A few remarks about groundwater modelling

Obecnie modelowanie przepływu wód podziemnych jest podstawową metodą rozwiązywania skomplikowanych problemów hydrogeologicznych. Szerokie zainteresowanie modelowaniem numerycznym pojawiło się w latach 80. XX w., jako wynik ułatwionego dostępu do komputerów klasy PC i programów symulacyjnych dostosowanych do ich możliwości. Głównymi zaletami numerycznego modelowania są prędkość, dokładność i wiarygodność obliczeń. Modelowanie wymaga jednak przede wszystkim zrozumienia procesów i zjawisk oraz właściwego podejścia, polegającego na łączeniu wiedzy geologicznej z możliwościami sprzętu komputerowego i programów obliczeniowych. Ważnymi cechami modelowania są możliwości wykonywania prognoz i prezentacji wyników w postaci bilansu wodnego oraz graficznie, w formie map hydroizohips wraz z liniami prądu.Nowadays groundwater flow modelling is the basic method of solving complicated hydrogeological problems. Wide interests of numerical modelling started in the 1980s as a result of easier access to personal computers and calculation programs adjusted to PC capabilities. The main advantages of numerical modelling are speed, accuracy and reliability of calculations. Groundwater modelling require first of all both understanding flow processes and phenomena as well as appropriate approach, based on connecting geological knowledge with computer hardware and software capabilities. Important attributes of groundwater modelling are possibilities to make predictions and presenting results as a water budget or water table contour maps with flow lines

Groundwater flow modelling using the finite differences method and the finite elements method – comparative model studies

Filtracja wód podziemnych jest procesem skomplikowanym, o którym decydują naturalne czynniki środowiskowe (m.in. warunki hydrogeologiczne) oraz oddziaływania antropogeniczne (np. pobory wód, odwadniania, piętrzenia). Wiarygodne prognozowanie wpływu zakładanych wymuszeń na środowisko wodno-gruntowe wymaga zastosowania odpowiedniej metody badawczej, która pozwoli na precyzyjne odwzorowanie krążenia wód podziemnych. Do takich metod jest zaliczane numeryczne modelowanie procesów filtracji, wykorzystujące matematyczny opis przepływu wód podziemnych na podstawie przyjętych wielkości parametrów i warunków brzegowych. Do modelowania przepływu wód podziemnych najczęściej stosuje się oprogramowanie bazujące na metodzie różnic skończonych MRS, wykorzystujące symulatory rodziny Modflow. Z uwagi na liczne zalety, głównie w zakresie większej precyzji odwzorowania skomplikowanej geometrii rozpatrywanych struktur wodonośnych i obiektów kształtujących krążenie wód, coraz większego znaczenia nabiera alternatywna metoda elementów skończonych MES. W artykule przedstawiono charakterystyczne cechy modelowania obydwu metod. Opierając się na przyjętym fikcyjnym jednolitym poligonie badawczym, odwzorowującym typowe dolinne warunki hydrogeologiczne, zaprezentowano metodykę realizacji modeli i dokonano obliczeń numerycznych przepływu wód metodami MRS i MES, każdorazowo w dwóch wariantach zagęszczenia siatki dyskretyzacyjnej. Po zestawieniu otrzymanych rezultatów podjęto próbę analizy porównawczej wad i zalet obydwu metod.The filtration of groundwater is a complicated process, which is determined by natural environmental factors (hydrogeological conditions) and anthropogenic impacts. Reliable predictions of the impact of the established extortions on the groundwater environment require the use of an appropriate research method that will allow for a precise representation of groundwater circulation. Such methods include numerical modelling of filtration processes, using a mathematical description of groundwater flow, based on assumed parameters and boundary conditions. For groundwater flow modelling, software based on the finite differences method FDM, using Modflow simulators, is most commonly used. Due to the numerous advantages, mainly in terms of greater precision in the representation of the complex geometry of the aquifers and objects affecting the water circulation, the alternative FEM finite elements method is becoming increasingly important. The article presents characteristic features of modelling using both methods. Based on the established imaginary research site, representing typical valley hydrogeological conditions, the paper presents the methodology of model implementation and numerical calculations of water flow using FDM and FEM methods, each in two variants of grid density. Obtained results are presented, with an attempt to compare the advantages and disadvantages of both methods

Hydrogeological conditions in Przemyśl commune

Warunki hydrogeologiczne we fragmencie zlewni Sanu w granicach gminy Przemyśl (około 150 km2), są zróżnicowane. W zaopatrzeniu w wodę podziemną zasadniczą rolę odgrywa czwartorzędowe piętro wodonośne, zasilane głównie poprzez infiltrację opadów atmosferycznych. W ramach przeprowadzonych w 2007 r. prac terenowych, wyselekcjonowano i zinwentaryzowano 244 studnie kopane, stwierdzając w nich zwierciadło wody na głębokościach kilku-kilkanastu metrów. Przestrzenne zaleganie zwierciadła wody obrazuje sporządzona mapa hydroizohips pierwszego poziomu wodonośnego. Spływ wód podziemnych następuje lokalnie w stronę mniej szych dolin, a generalnie - do Sanu. Stan chemiczny wód podziemnych ogólnie jest dobry, w latach 2006-2007 można zaliczyć je do II klasy - wód dobrej jakości.Hydrogeological conditions in a part of San river watershed, in administrative borders of Przemyśl commune, about 150 km2 area, are differentiated. In groundwater supply dominant role have Quaternary aquifer, which is supplied mainly by infiltration of precipitation. According to fieldworks which were made in 2007, there were selected and inventorized 244 locally dug wells, in which groundwater level were finded on several or more than ten meters of depth. There was constructed contour map of the first groundwater level. Local groundwater flow directions are turned to small valleys, in general - to San river. Chemical status of groundwater is generally good, in period 2006-2007 groundwater quality were characterized as II class - water with good quality

Assessment of groundwater chemical status in the part of Nysa Kłodzka river catchment area near Bardo (Lower Silesia)

Quality of groundwater is the most important issue in water management, especially in matter of using groundwater for local community consumption. Assessment of quality of the resources of groundwater is based on the results of chemical status monitoring and both are carried out according to EU regulations: the Water Framework Directive (2000/60/EC), the Groundwater Directive (2006/118/EC) and the Directive 2009/90/EC, and also national regulation (Regulations of the Minister of the Environment, 2008 and 2011). This paper presents the quality classification and groundwater chemical status assessment in part of catchment area of the Nysa Kłodzka river near Bardo town. Qualification and assessment was based on results of the field hydrogeological investigations and the chemical analysis of composition of the groundwater samples from monitoring points. In research area the major group are the groundwater rating as IV-class quality (62%). There are 23% of groundwater with II and III-class quality status and in the V-class – 15%. There are no points with groundwater rating as I-class quality. In area configuration groundwater in the part of Nysa Kłodzka river catchment are qualified as IV-class, so the chemical status is rating as poor. Assessment was accomplished by arithmetic average. Poor chemical status is caused by elevated concentration of selenium (Se), arsenic (As) and nickel (Ni). Occurring of this elements in groundwater is probably natural, because of geological structure of research area and lithology of aquifer

Assessment of groundwater resources of the Świniarsko (near Nowy Sącz) intake based on numerical modelling

This article presents research to identify the environmental possibilities of groundwater flow into an intake, excluding the technical aspects of its construction and functioning. The purpose of the study was to set down the so-called water intake potential, which is understood as the highest possible amount of extracted water at the well location, without considering constructional and technological aspects. The research object is a groundwater intake near Świniarsko, used for water supply in Nowy Sącz. A numerical hydrogeological model of the capture area was prepared, which, after calibration, was used for quantitative predictions. The results show that the water exploitation potential (11,130 m3/d) is significantly higher than the current consumption (2,362 m3/d)

Regional modelling of nitrates transport in a Carpathian river watershed

Numeryczny regionalny model migracji azotanów opracowano dla zlewni Raby o powierzchni 1537 km(2), karpackiego dopływu Wisły. Model przygotowano w celu prognozy zmian jakości wód podziemnych w tej zlewni. Do interpolacji zmienności przestrzennej współczesnych stężeń azotanów w wodach podziemnych zastosowano metodę odwrotnych odległości. Opracowano rozkład zmienności przestrzennej imisji do gleby azotanów pochodzących z presji rolniczych i z terenów wiejskich na podstawie uproszczonego bilansu wnoszonych ładunków azotu. Zasięgi obszarów o tych typach zagospodarowania wyznaczono na podstawie mapy użytkowania terenu według CORINE. Opracowano rozkład obszarowej imisji do gleby azotanów pochodzących z mokrej depozycji z opadów atmosferycznych. Wyniki prognozy wskazują na powolne pogarszanie jakości wód podziemnych w zlewni Raby. Dotyczy to wzrostu stężeń azotanów oraz zwiększenia powierzchni obszarów z wodami o stężeniu azotanów ponad 50 mg/l.A numeric regional model of nitrate transport in groundwater was developed for the Raba river watershed, about 1537 km(2), which is a Carpathian tributary of the Vistula River. The model was prepared to predict groundwater quality changes in the watershed. For the spatial variability interpolation of present-day nitrate concentrations in groundwater an inverse distance method was used. Variability of spatial distribution of nitrates injected to the soil from agricultural pressure and countryside areas was made on the basis of simplified balance of nitrogen loads input. The ranges of areas with this types of land cover activities is based on a numeric map of land cover activities according to CORINE. Spatial distribution of nitrates injection to soil from atmospheric wet deposition was also performed. Prediction results point at a systematically worsening groundwater quality in the Raba river watershed. It refers to the increase of nitrate concentrations and increasing areas with groundwater concentrations over 50 mg NO(3)/l

Practical aspects of water sampling in groundwater monitoring

Istotnym elementem monitoringu jakości wód podziemnych jest proces opróbowania wód, obejmujący nie tylko sam etap poboru próbek, ale także czynności związane z ich utrwalaniem, przechowywaniem oraz transportem do laboratorium, jak również terenowymi pomiarami wskaźników nietrwałych. Z uwagi na różnorodność możliwych sytuacji, rzeczywiste badania terenowe mogą odbiegać od przedstawianych w literaturze schematów. Wykorzystując własne wieloletnie doświadczenie, autorzy prezentują praktyczne aspekty poboru próbek wód podziemnych, podając przykłady konkretnych rozwiązań organizacyjno-technicznych. Przytoczono podstawowe dokumenty normujące proces opróbowania oraz istniejące poradniki. Omówiono potencjalne zagrożenia związane z pracą w terenie, przedstawiono zróżnicowane sposoby poboru próbek, stosowane w zależności od rodzaju punktu monitoringowego. Scharakteryzowano najczęściej wykorzystywane w monitoringu wód podziemnych rodzaje pojemników i utrwalaczy, a także pomiary parametrów fizykochemicznych wskaźników nietrwałych wykonywane in situ.The crucial element of groundwater monitoring is the properly carried out groundwater sampling, which includes not only the stage of collecting samples, but also all activities related to samples preservation, storage, transport to the laboratory and also field measurements of unstable indicators. In view of variability of possible situations, the actual field exploration may diverge from shown in literature schemes. Making use of multi-year experience, the authors present the practical aspects of groundwater sampling, giving the examples of concrete organise-technical solutions. The basic norms and guides concerning sampling were detailed. The potential dangers related to work in the field were discussed. Multiple techniques of sampling, considering sampling site type, were presented. There were characterised the most common in groundwater monitoring types of containers and preservatives and also basic measurements of unstable physic-chemical parameters performed in situ

Groundwater pollution with chromium near Częstochowa

Chrom jest pierwiastkiem o szerokim zastosowaniu w przemyśle chemicznym i metalurgicznym, co stanowi główną przyczynę jego wprowadzania do środowiska w ściekach i wyciekach. Przykładem rejonu zanieczyszczonego związkami chromu są okolice Częstochowy. Szersze badania podjęto tu w latach 90. XX wieku z powodu zanieczyszczenia wód GZWP nr 326N, rozległego i zasobnego zbiornika szczelinowo-krasowego, występującego w utworach węglanowych jury górnej, stanowiącego główny poziom wodonośny oraz podstawę zaopatrzenia w wodę. Postawiono trzy koncepcje rozprzestrzeniania się zanieczyszczenia: (1) poziomy przepływ strumienia z dominacją procesów dyspersji, (2) głęboki poziomy przepływ strumienia z ascenzyjnym ruchem wód do współczesnego poziomu drenażu, (3) migracja zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych. Wyniki opróbowania wód podziemnych przeprowadzonego w 2011 r. wykazały, że w porównaniu z 1995 r. zanieczyszczenie chromem uległo zmniejszeniu, jednak problem w dalszym ciągu istnieje, a kierunki i drogi migracji zanieczyszczeń w wodach poziomu górnojurajskiego nadal nie zostały jednoznacznie rozpoznane.Chromium is an element widely used in chemical and metallurgical industries that is the primary source of release of chromium compounds into the environment with industrial wastewater. An example of the region contaminated by chromium compounds is Częstochowa area. Wider research was undertaken in‘90s due to water pollution in the spacious and affluent fracture-karst reservoir MGWB No. 326N, associated with the Upper Jurassic carbonate formations. This MGWB is the main aquifer and a source of water for Częstochowa. The three hypotheses of chromium pollution pathways were formulated: (1) horizontal water flow with domination of dispersion processes, (2) deep horizontal flow with ascending movement of water to the contemporary drainage level, (3) migration of pollutants in surface water. Sampling of groundwater conducted in 2011 showed that compared to 1995, chromium pollution was reduced, although up to now the problem still exists and the directions and pathways of migration of contaminated Upper Jurassic groundwater have not been yet univocally identified

The specificity of hydrogeological conditions in mountainous areas a case study of the Brennica river basin (Cieszyn district)

The article presents the different hydrogeological conditions and describes the water and sewage system in the Brennica river basin (about 82 km2). In this region, the Quaternary and Cretaceous aquifers, influence the groundwater supply. Hydrogeological mapping of the area was carried out in July 2012. During fieldworks 179 hand-dug wells were inventoried, in which depths to the groundwater level, pH and electrolytic conductivity of water were measured. In the next step the results of the fieldwork were verified and marked on the digital topographic map of the study area. Interpolation and extrapolation methods were used to transform point data to spatial data. As a consequence of the research, a contour map of the first groundwater level was constructed. In order to make the map readable, variable intervals of contour lines were used. The water table in the highland river basins occurs at very small depths on the hilltops and intersects the land surface in the valleys. It is contiguous with the upper surface of streams and swamps. Groundwater flow systems in the region are generally small and the aquifer boundaries are coincident with surface water divides. There is no regional ground water flow system. The groundwater is relatively vulnerable to pollution

Chemical composition of overlying water and pore water in sediments from Wigry Lake

This research was conducted in the area of Wigry Lake, which is one of the largest and deepest lakes in Poland. It consists of several parts which differ in size, depth, number of islands, chemical composition of water and the nature of shores. To assess variations in chemical composition of the pore water and overlying water, seven research positions were selected. They belong to one of three zones: profundal, littoral and dystrophic. Water characteristics are presented in statistical approach, using the background concentrations determined by the probability method. Chemical composition of the overlying water taken from profundal locations is similar to that from littoral parts of the lake. These are multi-ion waters of HCO3–SO4–Ca, HCO3–SO4–Ca–Mg, HCO3–Ca, HCO3–Ca–Mg type. They have low mineralization (268–552 mg/dm3) and are weakly alkaline (pH from 7.49 to 7.77). The situation is different with the composition of the water taken from the dystrophic lake (SO4–Ca–Mg). These are low mineralization (28 mg/dm3) and acid waters (pH = 5.35). Dominant in pore solutions is multi-ion HCO3–Ca, HCO3–Ca–Mg or HCO3–SO4–Ca–Mg water with mineralization 445–2032 mg/dm3 and pH between 7.39–8.23 (littoral positions), HCO3–Ca–SO4 and HCO3–Ca–Mg water with mineralization 479–762 mg/dm3 and pH from 7.59 to 7.89 (profundal positions). Definitely different chemical compositions have pore water from dystrophic lake: hydrochemical type changes with depth, from the HCO3–SO4–Ca, via HCO3–SO4–Ca–Na and HCO3–SO4–K–Ca, to the HCO3–O4–Na–Ca. Their mineralization is very low (49–69 mg/dm3) and pH changes from 7.25 to 8.01