wyrobiskiem górniczym w okolicy Piławy Górnej (blok przedsudecki). Do charakterystyki hydrogeologicznej masywów skał krystalicznych reprezentowanych przez gnejsy i amfibolity wybrano obszar złoża z czynnym wyrobiskiem górniczym. Wyniki obu sondowań wskazują na bardzo słabe zawodnienie strefy zwietrzeliny i masywu skalnego lub brak zawodnienia. Pokrywa zwietrzelinowa ma miąższość ok. 4 m, zawartość wody w tej strefie wynosi zaledwie 6–7%, przy współczynniku filtracji k równym 2×10–6 m/s, co zalicza ten rodzaj zwietrzelin do skał słabo przepuszczalnych. Poniżej głębokości 4 m pojawia się spękany masyw skalny, który również charakteryzuje się bardzo słabym zawodnieniem o średniej zawartości wody w skale na poziomie 4%, o współczynniku filtracji szczelinowej 10–6 m/s i wodoprzewodności T o wartości 10–5 m2/s. Współczynnik filtracji szczelinowej na głębokości 30–40 m wzrasta, osiągając 10–4–10–5 m/s. Jest również widoczny wzrost wodoprzewodności do poziomu 10–3 m2/s. Podwyższone wartości wymienionych parametrów są związane z występowaniem lokalnych zawodnień w spękanym masywie skalnym, które są widoczne m.in. w odsłonięciach na terenie kamieniołomu. Wyniki badań MRS zostały potwierdzone przez badania hydrogeologiczne przeprowadzone w otworach geologicznych odwierconych na terenie złoża.Among the geophysical methods that allow indicating or excluding the occurrence of the privileged zones of groundwater flow down to 50 m b.g.l. is magnetic resonance sounding (MRS). Two soundings were carried out approximately 1.5 km north of the village of Piława Górna (Fore-Sudetic Block). The area of active quarry was selected for hydrogeological characteristics of the crystalline rocks massifs represented by metamorphic rocks such as gneisses and amphiboles. Both series of profiling are suggestive of either very low water content in the weathering cover and the rock massif or a complete lack of it. The weathering cover is approximately 4 metres thick, its water content does not exceed 6–7%, and the hydraulic conductivity k equals 2×10–6 m/s. This type of rock waste can therefore be classified as low-permeable. At depths greater than 4 metres, the rock massif is cracked, and shows a very low water content (4%), hydraulic conductivity of 10–6 m/s, and transmissivity T equalling 10–5 m2/s. The hydraulic conductivity increases up to 10–4–10–5 m/s at depths of 30–40 metres. Research has shown a simultaneous increase in the transmissivity to 10–3 m2/s. The increase in these parameters is associated with the presence of a small local water inflow within the cracked rock massif, which is visible among others in the exposures of the nearby quarry. The MRS results were confirmed by hydrogeological investigations of boreholes drilled within the quarry

New approach to hydrogeological modelling and source data collecting in a small mountainous hard rock basin - experiences from the Sudety Mts. (SW Poland)

We demonstrate a new research methodology into flow paths and groundwater resources with in small hard rock basins, where little hydrogeological data is available, a picture may be obtained by modeling. Data has been collected in the Złoty Potok river catchment (area 4.4 sq km), located in the eastern Sudety Mts. (SW Poland). The study area, as for most small hard rock basins in the Sudety Mts. is characterized by: i) steeply sloping terrain, ii) a complex flow system connected to several media, ii) poorly constrained hydrogeological parameters. In such conditions, groundwater models are difficult to implement. To overcome these difficulties, we applied a concept of mixed flow ruled by laws of Darcy (porous media) and Hagen-Poiseuille (fractured media), and the concept of three water-bearing zones, a classic solution for scales of above several sq km, combined with a discrete fracture model. Field data applied for modeling were collected over one year, measuring all manifestations of groundwater occurrence: i) effective infiltration (lysimeter), ii) fracture mapping, iii) stream flow and flow disappearance. As a result of modelling, specific flow domains were identified; which form a system of zones, characterized by different geometries and flow velocities. A new, previously unrecognized zone of considerable importance for water extraction, i.e. fractures in the river valley axis, reaching a deep part of the orogen (up to 300 m b.g.l.) was defined. The relationships investigated allowed prepation of a prognosis for deep groundwater intake locations in poorly described mountainous areas. The success of the solutions obtained in this typical mountainous river basin suggests that this method may be come efficiently and widely used in other hard rock areas. The research undertaken offers an innovative, efficient approach to groundwater resource assessment in hard rock

Evaluation of groundwater recharge in Poland using the infiltration coefficient method

Variable methods and results are reported on groundwater recharge in Poland. The evaluation of recharge on a small scale requires the use of a single method. In order to evaluate these outcomes and their distribution, the authors have decided to verify different approaches and select the infiltration coefficient by comparison. The article is an extension of the studies on groundwater recharge conducted by the authors. The main goal is to verify previously designed values of the infiltration coefficient based on groundwater runoff from additional river basins in Poland. Total groundwater recharge from precipitation in Poland was calculated at 34,118 km3 per year, which equals 109.3 mm of water column. The obtained value is close to the average multi-year value of the groundwater runoff. Recharge constituted 18.6% of average precipitation in Poland, which was calculated at 588.5 mm. The estimated groundwater recharge value was verified referring to groundwater runoff from 37 river basins with known discharge rates in the years 1976–2005. Differences in mean groundwater runoff for the entire area (37 river basins) obtained by the infiltration coefficient method and by the use of Wundt’s method amounts to only 0.7%. Despite the simplified calculation methods, the results obtained on a small scale are more accurate than other calculations, which are based on data pertaining to precipitation, soil type, land use, topography of the area, and depth to the groundwater

Anisotropy modelling of the fissure-karstic aquifer of the Opole–Zawadzkie Major Groundwater Basin (south-west Poland)

The problem of the anisotropy and heterogeneity of karstic aquifers has been previously described. The Opole–Zawadzkie Major Groundwater Body (south-west Poland) was chosen for this investigation. The parameters for anisotropy were analysed on the basis of well yield and observation of macro-fractures (field scale) compared with micro-fractures. Statistical tools were used to assess the directions and values of anisotropy. The estimated parameters were tested on two different models realized in Visual Modflow code. The anisotropy of hydraulic conductivity was recognized as an essential factor for groundwater flow direction and water table depletion prognosis as well as for water budget modification. The second model (M2), representing anisotropy flow conditions, gave an 11% lower value of safe yield in comparison with the first model (M1-isotropic). Additionally, anisotropy conditions caused water table lowering and limitation of aquifer recharge. The results of these studies indicate the need for more attention to be paid to the anisotropy problem in the area, where fracture-karstic aquifers are the main source of groundwater supply

Application of geophysical methods in the identification of hydrogeological conditions of Quaternary deposits - a case study from Wrocław

In order to better constrain the hydrogeological conditions to the depth of 50 m in the area of water extraction for Wroclaw city, a multi-faceted geophysical survey has been applied. We have combined electrical resistivity tomography (ERT), ground penetrating radar (GPR) and magnetic resonance sounding (MRS) techniques. The results of geophysical investigations indicate the presence of three rock layers with different permeability. The first layer, up to 2 m below ground surface, represents a discontinuous horizon composed of impermeable rocks. The next one, a porous and permeable stratum (aquifer) with a thickness of approx. 5-10 m, comprises saturated sands and gravels. The observed aquifer is characterized by good hydrogeological parameters, wherein hydraulic conductivity (k) equals 5 X 10-4 m/s and porosity reaches 23%. The third layer, below 10 m, is composed of loamy impermeable sediments intercalated with moraine till. At greater depths (>20 m) they are still loamy rocks, but occurring with interbeds of sands (sandy loam). This is confirmed by the hydraulic conductivity in the order of 10-6 m/s, which is typicalfor semi-permeable rocks. Noteworthy, no additional aquifers have been observed to the depth of 50 m

Hydrogeological aspects of intensification of water extraction for the city of Wrocław in the Mokry Dwór region

Nowa koncepcja poboru wód dla miasta Wrocławia zakłada znaczące ograniczenie dostępnej powierzchni terenów wodonośnych. W nowych uwarunkowaniach konieczna jest intensyfikacja eksploatacji wody. W celu określenia wpływu nowego poboru na warunki hydrogeologiczne stworzono model numeryczny przy zastosowaniu programu Visual ModFlow. Badaniami objęto północną część terenów wodonośnych o powierzchni 6,68 km2. Sumaryczny bilans modelu wyniósł 28,3 tys. m3/d. W celu określenia optymalnej wydajności systemu i zidentyfikowania źródeł zasilania przeprowadzono symulacje prognostyczne (SYM I, SYM II, SYM III, SYM IV). Prognozy polegały na coraz dalej idącej rozbudowie systemu, uwzględniając studnie działające w ramach poprzedniej symulacji (SYM I–SYM III) oraz wprowadzeniu nowych źródeł zasilania w postaci stawów oraz drenaży poziomych (SYM IV). Nowe bariery studni pozwolą zwiększyć wydajność maksymalnie z 25,9 tys. m3/d (obecnie) do 30,1 tys. m3/d. Dopiero nowe stawy oraz drenaż poziomy (65,3 tys. m3/d) pozwalają na zaspokojenie pożądanego poboru (61 tys. m3/d). W obliczu znacznej zmiany kierunków przepływu wód i wzrostu ich zagrożenia jakościowego, nowe bezpieczne rozwiązania wymagałyby rozbudowy obecnej sieci monitoringu oraz modyfikacji źródeł zasilania.A new concept of water abstraction is to reduce the available surface of water-bearing areas only to the municipality of Wrocław. Under the new conditions it is necessary to intensify exploitation. To determine the impact of the new abstraction on the hydrogeological conditions a numerical model has been developed using Visual MODFLOW. The study covered the northern part of the water-bearing area of 6.68 km2. The total model balance was 28.3 k m3/d. To determine the optimum system performance and identify the sources of recharge, prognostic simulations (SYM I, SYM II, SYM III, SYM IV) were carried out. The forecasts rely on both ever more far-reaching expansion of the system, taking into account the wells operating under the previous (SYM I–SYM III), and the introduction of new sources of recharge in the form of ponds and horizontal drainages (SYM IV). The new barrier wells will increase the total yield of up to 25.9 k m3/d to 30.1 k m3/d. Only new ponds and horizontal drainage (65.3 k m3/d) allow meeting the desired discharge (61.0 k m3/d). As a result, we expect significant deformation of the direction of water flow and an increase in water quality risk