Hydrogeologie

Hydrogeologie je obor geologie, který se zabývá studiem distribuce, pohybu a kvality vody v podzemí. Hydrogeologie se zabývá pochopením výskytu, pohybu a ukládání podzemní vody v aquifery, což jsou geologické útvary, které obsahují vodu. Hydrogeologové studují vlastnosti skály a sedimenty, které řídí pohyb vody, interakci mezi podzemní a povrchovou vodou a vliv lidské činnosti na kvalitu a množství zdrojů podzemních vod. Hydrogeologie je interdisciplinární obor, který čerpá z geologie, fyziky, chemie, matematiky a inženýrství a řeší širokou škálu environmentálních, geologických a inženýrských problémů.

voda je vzácný přírodní zdroj. Bez vody by na Zemi nebyl život. Dvě třetiny našeho těla tvoří hmotnostně voda.

Zásoby vody jsou rovněž nezbytné pro podporu výroby potravin a průmyslové činnosti. Nejdůležitějším faktorem, který určuje hustotu a rozložení vegetace, je množství srážek (Fetter, 2001).

Zemědělství can flourish in some deserts, but only with water either pumped from the ground or imported from other areas (Fetter, 2001).

Civilizace have flourished with the development of reliable water supplies, and then collapsed as their water supplies failed (Fetter, 2001).

Osoba vyžaduje 3 litry (l) pitné vody denně k udržení základních tekutin v těle (Fetter, 2001).

Primitivní lidé v suchých zemích existovalo jen o málo více než toto množství jako jejich celková denní spotřeba

V New Yorku the daily per capita water usage exceeds 1000 L; much of this is used for industrial, municipal, and commercial purposes (Fetter, 2001).

Nadměrné využívání podzemní vody nekontrolovaným čerpáním může způsobit určité problémy (Hiscock, 2005):

• škodlivé účinky na sousední vrty a studny,
• pokles půdy,
• pronikání slané vody,
• a vysychání povrchových vod a mokřadů.

Nekontrolované používání chemikálií a nedbalá likvidace odpadů na zemi způsobuje znečištění podzemních vod (Hiscock, 2005).

Hlavní zdroje znečištění podzemních vod:

• agrochemikálie,
• průmyslový a komunální odpad,
• hlušina a procesní odpadní voda z dolů,
• ropná pole solankové jámy,
• netěsné podzemní skladovací nádrže,
• netěsné potrubí,
• čistírenský kal,
• a septické systémy

Obor hydrogeologie

Hydrogeologie je vědecké studium vlastností, distribuce a pohybu podzemní vody v podpovrchu Země. Jde o interdisciplinární obor, který kombinuje prvky geologie, hydrologie, chemie, fyziky a inženýrství. Rozsah hydrogeologie zahrnuje následující:

1. Studium výskytu a dostupnosti podzemní vody: Hydrogeologové studují výskyt, distribuci a dostupnost podzemní vody v podpovrchu. K průzkumu podpovrchu používají různé techniky, jako jsou geofyzikální průzkumy, vrtání a těžba vrtů.
2. Proudění a transport podzemní vody: Hydrogeologové studují proudění a transport podzemní vody v podpovrchu. Používají numerické modely k předpovědi směru a rychlosti proudění podzemní vody a k simulaci transportu kontaminantů v podzemních vodách.
3. Charakteristika zvodněných vrstev: Hydrogeologové charakterizují vlastnosti zvodněných vrstev, což jsou geologické formace, které ukládají a přenášejí podzemní vodu. Studují hydraulické vlastnosti zvodněných vrstev, jako je hydraulická vodivost, propustnost a koeficient akumulace.
4. Kvalita podzemních vod: Hydrogeologové studují kvalitu podzemních vod, včetně jejich chemického složení a přítomnosti kontaminantů. Používají různé techniky k odběru a analýze podzemní vody, jako jsou čerpací testy, slimáky a těžba vrtů.
5. Hospodaření s podzemními vodami: Hydrogeologové hrají klíčovou roli v řízení zdrojů podzemních vod. Své znalosti z hydrogeologie využívají k rozvoji strategií udržitelného využívání a ochrany zdrojů podzemních vod. To zahrnuje navrhování polí studní, řízení doplňování podzemní vody a kontrolu kontaminace podzemních vod.
6. Interakce podzemní vody s povrchovou vodou: Hydrogeologové studují interakci podzemní vody s povrchovou vodou, jako jsou řeky, jezera a mokřady. Své znalosti z hydrogeologie využívají k pochopení role podzemních vod při udržování toku povrchových vod a k vypracování strategií pro hospodaření s vodními zdroji udržitelným způsobem.

Hydrogeologický průzkum

Hydrogeologický průzkum je proces studia vlastností a chování vody v podpovrchové vodě. Zahrnuje použití různých nástrojů a technik ke shromažďování údajů o hydrogeologickém systému, jako je geologie a hydrologie oblasti, množství a kvalita podzemní vody a potenciál pro rozvoj vodních zdrojů a hospodaření s nimi.

Hydrogeologický průzkum je důležitý v mnoha aplikacích, jako je plánování a projektování systémů zásobování podzemní vodou, identifikace potenciálních zdrojů vody pro důlní nebo průmyslové provozy, hodnocení environmentálních dopadů souvisejících s podzemními vodami a hodnocení potenciálních dopadů změny klimatu. o zdrojích podzemních vod.

Hydrogeologický průzkum může zahrnovat řadu činností, jako je geologické mapování, sběr hydrologických dat, testování vodonosných vrstev, analýza kvality vody a počítačové modelování proudění a dopravy podzemní vody. Výsledky hydrogeologických průzkumů lze využít k informovanému rozhodování o udržitelném využívání a hospodaření se zdroji podzemních vod.

Hydrogeologický průzkum zahrnuje několik kroků, včetně:

1. Vymezení studijního území: Prvním krokem hydrogeologického průzkumu je vymezení studijního území včetně umístění a hranic zkoumaného území.
2. Sběr dat: Dalším krokem je shromáždění informací o geologii, hydrologii a hydrogeologii studované oblasti. To může zahrnovat sběr dat o geologii oblasti, povrchové a podpovrchové hydrologii a zdrojích podzemní vody.
3. Analýza dat: Shromážděná data jsou následně analyzována za účelem pochopení výskytu a pohybu podzemní vody ve studované oblasti. To může zahrnovat analýzu geologických a hydrologických údajů, jakož i údajů o kvalitě a množství zdrojů podzemních vod.
4. Vypracování koncepčního modelu: Na základě shromážděných a analyzovaných dat je vypracován koncepční model systému podzemních vod ve studované oblasti. Tento model pomáhá pochopit, jak se podzemní voda pohybuje podpovrchem a jak je ovlivňována různými faktory.
5. Testování a dolaďování modelu: Koncepční model je poté testován a zpřesňován dalším sběrem dat a analýzou, aby se zlepšilo porozumění systému podzemních vod.
6. Hlášení zjištění: Posledním krokem hydrogeologického průzkumu je ohlášení výsledků studie, včetně případných doporučení pro hospodaření a využívání zdrojů podzemních vod ve zkoumané oblasti.

Hydrogeologie a lidské záležitosti

ydrogeologie je v mnoha ohledech úzce spjata s lidskými záležitostmi. Zde je několik příkladů:

1. Zásobování vodou: Jednou z nejdůležitějších aplikací hydrogeologie je hodnocení a řízení zdrojů podzemních vod pro zásobování vodou. Hydrogeologové zkoumají a charakterizují vodonosné vrstvy, odhadují rychlost nabíjení a průtok podzemní vody a vyvíjejí modely, které předpovídají, jak budou vodonosné vrstvy reagovat na různé scénáře čerpání. Tyto informace používají vodohospodáři k rozhodování o přidělování vody, umístění studní a čerpání.
2. Transport kontaminantů: Hydrogeologové také hrají klíčovou roli při hodnocení a řízení kontaminace podzemních vod. Zkoumají pohyb kontaminantů v podzemních vodách, hodnotí potenciál kontaminantů dostat se do zdrojů pitné vody a vyvíjejí strategie k nápravě kontaminovaných míst. Hydrogeologické průzkumy jsou často součástí hodnocení životního prostředí průmyslových areálů, skládek a dalších kontaminovaných míst.
3. Územní plánování: Hydrogeologie je důležitá při územním plánování, zejména v oblastech, kde jsou zdroje podzemní vody náchylné ke kontaminaci nebo nadměrnému využívání. Hydrogeologickým průzkumem lze identifikovat oblasti, které jsou vhodné pro určité typy zástavby (např. obytná, průmyslová, zemědělská), a také oblasti, které by měly být chráněny před zástavbou pro zachování zdrojů podzemních vod.
4. Změna klimatu: Hydrogeologie je také důležitá pro pochopení dopadů změny klimatu na zdroje podzemních vod. Vzhledem k tomu, že se modely srážek a evapotranspirace mění, bude pravděpodobně ovlivněna rychlost doplňování podzemní vody a vzorce proudění podzemní vody. Hydrogeologické průzkumy mohou pomoci předpovědět, jak budou vodonosné vrstvy reagovat na tyto změny, a identifikovat oblasti, které jsou zvláště citlivé na sucho nebo jiné dopady.

Celkově je hydrogeologie důležitým oborem, který přispívá k našemu porozumění vodním zdrojům a jejich interakci s lidskou činností.

Historie hydrogeologie

Historie hydrogeologie sahá až do starověkých civilizací, jako byli Řekové a Římané, kteří se zajímali o vznik a pohyb podzemních vod. První zaznamenaný vědecký výzkum podzemní vody provedl Leonardo da Vinci v 15. století. Navrhl, že pohyb vody po Zemi byl řízen slunečním teplem a gravitací.

V průběhu 18. a 19. století došlo v oblasti hydrogeologie k významným pokrokům. Vědci začali rozvíjet teorie o proudění podzemní vody a vztahu mezi povrchovou vodou a podzemní vodou. Vývoj nových technologií, jako jsou vrtací zařízení a čerpadla, umožnil stavbu studní a měření hladiny podzemní vody. To vedlo k lepšímu pochopení množství a kvality zdrojů podzemní vody.

Ve 20. století nabývala hydrogeologie na významu pro hospodaření s vodními zdroji a ochranu životního prostředí. Vývoj nových technik, jako jsou geofyzikální průzkumy a počítačové modelování, umožnil přesnější a efektivnější průzkum a řízení podzemních vod. Hydrogeologové dnes hrají zásadní roli při zajišťování udržitelnosti zdrojů podzemních vod a ochraně životního prostředí před kontaminací.

Hydrologický cyklus

Voda na naší planetě Zemi se nachází ve třech fázích, jako pevná, kapalná a plynná.

Hydrologický cyklus, také známý jako koloběh vody, je proces, při kterém se voda pohybuje zemskými systémy. Cyklus zahrnuje následující kroky:

1. Vypařování: Proces, při kterém se voda mění z kapaliny na plyn, obvykle z povrchu oceánů, jezer a řek nebo ze země.
2. Transpirace: Proces, při kterém rostliny absorbují a uvolňují vodu do atmosféry.
3. Kondenzace: Proces, při kterém se vodní pára v atmosféře ochlazuje a mění se zpět na kapalnou formu a tvoří mraky.
4. Srážky: Proces, při kterém voda padá z atmosféry ve formě deště, sněhu, plískanice nebo krup.
5. Infiltrace: Proces, při kterém voda prosakuje do země a je absorbována půdou a horninou.
6. Odtok: Proces, při kterém voda, která nepronikne do země, teče po povrchu Země a nakonec se dostává do potoků, řek a oceánů.

Hydrologický cyklus hraje klíčovou roli v regulaci množství a distribuce vody na zemském povrchu a v zemi, což je důležité pro udržení života a podporu různých ekosystémů.

Vypařování vody z povrchových vod (moře, jezera a řeky) a zemského povrchu a pocení z vegetace produkuje mraky.

Když nastanou vhodné meteorologické podmínky, srážky vyskytuje se jako déšť, sníh atd. a padá na pevninu nebo povrchové vodní útvary.

Část srážek dopadajících na vegetaci pokrytou půdu může být zadržena rostlinami. Tato část se nazývá zachycení.

Tato část se obecně vypařuje zpět do atmosféry.

Velmi malé množství vody zadržené na rostlinách padá na zem z listů. Tato část se jmenuje jako přes podzim.

Srážky, které dopadají na zemský povrch vstupuje do různých drah hydrologického cyklu.

Část srážek, která se dostane na povrch země, nejprve smáčí půdu a horniny.

Někteří voda může být dočasně uloženy na povrchu země jako led a sníh nebo voda v kalužích. Toto je známé jako skladování deprese.

Část deště nebo tajícího sněhu stéká po zemi do koryta potoka, jezera nebo moře. Toto se nazývá nadzemní tok or povrchový tok.

Pokud je povrch půdy nebo horniny porézní, do země prosákne trochu deště nebo tajícího sněhu. Tento proces se nazývá infiltrace.

Část infiltrované vody je uložena v vadózová zóna (nebo zóna provzdušňování).

Póry půdy a hornin ve vadózní zóně obsahují vodu i vzduch.

Voda ve vadózní zóně se nazývá vadózní voda.

V horní části vadózní zóny je pás o půdní voda.

Některé části Vody uloženy v prohlubních, vadózní zóně a proudí jako suchozemské proudění odpařuje se.

Rostliny využívají půdní vodu a poté se transpirují jako pára do atmosféry procesem zvaným pocení.

Odpařování ze zemského povrchu, vodních ploch a transpirace rostlinami se shlukují dohromady evapotranspirace.

Voda vstupující do půdy nebo horniny se může pohybovat laterálně ve vadózní zóně nad hladina podzemní vody směrem k nižším nadmořským výškám.

Tato voda se nazývá prolínání or podpovrchové proudění.

Část infiltrované vody; může dosáhnout hladiny podzemní vody perkolace, dobít zásobník podzemní vody.

Potom se tam voda pohybuje horizontálně proudění podzemní vody (nebo základní tok).

Povrchové, podpovrchové a podzemní toky vody nakonec dosáhnout mořské jezero a potok a odtud se vypařují zpět do atmosféry.

V určité hloubce jsou póry půdy nebo horniny nasyceny vodou.

Horní část zóna nasycení je nazýván hladina vody (nebo hladina podzemní vody).

Voda uložená v zóně nasycení je známá jako podzemní voda.

Podzemní voda se pohybuje as proudění podzemní vody přes horninové a půdní vrstvy země.

Podzemní voda výboje jako a jaro nebo jako prosakování do rybníka, jezera, potoka, řeky, moře nebo oceánu.

Obrázek ukazuje hlavní nádrže a cesty, kterými se voda může pohybovat z jedné nádrže do druhé.

Magmatická voda je obsažen v magmatech hluboko v kůře.

Pokud magma dosáhne povrchu země nebo dna oceánu, magmatická voda se přidá k vodě v hydrologickém cyklu (Fetter, 2001).

Hydrologické procesy zřídka fungují zcela neovlivněny lidskou činností; jinými slovy lidské činnosti způsobují změny v těchto procesech.

Hlavní činnosti, které vedou k úpravám v hydrologických procesech jsou;

• umělé srážky,
• úpravy vegetačního krytu (zalesňování, odlesňování, změna typu vegetace),
• urbanizace,
• výstavba přehrad na řekách,
• zavlažování,
• odvodnění,
• odběry podzemních a povrchových vod.

Globální distribuce vody

Voda na celé Zemi je v rovnováze.Slaná voda v oceánech

tvoří 97.25 %.Zemské masy a atmosféra obsahují tedy 2.75 %.Ledové čepice a ledovce držet 2.05 %Podzemní voda do hloubky 4 km tvoří 0.68 %,Sladkovodní jezera 0.01%Půdní vlhkost 0.005% řeky 0.0001% a biosféra 0.00004%

O Nás 75% voda na pevnině je uzamčena ledovcový led nebo je solný.

Zbývající čtvrtina vody na pevnině, kolem 98% is uloženy pod zemí.

Pouze velmi malé množství sladké vody dostupné pro lidi a další biotu.

Odebírání konstantního objemu vody v dané nádrži a dělení rychlostí přidávání (nebo ztráty) vody do (z) umožňuje výpočet doba pobytu pro tu nádrž.

Čas, který molekula vody stráví v oceán a moře více než 4 000 let.

Jezera, řeky, ledovce a mělké podzemní vody mají dobu zdržení v rozmezí dnů až tisíců let.

Podzemní voda doba zdržení se pohybuje od přibližně 2 týdnů do 10 000 let a déle.

Podobný odhad pro řek poskytuje hodnotu cca 2 týdny.

Vlastnosti povodí

Vlastnosti povodí se týkají fyzikálních, geologických a hydrologických charakteristik povodí nebo povodí, které ovlivňují množství a kvalitu vody v něm dostupné. Některé důležité vlastnosti povodí zahrnují:

1. Velikost a tvar: Velikost a tvar nádrže určuje oblast, ze které se voda shromažďuje, a množství vody, které lze v ní skladovat.
2. Topografie: Topografie povodí určuje směr proudění vody a ovlivňuje rychlost povrchového odtoku.
3. Geologie: Geologie povodí určuje typ hornin a půd, které jsou přítomny a které mohou ovlivnit ukládání a pohyb podzemní vody.
4. Vlastnosti půdy: Vlastnosti půdy, jako je textura, struktura a propustnost ovlivňují rychlost infiltrace vody do půdy a množství vody, které lze v půdě uložit.
5. Vegetační kryt: Vegetační kryt ovlivňuje rychlost infiltrace a evapotranspirace, což jsou důležité procesy v hydrologickém cyklu.
6. Podnebí: Podnebí hraje hlavní roli v hydrologickém cyklu, přičemž teplota, srážky a rychlost evapotranspirace ovlivňují množství a distribuci vody v povodí.
7. Využití půdy: Změny ve využívání půdy, jako je urbanizace nebo odlesňování, mohou mít významný dopad na hydrologický cyklus změnou povrchového odtoku, míry infiltrace a evapotranspirace.

Reference

• Prof.Dr. FİKRET KAÇAROĞLU, Přednáška, Univerzita Muğla Sıtkı Koçman
• Domenico, PA, Schwartz, FW, 1990. Fyzikální a chemická hydrogeologie. John Wileyand Sons, USA, 824 s.
• Fetter, CW, 2001. Aplikovaná hydrogeologie (čtvrté vydání). Prentice Hall, USA, 598 s.
• Hiscock, K., 2005, Hydrogeologie. Blackwell Publishing, 389 s.
• Mladší, PL, 2007, Podzemní vody v životním prostředí. Blackwell Publishing, 318 s.
• Usul, N., Inženýrská hydrologie. METU Press, Ankara, 404 s.
• Newson, M., 1994. Hydrologie a říční prostředí. Oxford Univ. Press, UK, 221 s.