Zespół hydrogeologów z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ zajmuje się określeniem relacji ilościowo-jakościowej wód podziemnych i powierzchniowych w rejonie Zbiornika Goczałkowickiego, w ramach projektu ZiZOZap

„Wanienka” z przeciekami

– Nasz zespół nie może działać w oderwaniu od prac innych zespołów badawczych, ponieważ zajmujemy się jednym komponentem środowiska, który jest ściśle powiązany z pozostałymi elementami – przekonuje dr inż. Marek Sołtysiak z Katedry Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej (WNoZ), członek zespołu kierowanego przez prof. UŚ dr. hab. Andrzeja Witkowskiego. Rzeczywiście, trudno sobie wyobrazić projekt o takim zasięgu, jak ZiZOZap, bez udziału hydrogeologów.

Hydrogeolodzy zaobserwowali miejscowe wysychanie koryta Bajerki, rzeki wpływającej
do Zbiornika Goczałkowickiego
Hydrogeolodzy zaobserwowali miejscowe wysychanie koryta Bajerki, rzeki wpływającej do Zbiornika Goczałkowickiego

Oczekiwania

Ważnym aspektem funkcjonowania zbiornika zaporowego w Goczałkowicach są interakcje zachodzące między wodami podziemnymi i powierzchniowymi w rejonie obiektu. To jeden z elementów branych pod uwagę przy opracowywaniu sposobu zintegrowanego zarządzania zbiornikiem, w ramach projektu ZiZOZap, o którym pisaliśmy w numerze październikowym „GU”. W działania podzespołu prof. Witkowskiego zaangażowani są wszyscy pracownicy Katedry Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej. O szczegółach realizowanych prac opowiadają: prof. Witkowski, dr Sołtysiak oraz doktorantka Joanna Czekaj.

Na początku została stworzona baza danych wyjściowych. Informacje były gromadzone przede wszystkim w oparciu o dostępne materiały archiwalne, zlokalizowane m. in. w Centralnym Archiwum Geologicznym Państwowego Instytutu Geologicznego w Warszawie. – Te informacje zostały wręcz wyłuskane, nie wszystkie dane w archiwach okazały się użyteczne. Trzeba było znaleźć dokumentację, zapoznać się z nią i wskazać fakty istotne z punktu widzenia naszych celów – tłumaczy dr Sołtysiak.

Zakres badań hydrogeologów jest wyznaczony przez cztery zadania, realizowane w ramach głównego projektu. Należy do nich: identyfikacja kluczowych problemów w rejonie zbiornika zaporowego, wykonanie kartowania hydrogeologicznego i sozologicznego obszaru badań oraz ocena wraz z monitoringiem stanu ilościowego i chemicznego wód podziemnych. Ważnym elementem będzie również przygotowanie numerycznego modelu zlewni zbiornika.

W ubiegłym roku w Katedrze został wykonany projekt systemu monitorowania wód podziemnych w rejonie zbiornika. Po jego zatwierdzeniu przez Starostwo Powiatowe w Pszczynie i Cieszynie, zostały odwiercone 22 piezometry, służące do pomiaru zwierciadła wody w warstwach wodonośnych oraz poboru prób wody do analizy jakościowej. Istotnym elementem tego systemu były dwa poligony badawcze, składające się z tzw. piezometrów gniazdowych, ujmujących wody podziemne na różnych głębokościach i różnej odległości od zbiornika. Dzięki temu możliwe staje się określenie charakteru relacji między wodami powierzchniowymi i podziemnymi. Nie chodzi tylko o rodzaj przepływu, lecz również o bilans związków takich, jak związki azotu czy fosforu. Innymi słowy, badacze próbują odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu i czy w ogóle wody podziemne mają wpływ na jakość wody w analizowanym zbiorniku.

Z kolei kartowanie sozologiczne służy wskazaniu potencjalnych źródeł zanieczyszczeń wód podziemnych w badanym obszarze. Efektem podjętych prac będzie opracowanie modelu migracji zanieczyszczeń oraz realizacja modelowania hydrogeochemicznego, którego celem jest ocena procesów zachodzących w warstwie wodonośnej (na przykład określenie formy, w jakiej występują pierwiastki, czy określenie stopnia nasycenia wody pod względem występujących w niej minerałów).

Warto zaznaczyć, że modele opracowywane przez zespół hydrogeologów są modelami wspomagającymi i nie będą ściśle zintegrowane z innymi modelami realizowanymi w ramach projektu ZiZOZap. Jak tłumaczy prof. Witkowski, badane relacje są bowiem trudne do zaaplikowania w innych zbiornikach, ze względu na swój indywidualny charakter. Otrzymane wyniki odnoszą się tylko do zbiornika w Goczałkowicach. Uniwersalny jest jednak sposób przeprowadzania badań i to on może być wykorzystany w podobnych projektach dotyczących zarządzania zbiornikami zaporowymi.

Realizacja założeń

Wykonanie poszczególnych zadań wiązało się z wyborem optymalnej metodologii, dostosowanej do specyficznego charakteru zbiornika i jego otoczenia oraz określonego celu badań. Wykonane dotychczas prace wskazują na stosunkowo złożoną budowę geologiczną rejonu zbiornika i jego podłoża. Skomplikowane są także warunki hydrogeologiczne, wynikające z wielowarstwowego układu poziomów wodonośnych – co w istotny sposób utrudnia wiarygodną ocenę wzajemnych relacji między wodami podziemnymi i powierzchniowymi, a także relacji pomiędzy różnymi poziomami wodonośnymi. W takiej sytuacji wykonanie wiarygodnego modelu hydrodynamicznego całego systemu nie jest łatwe i w pierwszej kolejności wiąże się z opracowaniem modelu budowy geologicznej, następnie modelu koncepcyjnego systemu wodonośnego i, w konsekwencji, właściwego modelu matematycznego. W ramach pierwszego wykonano trójwymiarowy model budowy geologicznej całego systemu. – Pani Joasia zestawiła profile ponad dwustu otworów geologicznych, hydrogeologicznych i badawczych, które posłużyły stworzeniu modelu – wyjaśnia kierownik zespołu. Na to nałożone zostały warunki hydrogeologiczne, to znaczy rozprzestrzenienie wód podziemnych, parametry warstwy wodonośnej oraz granice całego systemu. Aktualnie zespół pracuje nad realizacją modelu hydrodynamicznego uwzględniającego kierunki przepływu wód oraz relacje między wodami podziemnymi i powierzchniowymi zbiornika.

Metodyka pomiarów oraz poligony zostały zaprezentowane uczestnikom III Międzynarodowych
Warsztatów dla Młodych Hydrogeologów, zorganizowanych w czerwcu 2012
roku przez Studenckie Koło Naukowe Hydrogeologów AQUA oraz Katedrę Hydrogeologii
i Geologii Inżynierskiej (WNoZ)
Metodyka pomiarów oraz poligony zostały zaprezentowane uczestnikom III Międzynarodowych Warsztatów dla Młodych Hydrogeologów, zorganizowanych w czerwcu 2012 roku przez Studenckie Koło Naukowe Hydrogeologów AQUA oraz Katedrę Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej (WNoZ)

Ze względu na interdyscyplinarny charakter projektu, ważna jest również ciągła współpraca między poszczególnymi zespołami badawczymi. Organizowane są spotkania w siedzibie ZiZOZapu, warsztaty tematyczne, podczas których prezentowane są dotychczasowe wyniki badań, jest forum oraz strona internetowa projektu i stały kontakt. Podczas naszej rozmowy telefonuje dr Andrzej Woźnica, zastępca kierownika ZiZOZapu, aby przekazać, że wkrótce ma się rozpocząć zrzucanie wody ze stawów hodowlanych. – Dostajemy informację, że coś się dzieje, i zastanawiamy się wspólnie, jakie podjąć kroki – tłumaczy dr Sołtysiak. Informacja o zrzucie jest ważna z punktu widzenia gospodarki wodnej zbiornika. Zespół próbuje określić wpływ stawów hodowlanych na stan wody w zbiorniku. W okresie jesiennym w wyniku zrzutu następują duże przepływy w Bajerce, która jest jednym z dopływów zbiornika goczałkowickiego. – W zeszłym roku w październiku, w rejonie mostu drogowego koło Chybia stwierdziliśmy, że przepływ osiągnął poziom 360 litrów wody na sekundę. Miesiąc później, w tym samym miejscu, przepływ wynosił jedynie 6 litrów na sekundę. Uchwycenie prawidłowości przyrodniczych jest więc niezwykle trudne, właśnie ze względu na częściowe „sterowanie” rękoma właścicieli stawów – wyjaśnia dr Sołtysiak. Określenie wpływu wód zrzucanych ze stawu jest również ważne ze względu na ich skład fizykochemiczny i możliwą obecność związków azotu i fosforu, mogących mieć wpływ na ewentualną eutrofizację wód zbiornika.

Rzeczywistość…

…zaskoczyła badaczy. Przede wszystkim relacja między wodami podziemnymi i powierzchniowymi okazała się skomplikowana. – Zbiornik Goczałkowicki jest wyjątkowy ze względu na zaobserwowaną izolację. Jest to swego rodzaju „wanienka” ze szczelnym dnem, i tylko gdzieniegdzie dostrzec można przecieki – wyjaśnia prof. Witkowski. Model geologiczny pokazał, że w podłożu znajdują się głównie izolujące gliny, dlatego kontakt między wodami podziemnymi i powierzchniowymi jest fragmentaryczny. Potwierdzony w badaniach słaby związek także jest cenną informacją, chociażby w kontekście wykonanej kartografii sozologicznej. Opróbowanie fizykochemiczne pozwoliło określić jakość wód podziemnych i powierzchniowych. Okazało się, ku zaskoczeniu członków zespołu, że jakość wody w zbiorniku jest wyższa! – To dobra wiadomość. Całe szczęście, że kontakt między wodami podziemnymi i powierzchniowymi jest niewielki. Gdyby wody z dużą zawartością azotanów dostawały się bezpośrednio do zbiornika, sytuacja w zbiorniku wyglądałaby zupełnie inaczej, z pewnością gorzej – tłumaczy prof. Witkowski.

Bardzo interesująca okazała się Bajerka, biorąca swój początek... z Wisły. Jest to w zasadzie kanał, który uległ naturalizacji. Liczne zastawki i rozwinięta gospodarka rybacka powodują, iż przepływy zaobserwowane przez hydrogeologów są bardzo zmienne. W ubiegłym roku zanotowane zostało również miejscowe wysychanie koryta tej specyficznej rzeki. Jeżeli poziom wody w zbiorniku jest wyższy niż w korycie Bajerki, wówczas ma miejsce cofka – woda płynie w kierunku przeciwnym – od ujścia w stronę Skoczowa. Takie procesy utrudniają badanie ilościowych relacji między wodami. Trudno bowiem zmierzyć, ile wody tak naprawdę wpływa z Bajerki do zbiornika, a ile płynie w przeciwnym kierunku.

Aktualna sieć obserwacyjna wód podziemnych obejmuje wspomniane już 22 piezometry, zlokalizowane w dwóch wyznaczonych poligonach badawczych, na północ i na południe od zbiornika, oraz 54 studnie gospodarcze. W czterech piezometrach zamontowane są czujniki do ciągłego pomiaru zwierciadła i temperatury wody. Cały ten system pozwala na precyzyjne obserwowanie przebiegu wahań poziomu wód podziemnych. Ponadto we wszystkich piezometrach oraz wyznaczonych 35 studniach prowadzone są okresowe badania składu chemicznego wód podziemnych. Za tę część badań odpowiada Joanna Czekaj, stypendystka w ramach projektu „DoktoRIS – Programu stypendialnego na rzecz innowacyjnego Śląska”. Raz w miesiącu mierzone jest zwierciadło wody, natomiast opróbowania realizowane są dwa razy w roku, następne planowane są w listopadzie i, być może, jeszcze w marcu 2013 roku – wyjaśnia doktorantka. Dzięki pomiarom będzie można ocenić kierunek zarówno pionowego, jak i poziomego przepływu wód podziemnych w otoczeniu obiektu oraz ich relacji z wodami zbiornika. Do kompleksowej oceny tych relacji niezbędne są także dane dotyczące wielkości dopływu wód powierzchniowych do zbiornika, poziomu wody w zbiorniku i opadów atmosferycznych. Wszystkie te informacje są na bieżąco gromadzone w bazach danych dostępnych dla realizatorów projektu.

Znaczna część badań jest w trakcie realizacji. Zakończenie prac nad zadaniami z zakresu hydrogeologii przewidziane jest w 2013 roku. Na ostateczne wyniki przyjdzie nam jeszcze poczekać, ale warto wierzyć słowom Joanny Czekaj, która już teraz zapowiada, że będzie ciekawie!

Autorzy: Małgorzata Kłoskowicz
Fotografie: Marek Soltysiak, Joanna Czekaj