Wyniki wieloletnich badań prowadzonych w stacji lizymetrycznej AGH stały się
podstawą wyznaczenia celu niniejszej pracy, jakim była charakterystyka procesów przepływu
wody, jej przekształceń jakościowych oraz migracji zanieczyszczeń w strefie aeracji.
Na realizację celu pracy złożyły się następujące zagadnienia:
– charakterystyka specyfiki wód podziemnych w strefie aeracji ze szczególnym
uwzględnieniem wpływu zmienności wilgotności na przepływ wody w tej strefie;
– opis metodyki badań w lizymetrach wraz ze szczegółowym przeglądem literaturowym,
dotyczącym stosowanych w tych badaniach technik oraz szerokiego zakresu
badań realizowanych z wykorzystaniem doświadczeń lizymetrycznych;
– charakterystyka lizymetrycznej stacji badawczej AGH ze szczegółowym opisem
gruntów wypełniających lizymetry;
– ocena składowych bilansu wodnego dla gruntów ze stacji lizymetrycznej wraz z analizą
intensywności procesu infiltracji, zmienności retencji wody oraz dynamiki
zmian wilgotności;
– analiza procesów przekształcania się składu chemicznego wód opadowych w trakcie
infiltracji przez grunty wypełniające lizymetry;
– ocena procesów przepływu wody i migracji zanieczyszczeń w strefie aeracji na
podstawie wyników zrealizowanych eksperymentów znacznikowych.
Realizacja powyższych zagadnień spowodowała, że praca cechuje się dualnością
treści, która uwidacznia się w układzie poszczególnych rozdziałów. Na część pierwszą
pracy – opisującą strefę aeracji i metodykę badań w lizymetrach – składają się rozdziały
2 i 3, które – na podstawie szerokiego przeglądu literatury – przedstawiają aktualny
stan wiedzy, terminologię oraz podstawy teoretyczne i ogólny kontekst zrealizowanych
badań. „Badania w lizymetrach zrealizowane na stacji badawczej AGH w Krakowie”
zostały zaprezentowane w drugiej części pracy. Obejmuje ona rozdziały od 4 do 8 i zawiera
szczegółowe opisy przeprowadzonych przez autorkę badań wraz z interpretacją
uzyskanych wyników.
Fragment "Wstępu"
- Recenzje
-
Badania w lizymetrach, stanowiących fizyczne modele strefy aeracji, były – i nadal są – w Polsce domeną nauk gleboznawczych i rolniczych i dotyczą głównie zagadnień bilansu wody i substancji biogennych w układzie roślina uprawna – gleba. Natomiast badania lizymetryczne dla potrzeb nauk hydrogeologicznych były – do momentu uruchomienia stanowiska lizymetrycznego AGH w Krakowie – realizowane sporadycznie i w bardzo uproszczonych urządzeniach. Ponieważ charakterystyka złożonych procesów przepływu i migracji zachodzących w strefie aeracji oraz opis metodyki badań w lizymetrach, mających na celu jak najwierniejsze odwzorowanie tych procesów, nie występowały dotychczas w polskiej literaturze naukowej, dlatego monografia w części pierwszej uzupełnia ten brak i przedstawia w sposób uporządkowany i przeglądowy aktualny stan wiedzy w przedmiocie opisu strefy aeracji i metodyki badań lizymetrycznych, poparty przeglądem krajowej, europejskiej i światowej literatury.
Z recenzji prof. dra hab. Jana Przybyłka
Książka wypełnia istotną lukę w krajowej literaturze hydrogeologicznej, w której brakuje prac dotyczących procesów w strefie aeracji. Do najważniejszych zalet ocenianej monografii zaliczam: szeroki zakres i oryginalność wykonanych badań, bardzo dobry poziom merytoryczny w zakresie interpretacji wyników, umiejętne łączenie przez autorkę wiedzy z zakresu hydrogeologii, hydrologii oraz nauk rolniczych, wykorzystanie szerokiego zakresu literatury krajowej i zagranicznej, bardzo dobre omówienie podstaw teoretycznych i ogólnego kontekstu badań, spójność struktury pracy i przystępny język.
Z recenzji prof. dr. hab. inż. Adama Szymkiewicza
- Spis treści
-
Spis treści
1. Wprowadzenie .......................................................................................................... 7
2. Woda w strefie aeracji ............................................................................................. 11
2.1. Pojęcie strefy aeracji ........................................................................................ 11
2.2. Postacie wody w strefie aeracji ...................................................................... 12
2.3. Zmienność wilgotności w strefie aeracji ....................................................... 14
2.4. Potencjał wody glebowej a wysokość hydrauliczna ..................................... 20
2.5. Krzywa retencji ................................................................................................ 24
2.6. Rozkład wysokości hydraulicznej w profilu strefy aeracji .......................... 29
2.7. Wilgotność w strefie aeracji a współczynnik filtracji .................................. 31
2.8. Przepływ wody w strefie aeracji ..................................................................... 33
2.9. Przepływ uprzywilejowany w strefie aeracji ................................................. 37
3. Metodyka badań w lizymetrach ............................................................................. 43
3.1. Lizymetry jako modele fizyczne strefy aeracji ............................................. 43
3.2. Rozwój badań lizymetrycznych ...................................................................... 45
3.3. Przegląd technik stosowanych w badaniach lizymetrycznych .................... 50
3.4. Przegląd badań realizowanych z wykorzystaniem lizymetrów ................... 62
3.4.1. Uwagi wstępne ...................................................................................... 62
3.4.2. Ocena składowych bilansu wodnego ................................................. 63
3.4.3. Ocena prędkości przepływu wody przez strefę aeracji ................... 68
3.4.4. Ocena procesów wymywania i migracji zanieczyszczeń .................. 71
3.4.5. Inne przykłady zastosowań ................................................................. 77
4. Lizymetryczna stacja badawcza AGH w Krakowie ............................................ 79
4.1. Uwagi wstępne ................................................................................................. 79
4.2. Wyposażenie stacji badawczej ........................................................................ 80
4.3. Charakterystyka gruntów wypełniających lizymetry ................................... 87
4.3.1. Pochodzenie gruntów .......................................................................... 87
4.3.2. Analiza granulometryczna gruntów ................................................... 89
6
4.3.3. Parametry hydrogeologiczne gruntów ............................................... 93
4.3.4. Skład mineralogiczny gruntów ........................................................... 99
4.4. Obserwacje i pomiary prowadzone na stanowisku lizymetrycznym ......... 100
5. Składowe naturalnego bilansu wodnego .............................................................. 102
5.1. Składowe naturalnego bilansu wodnego oceniane w lizymetrach ............ 102
5.2. Intensywność procesu infiltracji .................................................................... 103
5.3. Zmienność retencji wody w gruncie .............................................................. 116
5.4. Dynamika zmienności wilgotności objętościowej gruntu ........................... 120
6. Procesy kształtujące skład chemiczny wód infiltrujących ................................ 128
6.1. Procesy wyługowywania w strefie aeracji ..................................................... 128
6.2. Intensywność procesów wyługowywania ...................................................... 129
6.2.1. Metodyka oceny ................................................................................... 129
6.2.2. Ocena jakościowa intensywności procesów wymywania ................. 131
6.2.3. Ocena ilościowa intensywności procesów wyługowywania ............. 176
6.2.4. Zmienność intensywności procesów wyługowywania w czasie ...... 187
7. Transformacja i wymywanie związków azotu w procesie infiltracji ................. 190
7.1. Obieg azotu w strefie aeracji .......................................................................... 190
7.2. Ocena procesów przekształcania się związków azotu w strefie aeracji ..... 191
7.2.1. Metodyka oceny ................................................................................... 191
7.2.2. Ocena jakościowa procesów transformacji związków azotu .......... 193
7.3. Ocena intensywności procesów wymywania związków azotowych ........... 204
8. Procesy przepływu wody i migracji zanieczyszczeń w strefie aeracji ............... 207
8.1. Metody oceny procesów przepływu i migracji w strefie aeracji ................ 207
8.2. Opis zrealizowanych eksperymentów znacznikowych ................................ 212
8.3. Wyniki eksperymentów znacznikowych i ich dyskusja ............................... 216
8.3.1. Ocena procesu przepływu wody
na podstawie migracji jonów bromkowych ....................................... 216
8.3.2. Ocena procesów migracji przykładowego zanieczyszczenia .......... 235
8.3.3. Ocena procesów przepływu wody
z wykorzystaniem izotopów stabilnych .............................................. 240
9. Podsumowanie i wnioski ......................................................................................... 255
Bibliografia ............................................................................................................... 266