ZANIECZYSZCZENIE WÓD PODZIEMNYCH A EKSPLOATACJA I OCHRONA UJĘĆ KOMUNALNYCH

Tadeusz Błaszyk, Andrzej Pawuła - Instytut Gospodarki Komunalnej, Poznań

Materiały Konferencji PZITS "Zagadnienia zaopatrzenia w wodę miast i wsi", Poznań, 1971

Słowa kluczowe: ujęcia wód podziemnych, strefy ochrony sanitarnej, Koszalin, Zielona Góra, Cżęstochowa

Urbanizacja, uprzemysłowienie kraju, jak również intensyfikacja rolnictwa pociągają za sobą wzrost zapotrzebowania wody i konieczność zwiększenia produkcji ujęć wody. Przemysł, a także rolnictwo są obok miast głównymi użytkownikami zasobów wody, równocześnie ten sam przemysł i rolnictwo stanowią poważne zagrożenie dla tych zasobów, zwłaszcza w zakresie zanieczyszczenia chemicznego wód podziemnych.

Działalność rozwijającego się przemysłu nie zawsze jest, jak dotąd, zgodna z racjonalnymi zasadami gospodarki wodno - ściekowej, określonymi w obowiązujących aktach prawnych. Duże ilości wody, jakie są pobierane do celów produkcyjnych, nie są w należyty sposób oczyszczane. Odprowadzanie nieoczyszczonych ścieków do wód powierzchniowych lub na pola irygacyjne prowadzi do ograniczania dyspozycyjnych zasobów wód niezanieczyszczonych oraz stwarza poważne zagrożenie i trudności dla ujęć komunalnych. Obok przemysłu, również rolnictwo, poprzez stosowanie dużych ilości nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, może niekiedy wpływać na pogorszenie się jakości wód ujmowanych przez wodociągi.

Proces zanieczyszczenia wód podziemnych nie zawsze jest dość wcześnie dostrzegany, a powstałe szkody mogą już być nieodwracalne. Najczęściej stan zagrożenia wód podziemnych zostaje ujawniony w stadium zaawansowanego zanieczyszczenia.

Prace badawcze w zakresie ochrony komunalnych ujęć wód podziemnych, prowadzone od kilku lat w Zakładzie Ujęć Wód Podziemnych - Instytutu Gospodarki Komunalnej, świadczą dobitnie o ważności problemu i ekonomicznych skutkach zanieczyszczenia wód.

W referacie autorzy starają się przedstawić problematykę ochrony ujęć wód podziemnych na trzech wybranych przykładach, reprezentujących różne środowiska hydrogeologiczne i różny stopień zagrożenia lub zanieczyszczenia tego środowiska. Cechą wspólną wybranych ujęć komunalnych jest eksploatacja wód podziemnych słabo izolowanych od środowiska powierzchniowego, zasilanych wodami infiltracyjnymi.

Przykładem ujęcia najmniej zagrożonego jest ujęcie "Mostowo", usytuowane wśród lasów iglastych w dolinie rzeki Radwi, z dala od przemysłu, osiedli i terenów rolnych. W drugiej kolejności przedstawiono problemy zagrożenia i warunki ochrony ujęcia "Zawada", położonego wśród terenów rolnych w pradolinie Odry i zagrożonego zarówno ze strony infiltrującej wody rzecznej, jak też ze strony środków chemicznych rolnictwa. Trzecie z kolei ujęcie "Mirów" jest przykładem ujęcia komunalnego, usytuowanego w sąsiedztwie zakładów przemysłowych i silnie zanieczyszczonej rzeki.

Przykład I  -  Nowe ujęcie wody dla m. Koszalina, w dolinie Radwi

Ujęcie wody "Mostowo" składa się ze studzien o głębokości około 50 m, usytuowanych liniowo wzdłuż brzegu jeziora Rosnowskiego, będącego zbiornikiem zaporowym na rzece Radwi. Linia studzien oddalona jest od brzegu jeziora około 100 m. Ujęcie "Mostowo" zostało zaprojektowane przez Przedsiębiorstwo Hydrogeologiczne w Poznaniu i przebadane w warunkach próbnej eksploatacji.

Struktura hydrogeologiczna wieku czwartorzędowo - trzeciorzędowego posiada charakter piętrowy. Związki hydrauliczne między poszczególnymi warstwami wodonośnymi są ograniczone do rejonu okien hydrogeologicznych (Rys.1).

Rys.1. Przekrój hydrogeologiczny przez dolinę Radwi (rejon "Mostowo")

W systemie zasilania ujęcia występują trzy zasadnicze elementy: infiltracja wody rzecznej, dopływ wód podziemnych pochodzących z infiltracji subaeralnej na obszarze pradoliny i sandru oraz dopływ wód podziemnych z obszaru wysoczyzny morenowej (Rys. 2).

Rys. 2. Schemat strefy ochronnej ujęcia wody "Mostowo"

Na podstawie przeprowadzonej analizy hydrodynamicznej wydzielono dwa obszary zasilania, a mianowicie obszar północny, o zasięgu lokalnym, związany ze strukturą sandrową oraz obszar południowy, o zasięgu regionalnym, zasilany dodatkowo wodą rzeczną.

Stopień zagrożenia jakości wód zasilających ujęcie jest najwyższy w przypadku wód infiltracyjnych, jednakże sytuacja ujęcia wody w Mostowie jest korzystna, ponieważ ujęcie położone jest z dala od osiedli i terenów rolnych, a rzeka Radew nie jest zanieczyszczona. Pewne obawy budzi sporadyczne stosowanie insektycydów na terenie lasów, w granicach obszaru zasilania. Przykładowo, w 1967 roku administracja leśna poddała lotniczemu opryskowi 1.300 ha lasu, zużywając 18 ton preparatu "mgławik", zawierającego DDT i ?HCH.

Kompleksy rolnicze znajdują się w odległości ponad 2 km od ujęcia, głównie na obszarze wysoczyznowym. Prowadzona tam intensywna gospodarka rolna, wyrażająca się m.in. wysoką dawką nawozów mineralnych, rzędu 500 kg NPK/ha i stosowaniem dużej ilości pestycydów, nie zagraża bezpośrednio ujęciu wody w Mostowie, dzięki gliniastemu podłożu.

Badania jakości wody na obszarze zasilania ujęcia, przeprowadzone przez Instytut Gospodarki Komunalnej, nie wykazały obecności pestycydów z grupy węglowodorów polichlorowych, jak również innych zanieczyszczeń chemicznych i zanieczyszczeń bakteriologicznych. Lokalnie, w pobliżu zabudowań mieszkalnych w Mostowie, stwierdzono podwyższoną ilość chlorków.

Dla zapewnienia ochrony ujmowanych wód, w oparciu o kryteria hydrogeologiczne i rozpoznane ogniska zanieczyszczeń, wytyczono teren ochrony pośredniej ujęcia wody, ograniczony do obszaru zasilania, na którym warstwa wodonośna nie jest izolowana od powierzchni terenu. Południową granicę strefy ochronnej przeprowadzono wzdłuż krawędzi wysoczyzny morenowej. Natomiast przy wyznaczaniu terenu ochrony bezpośredniej ujęcia uwzględniono drogę infiltracji wód w warunkach aerobowych i anaerobowych oraz kryterium samooczyszczenia bakteryjnego.

Przykład II - Centralne ujęcie wody dla Zielonej Góry, w dolinie Odry

Ujęcie wody "Zawada" jest ujęciem lewarowym, składającym się z 22 studni usytuowanych liniowo na odcinku 2 km. Ujęcie jest eksploatowane od 1966 roku, a jego wydajność kształtuje się około 17.000 m3/24 h. Woda jest ujmowana na obszarze pradoliny, z warstwy piaszczysto - żwirowej, o zmiennej miąższości w granicach 10 - 30 m. Warstwa wodonośna przykryta jest w znacznej części pradoliny utworami ilasto - torfiastymi, których miąższość dochodzi do 3 m (Rys.3).

Rys. 3. Schemat strefy ochronnej ujęcia wody "Zawada"

Na zasoby wód podziemnych składają się, z jednej strony wody infiltrujące z rzeki Odry i cieku "Zimna Woda", z drugiej strony natomiast wody pochodzące z infiltracji subaeralnej na obszarze pradoliny i wysoczyzny morenowej. Obszar zasilania, ograniczony umownie do krawędzi wysoczyzny, jest rzędu 1 tysiąca hektarów, w tym 1/3 gruntów ornych (Rys.4).

Rys. 4. Przekrój hydrogeologiczne przez pradolinę Odry (rejon Zawady)

Dla ognisk zanieczyszczenia potencjalnie zagrażających jakości wód podziemnych, zasilających ujęcie należy zaliczyć zanieczyszczoną wodę powierzchniową w Odrze i "Zimnej Wodzie", środki chemiczne stosowane na gruntach ornych oraz ścieki i odpadki z pobliskich wsi.

W odróżnieniu od warunków środowiskowych ujęcia "Mostowo", w przypadku "Zawady" mamy do czynienia z bliskim położeniem ognisk zanieczyszczenia. Woda rzeczna w Odrze jest wyraźnie zanieczyszczona fenolami oraz innymi związkami organicznymi i nieorganicznymi. Również w tej strefie pradoliny która jest pod stałym wpływem wód infiltrujących z Odry, woda podziemna jest zanieczyszczona, m.in. siarczanami oraz związkami azotu, żelaza i manganu.

Natomiast wody podziemne spływające z wysoczyzny morenowej posiadają niewielką twardość i odpowiedni skład jakościowy. W warunkach przepływu podziemnego w osadach pradolinnych, następuje pogorszenie jakości tych wód, zwłaszcza w zakresie zwiększenia kwasowości wody, twardości oraz ilości żelaza i siarczanów. O pogorszeniu się jakości wody w wysokim stopniu decyduje zmiana warunków hydrodynamicznych na skutek rozpoczęcia eksploatacji ujęcia oraz brak ustabilizowanych warunków geochemicznych. Przyczyną wzrostu mineralizacji wody, w tym przede wszystkim wzrostu ilości żelaza, manganu a także siarczanów, jest zakwaszenie środowiska gruntowego przez kwaśne produkty rozkładu substancji organicznej i naruszenie wiązań kompleksu sorpcyjnego. W wyniku przejścia do roztworu wolnych węglanów następuje bowiem w kompleksie sorpcyjnym zastępowanie kationów metali przez jony wodorowe. Charakter zmian jakości wody eksploatowanej na ujęciu "Zawada" przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Zmiany jakości wody eksploatowanej na ujęciu "Zawada"

Dla poprawy jakości wody oraz ochrony ujmowanych wód przed zanieczyszczeniem przewidziano przeprowadzenie zabiegów nad stabilizacją warunków geochemicznych poprzez wysycenie kompleksu sorpcyjnego skał zasadami oraz ustalenie strefy ochronnej ujęcia, z podziałem na teren ochrony bezpośredniej i teren ochrony pośredniej.

Teren ochrony bezpośredniej, określony kryteriami samooczyszczenia bakteryjnego ograniczono do pasa terenu wzdłuż linii studzien. Granica terenu ochrony bezpośredniej przebiega w odległości 100 m od linii studzien.

Teren ochrony pośredniej ujęcia wody ustalono w oparciu o kryteria hydrogeologiczne, zwłaszcza o wskaźnik przepuszczalności podłoża i siatkę hydrodynamiczną oraz o kryteria jakościowe, wykorzystując w tym celu wskaźniki zanieczyszczenia wód. Granicę terenu ochrony pośredniej wyznaczono zgodnie z granicą obszaru zasilania ujęcia, z wyłączeniem obszaru wysoczyzny morenowej.

Proponowane ograniczenia w użytkowaniu terenu dotyczą zakazu stosowania pestycydów, intensywnego nawożenia mineralnego. Zalecono również higienizację wsi i oczyszczanie ścieków, które zanieczyszczają obecnie cieki powierzchniowe przepływające w pobliżu ujęcia wody.

Przykład III - Komunalne ujęcie wody "Mirów" w Częstochowie

Ujęcie wody "Mirów" położone jest na obszarze Jury Częstochowskiej, w pobliżu przełomowego odcinka rzeki Warty. Eksploatowane są wody z uszczelinionych wapieni górno jurajskich. Ujęcie składa się z 12 studzien o głębokości rzędu 40 - 60 m, rozrzuconych na obszarze około 8 km2 (Rys.6).

Rys. 6. Przekrój hydrogeologiczny przez rejon ujęcia wody "Mirów"

Ujęcie "Mirów" zostało uruchomione w roku 1952 i jest eksploatowane obecnie z wydajnością 32.000 m3/24 h. W sąsiedztwie znajduje się ujęcie przemysłowe "Mirów II", eksploatowane z wydajnością 7.000 m3/24 h. Przeprowadzone badania hydrogeologiczne wykazały, że system zasilania ujęcia jest złożony.

Pierwotny, naturalny przepływ podziemny w uszczelinionych wapieniach zasilających rzekę Wartę, został zatrzymany na obszarze ujęcia i wzmocniony wodą infiltracyjną z rzeki. Brak osłony gliniastej od powierzchni sprawia, że infiltracja wód powierzchniowych a także ścieków odbywa się bez większych przeszkód, Sytuację pogarsza fakt, że przepływ wód podziemnych odbywa się w systemie spękań i szczelin w skałach wapiennych, co ułatwia przenikanie i migrację zanieczyszczeń.

Ogniskami zanieczyszczeń, niebezpiecznymi dla komunalnego ujęcia wody "Mirów", są

Rys.7. Schemat obszaru zasilania ujęcia Mirów i stref zanieczyszczenia wód podziemnych (stan obecny -  1971r.)

Zanieczyszczenie wód podziemnych następuje zarówno poprzez przesiąkanie do podłoża ścieków na terenie zakładów przemysłowych, na przykład z powodu nieszczelności sieci kanalizacyjnej lub na drodze rozmycia składowanych na powierzchni terenu odpadów, jak też poprzez infiltrację zanieczyszczonej wody rzecznej.

Strefa skażenia chemicznego wód podziemnych odpowiada w zasadzie cieniowi ogniska zanieczyszczenia na siatce hydrodynamicznej. W przypadku ujęcia "Mirów" strefa skażenia obejmuje większą część terenu ujęcia. Jak wykazały przeprowadzone badania woda eksploatowana ze studzien położonych w tej strefie, zawiera w różnych stosunkach ilościowych te składniki, które występują w w/w opisanych ogniskach zanieczyszczeń, przede wszystkim związki fenolowe i cyjanki. W pobliżu Huty woda podziemna zawiera także amoniak oraz zanieczyszczenia oleiste, potwierdzające bliskość ogniska zanieczyszczenia, jak też łatwość przenikania zanieczyszczeń.

W zanieczyszczonych wodach zasilających ujęcie "Mirów" rozwija się bogata flora bakteryjne, która z jednej strony powoduje odbudowę niektórych składników mineralnych, a z drugiej strony powoduje powstawanie trudności z ich usuwaniem. Stosowana technologia uzdatniania wody, obejmująca ozonowanie wody, w obecnych warunkach likwiduje w zasadzie zanieczyszczenie wody, lecz może nie spełniać zadania w przypadku dalszego wzrostu zanieczyszczenia wód, co należy przewidywać w związku z planowaną rozbudową huty i koniecznością zwiększenia eksploatacji ujęcia wód podziemnych. W takiej sytuacji działanie ujęcia "Mirów II" staje się problematyczne.

W celu rozwiązania problemu i określenia kierunków rozwojowych ujęcia komunalnego, w warunkach względnej ochrony jakości ujmowanych wód, zaprogramowano kilka rozwiązań eksploatacyjnych, uwzględniających wzrost wydajności ujęcia i przesunięcia rejonów eksploatacji w dostosowaniu do warunków hydrogeologicznych i strefy wpływu zanieczyszczeń przemysłowych. Obliczenia dotyczące zmian hydrodynamicznych, odpowiadające powyższym założeniom, przeprowadził zespół pracowników naukowych Instytutu Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej AGH w Krakowie. W oparciu o wyniki badań analogowych określono prognozę obszaru zasilania i strefy zanieczyszczenia wód podziemnych. Prognozę opracowano w dwóch wariantach, zgodnie z następującymi założeniami.

Rejon ujęcia wody

Wydajność ujęcia (m3/24 h)

Rok 1970

Rok 2000

Wariant I

Rok 2000

Wariant II

Mirów I

32 000

32 000

 - 

Mirów II */

7 000

20 000

20 000

Mirów III

 - 

23 000

23 000

Mirów III a

 - 

 - 

32 000

Razem

 39 000

75 000

75 000

*/ ujęcie przemysłowe "Mirów II"

Prognozę zanieczyszczenia wód podziemnych w zlewni ujęcia "Mirów" przestawiono na rys. 8 i 9.

Rys. 8. Prognoza obszaru zasilania ujęcia "Mirów" i stref zanieczyszczenia wód podziemnych (wariant I)

Rys. 9.Prognoza obszaru zasilania ujęcia "Mirów" i stref zanieczyszczenia wód podziemnych (wariant II)

Z analizy materiałów wynika, że w przypadku pierwszego wariantu prognozy, zakładającego utrzymanie eksploatacji ujęcia Mirów I na obecnym poziomie oraz wzrost wydajności ujęcia przemysłowego "Mirów II", cały obszar tych ujęć pozostaje w strefie oddziaływania zanieczyszczeń chemicznych. Drugi wariant zakłada przekazanie obecnego ujęcia Mirów I na potrzeby rozbudowującego się ujęcia przemysłowego Mirów II i przeniesienie centrum eksploatacji w kierunku wschodnim (Mirów III i III a). W tych rozwiązaniach odbiorcą wód zanieczyszczonych przez przemysł będzie ujęcie przemysłowe Mirów II, a ujęcie komunalne będzie zasilane przez niezanieczyszczone wody podziemne oraz wody infiltracyjne z Warty. Przewiduje się przy tym poprawę stanu czystości wody rzecznej po wprowadzeniu pełnego procesu oczyszczania ścieków, w budowanej obecnie oczyszczalni.

Komunalne ujęcie wody podziemnej "Mirów" jest przykładem zanieczyszczonego ujęcia, dla którego nie można praktycznie ustalić skutecznych warunków ochrony i strefy ochronnej. Rozwiązaniem sytuacji jest natomiast przesunięcie rejonu eksploatacji i zabezpieczenie się dodatkowym drenażem zanieczyszczonych wód podziemnych.

Podsumowanie

Według rozeznania Zakładu Ujęć Wód Podziemnych IKG większość ujęć komunalnych, zwłaszcza ujęć dużych, eksploatuje wody podziemne pochodzenia infiltracyjnego, występujące na niewielkiej głębokości. Ujmowane wody podziemne są więc słabo chronione przez warunki naturalne środowiska i tym samym narażone na zanieczyszczenie.

W związku z różnorodnym charakterem środowiska geologicznego oraz koniecznością dostosowania się do lokalnych ognisk zanieczyszczenia, warunki ochrony ujęć komunalnych należy ustalać indywidualnie.

Na warunki ochrony składają się: ochrona bakteriologiczna, ochrona chemiczna a także ochrona zasobowa ujęcia wody.

Sprawa zasobów unormowana jest przepisami "Prawa Geologicznego" i związanych z nim zarządzeń wykonawczych. Sprawy ochrony jakości wody zostały uwzględnione w "Prawie Wodnym" i zarządzeniach wykonawczych.

W wytycznych, w sprawie zasięgu i wyznaczania granic terenów strefy ochronnej i źródeł wody", stanowiących załącznik do zarządzenia Prezesa CUGW z dnia 7 lutego 1969 r., nie ustosunkowano się w zasadzie do kwestii ochrony wód przed zanieczyszczeniami chemicznymi i zależności strefy ochronnej od obszaru zasilania, stosując przede wszystkim kryterium samooczyszczenia bakteryjnego. Powyższe wytyczne nie są wystarczające do ustalenia ochrony sanitarnej (bakteriologicznej i chemicznej) ujęć komunalnych.

Do projektu strefy ochronnej ujęcia komunalnego wymagane jest rozpoznanie środowiska, w zakresie:

______________________________________________________________

Powrót do strony www: http://main.amu.edu.pl/~pawula

Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl