Zasoby wód podziemnych

Zasoby wód podziemnych stanowią około 30% zasobów wody słodkiej gromadzonej w całej hydrosferze i tylko 1,7% jej całkowitej zasobności, szacowanej na około 1,4 mld km^-3. Na obszarze Polski, ilość zwykłych wód podziemnych (nadających się do spożycia), zretencjonowanych w poziomach wodonośnych, szacowana jest na około 6 tys. km³, natomiast zasoby wód podziemnych strefy aktywnej wymiany wód, przy uwzględnieniu jej miąższości w granicach 300 m, określono na 3,09∙10¹² m³.

Odnawialność wód podziemnych wiąże się z procesem, w którym poprzez infiltrację opadów atmosferycznych lub wód powierzchniowych odnowione zostają w sposób naturalny lub sztuczny ubytki zasobów wód podziemnych powstałe na skutek ich drenażu w formie odpływu podziemnego i ewapotranspiracji. Zasoby odnawialne wód podziemnych są równoznaczne z ilością wody, która infiltruje do poziomów wodonośnych i następnie w formie dopływu podziemnego zasila systemy rzeczne. W Polsce w roku o przeciętnej sumie opadu do poziomów wodonośnych infiltruje około 34 km³ wody (18% opadu), natomiast odpływ wód podziemnych do rzek stanowi ponad połowę średniego rocznego odpływu rzecznego wynoszącego 61,9 km³.

Tempo wymiany i zasobność wód w strefie aktywnej wymiany związane są z czynnikami klimatycznymi i krajobrazowymi oraz intensywnością drenażu rzecznego. Wody podziemne, które występują płycej pod powierzchnią terenu aktywnie uczestniczą w obiegu wody w przyrodzie. Okres ich odnawiania waha się w bardzo dużych granicach: od corocznej wymiany wilgoci zawartej w glebie, po setki i tysiące lat dla głębszych poziomów wodonośnych. Na obszarze Polski około 75 % odnawialnych zasobów wód podziemnych związana jest z utworami czwartorzędowymi, głównie piaszczysto-żwirowymi utworami międzymorenowymi, sandrami, ozami, dolinami i pradolinami.

Na wielkość zasobów wód podziemnych mają wpływ m.in.:

• czynniki klimatyczne i hydrometeorologiczne – struktura bilansu wodnego zlewni, wielkość opadów atmosferycznych, zdolności retencyjne zlewni, warunki infiltracji, ewapotranspiracja
• geologiczne – uwarunkowania powstanie horyzontów wodonośnych wód podziemnych,
• czynniki antropogeniczne: melioracja terenów, regulacja cieków, zmiany struktury wykorzystywania gruntów, w tym głównie wyrąb lasów i zadrzewień, urbanizacja i związany z nią przyrost powierzchni trudno przepuszczalnych, wielkość poboru wody, przerzuty wody.

Rozmieszczenie zasobów wód podziemnych, uwarunkowane zróżnicowaniem budowy geologicznej, jest najczęściej bardzo
nierównomierne; występują również obszary, które cechują się deficytem wód podziemnych.

Odnawianie zasobów wód podziemnych odbywa się przez:

• infiltrację – wsiąkanie wód opadowych w podłoże skalne,
• kondensację pary wodnej zawartej w powietrzu występującym w próżniach skalnych,
• procesy geologiczne związane z powstawaniem skał i struktur budowy geologicznej.

Wody podziemne płytkich poziomów wodonośnych zasilane są głównie przez infiltrację wód opadowych, w mniejszym zakresie pośrednio z obszarów  sąsiednich lub, jak w przypadku dolin, przez dopływ wód rzecznych w okresie wezbraniowym (powodziowym). Na obszarze Wielkopolski udział zasilania infiltracyjnego płytkich poziomów wodonośnych w całkowitym ich zasilaniu wynosi nawet 80-90 %. Zróżnicowanie przestrzenne warunków zasilania infiltracyjnego płytkich wód podziemnych wynika m.in. z wielkości i rozkładu opadów atmosferycznych oraz charakteru tzw. powierzchni czynnej, określonej przez typ infiltracyjny, którego wyznacznikiem są: typ gruntu, warunki hipsometryczne oraz charakter użytkowania terenu i głębokość do zwierciadła wód podziemnych. Relacje przestrzenne między wybranymi zmiennymi, ilościowymi i jakościowymi, obrazują stan powierzchni czynnej danej zlewni w zakresie rozchodowania wód opadowych oraz zasilania infiltracyjnego wód podziemnych.

Wody podziemne stanowią wszystkie wody wypełniające podziemne przestrzenie i pory w skałach. W zależności od charakteru związku ze środowiskiem skalnym, występują w zasięgu:
• strefy aeracji, nazwanej strefą napowietrzenia
• strefy saturacji, czyli nawodnienia.

Granicę między strefami wyznacza pierwsze od powierzchni zwierciadło wód podziemnych. Strefa aeracji, rozprzestrzeniająca się od powierzchni terenu, gromadzi wody związane z gruntem: higroskopijne, błonkowate i kapilarne, które występują powyżej strefy saturacji. W zasięgu strefy saturacji wolne przestrzenie skalne (pory, szczeliny, próżnie krasowe) wypełnione są całkowicie wodą znajdującą się w ruchu zachodzącym pod wpływem siły grawitacji lub różnicy ciśnień. Uwzględniając ich głębokość wyróżnia się wody podziemne: przypowierzchniowe (nazywane też hipodermicznymi), gruntowe, wgłębne i głębinowe.

Najpłycej pod powierzchnią terenu (do kilkunastu cm) występują wody przypowierzchniowe, które podlegają silnym wpływom atmosferycznym. Ich ilość kształtowana jest przez opady, dobowe i sezonowe wahania temperatury powietrza oraz intensywne parowanie. Intensywne opady deszczu lub roztopy powodują podniesienie się ich zwierciadła, przyczyniając się często do lokalnych podtopień terenu, natomiast w okresach posusznych wody te często zanikają. Na terenie Parku wody przypowierzchniowe występują w dolinach rzecznych, strefach przyjeziornych i obniżeniach terenu, co sprzyja funkcjonowania obszarów podmokłych.

Na głębokości najczęściej około 2-5 m znajdują się wody gruntowe, których obszary zasilania, głównie przez opady atmosferyczne, na ogół pokrywają się z obszarem ich rozprzestrzeniania. Tworzą z reguły pierwszy od powierzchni terenu poziom wodonośny, który znajduje się w zasięgu drenującego oddziaływania sieci hydrograficznej. Zwierciadło wód gruntowych ma zazwyczaj charakter zwierciadła swobodnego. Na terenie Parku tego typu wody podziemne występują zazwyczaj w piaskach i żwirach (fluwioglacjalnych i rzecznych) w zasięgu stref sandrowych i dolin rzecznych.

Wody wgłębne występują w strefie wysoczyznowej WPN w warstwach wodonośnych przykrytych od powierzchni utworami słabo przepuszczalnymi. Zasilanie odbywa się najczęściej bezpośrednio poprzez wychodnie warstw wodonośnych tworzące obszary zasilania lub pośrednio poprzez okna hydrogeologiczne (lokalne nieciągłości w nadkładzie). Może również zachodzić poprzez warstwy półprzepuszczalne oraz za pośrednictwem innych warstw wodonośnych poprzez skomplikowane układy hydrauliczne. Wody wgłębne są wodami o zwierciadle napiętym (wody naporowe) nieciągłym, którego kształt wymuszony jest przez spąg warstwy nadkładu.

Wody głębinowe, ze względu na duże głębokości występowania i znaczny stopień izolacji od powierzchni terenu, znajdują się poza strefą aktywnej wymiany i nie są włączone w cykl hydrologiczny.

Występowanie wód podziemnych na terenie WPN nawiązuje w układzie przestrzennym do warunków geologicznych i rzeźby obszaru, która jest efektem morfogenezy glacjalnej i holoceńskiej. Najczęściej warstwy wodonośne w utworach czwartorzędowych tworzą układ piętrowy, na który składają się poziom gruntowy i międzyglinowy: górny, środkowy (poziom w zasięgu Parku tworzy wielkopolska dolina kopalna) i dolny tzw. podglinowy.

Wody podziemne pierwszego poziomu wodonośnego (płytki poziom wodonośny) reprezentują w Parku poziom gruntowy i międzyglinowy górny. Płytkie wody podziemne występują w strefach o zróżnicowanym typie zasilania, warunkach geologiczno-geomorfologicznych, litologicznych i infiltracyjnych: dolinnej, wysoczyznowej (na terenie Parku jest to wysoczyzna morenowa falista i pagórkowata) oraz zboczowej. W strefie przypowierzchniowej dominują utwory czwartorzędowe związane z działalnością lądolodu i wód lodowcowych w okresach glacjalnych oraz wód rzecznych w interglacjałach, natomiast w strefach obniżeń dolinnych, strefach wokół jezior i zagłębieniach bezodpływowych występują utwory rzeczne (mady) oraz organiczne (torfy i namuły). Poziom gruntowy wykształcił się przede wszystkim w utworach piaszczysto-żwirowych teras dolinnych Warty i jej dopływów, a także w strefie równin sandrowych. Natomiast poziom międzyglinowy górny rozprzestrzenia się w strefie wysoczyznowej, w zasięgu przypowierzchniowych glin morenowych, które często wykazują wysoki stopień spiaszczenia.

Głębokość zalegania pierwszego poziomu wodonośnego zależna jest od budowy geologicznej i ukształtowania powierzchni terenu. Przeciętnie wody te występują stosunkowo płytko, najczęściej na głębokości 2-5 m. Najpłycej, do 1 m p.p.t., wody gruntowe występują w zasięgu rynien jeziornych i dolin rzecznych, natomiast głębokość ich wzrasta w kierunku wysoczyzn, gdzie może wynosić 5-10 m p.p.t, a lokalnie nawet poniżej 10 m. W obrębie doliny Warty wody pierwszego poziomu wodonośnego zalegają płytko, głównie do 2 m p.p.t., a okresowo mogą być zalewane wodami Warty podczas jej wezbrań. Najgłębiej (ponad 20 m p.p.t.) wody pierwszego poziomu występują w strefie pagórków moreny czołowej w okolicy Mosiny.

Rozkład głębokości płytkich wód podziemnych dla warunków przeciętnych w roku (A) i rozmieszczenie typów infiltracyjnych (B) na obszarze WPN i w jego otoczeniu.
Źródło: Opracowanie R. Graf, K. Jawgiel

Płytkie wody podziemne zasilane są głównie w wyniku infiltracji wód opadowych, miejscami wodami powierzchniowymi oraz wodami niższych poziomów wodonośnych w strefach okien hydrogeologicznych. Zróżnicowanie przestrzenne warunków zasilania infiltracyjnego płytkich wód podziemnych wynika m.in. z wielkości i rozkładu opadów atmosferycznych oraz charakteru tzw. powierzchni czynnej, określonej przez typ infiltracyjny, którego wyznacznikiem są: typ gruntu, warunki hipsometryczne oraz charakter użytkowania terenu i głębokość do zwierciadła wód podziemnych. Typy infiltracyjne zmieniają się w Parku, od bardzo korzystnych i korzystnych w strefach występowania utworów piaszczysto-żwirowych, do niekorzystnych z funkcją izolującą, na terenach z dominacją gruntów spoistych (piaski pylaste i gliniaste, gliny, gliny pylaste, gliny piaszczyste) oraz gruntów antropogenicznych. Zmienne warunki zasilania wód podziemnych, występują w strefach dolin rzecznych, których dna wypełnione są w przewadze przez grunty organiczne, które tworzą torfowiska niskie fluwiogeniczne, zasilane przez wody rzeczne oraz torfowiska topogeniczne, zasilane przez wody podziemne o znacznej dynamice. W okresach wzmożonych opadów deszczu znaczna wilgotność gruntów organicznych uniemożliwia zasilanie infiltracyjne płytkich wód podziemnych, natomiast w okresach suchych charakteryzują się w miarę korzystnymi warunkami alimentacji wód podziemnych.

Wody podziemne głębszych poziomów wodonośnych na obszarze Parku związane są z występowaniem stref czołowomorenowych i wysoczyzn morenowych oraz z poziomem dolinnym Warty i wielkopolskiej doliny kopalnej.

Na zachodniej krawędzi doliny Warty (pomiędzy Puszczykowem a Łęczycą), w Pożegowie (Wysoczyzna Pożegowska) oraz na północnym stoku Jeziora Góreckiego występuje kilka wypływów wód podziemnych w postaci źródeł.

Wody podziemne uczestniczą w podziemnej fazie cyklu hydrologicznego, włączając się w zasięg płytkiego i głębokiego krążenia wód. Ze względu na zróżnicowaną głębokość ich występowania, która zapewnia lub ogranicza kontakt z wodami powierzchniowymi oraz geometrię i rozmiar zbiorników, nieraz o dużej retencyjności i inercji, tworzą tę część hydrosfery, dla której czas wymiany wód jest zmienny. Dla wód podziemnych zasilających cieki wynosi on kilka lat, natomiast dla wód podziemnych głębszych poziomów wodonośnych może obejmować setki, a nawet tysiące lat. Szybsze tempo wymiany charakteryzuje wody podziemne o większym stopniu ruchliwości, które zazwyczaj występują płycej, w zasięgu oddziaływania sieci hydrograficznej (strefa potamiczna zlewni). Wody te włączone są do cyklu hydrologicznego poprzez procesy: infiltracji opadów atmosferycznych, odpływu podziemnego i ewapotranspiracji. Kontakt wód podziemnych z wodami otoczenia i związane z tym formowanie wielkości oraz jakości ich zasobów redukuje się przy wzroście głębokości ich występowania.

Strefa aktywnej (intensywnej) wymiany wód, rozprzestrzeniająca się do głębokości około 200 m, obejmuje wody podziemne znajdujące się pod wpływem oddziaływania wód opadowych i powierzchniowych, zwłaszcza drenującej roli sieci hydrograficznej. Tempo wymiany, zasobność oraz stan jakości wód w tej strefie związane są z czynnikami klimatycznymi i krajobrazowymi oraz intensywnością drenażu rzecznego.

Przepływ wód w systemie krążenia odbywa się od obszaru jego zasilania do obszaru drenażu wód podziemnych. Drenaż wód podziemnych utożsamiany jest z wypływem wód z poziomu wodonośnego na skutek procesów naturalnych lub wywołanych sztucznie. Strefa drenażu stanowi wyraz związku hydraulicznego wód podziemnych z wodami powierzchniowymi, który identyfikowany jest przez proces zasilania sieci hydrograficznej przez wody podziemne.

Model przepływu wód podziemnych w zasięgu stref ich zasilania i drenażu. Źródło: opracowanie R. Graf

Lokalny system krążenia obejmuje strefę przypowierzchniową, w której przepływy wód podziemnych są determinowane położeniem lokalnych stref zasilania i drenażu formujących się na powierzchni terenu. Zasięg przestrzenny systemu lokalnego ogranicza się w zasadzie do występowania i krążenia wód podziemnych pierwszego poziomu wodonośnego o dużym stopniu odnawialności, znajdującego się w zasięgu oddziaływania sieci hydrograficznej.

Regionalny system krążenia wód obejmuje dolną część struktury systemu krążenia wód podziemnych strefy aktywnej wymiany wód. System ten tworzą wody podziemne wgłębnych poziomów wodonośnych o dużym stopniu izolacji od powierzchni terenu. Wody podziemne w systemie regionalnym mają kontakt z główną strefą zasilania, która znajduje się w zasadniczej strefie wododziałowej, oraz główną strefą drenażową, którą stanowi dolina rzeczna większej rzeki regionu, najczęściej rzeki o charakterze tranzytowym. 

W bilansie wód podziemnych płytkich poziomów wodonośnych w części przychodów uwzględnia się najczęściej infiltrację efektywną, dopływ podziemny do obszaru bilansowego, infiltrację wód powierzchniowych oraz zasilanie (przesączanie) z warstwy dolnej, jeśli takie zachodzi. Straty wód podziemnych w systemie krążenia wiążą się z odpływem podziemnym z obszaru, drenażem cieków i jezior (dopływ wód podziemnych do dolinnych stref drenażowych) oraz zasilaniem (przesączaniem) do warstwy dolnej, jeśli ma ono miejsce.

Infiltracja efektywna stanowi część wód pochodzących z opadów atmosferycznych, która po pomniejszeniu objętości związanej ze spływem powierzchniowym, ewapotranspiracją oraz procesem wiązania siłami molekularnymi z ziarnami gruntu w strefie aeracji, przedostaje się do strefy saturacji i zasila wody podziemne. W roku o przeciętnej sumie opadu do poziomów wodonośnych może infiltrować około 18% opadu.

Zasilanie podziemne dolinnych stref drenażowych wiąże się z dopływem wód podziemnych do stref dolin, równoważącym drenaż ewapotranspiracyjny wód podziemnych w obrębie tarasu niskiego i zasilanie podziemne rzek. W warunkach bilansu krótkoterminowego zasilanie to bierze udział w zmianach stanu retencji wód podziemnych dolinnej strefy drenażowej. Odpływ wód podziemnych do rzek stanowi największy udział w części rozchodowej bilansu wód podziemnych. Na terenie WPN rzeki (np. Warta, Kanał Mosiński, Samica Stęszewska, Trzebawka) pełnią funkcje drenażu linowego, natomiast jeziora (Łódzko-Dymaczewskie, Witobelskie, Góreckie, Budzyńskie, Kociołek) i obszary podmokłe – stref drenażu powierzchniowego dla wód podziemnych. Drenaż punktowy wód podziemnych dotyczy źródeł (czyli wypływów wód podziemnych na powierzchnię terenu), które występują głównie na zachodniej krawędzi doliny Warty (pomiędzy Puszczykowem a Łęczycą), w Pożegowie (Wysoczyzna Pożegowska) oraz na północnym stoku Jeziora Góreckiego.

Drenaż ewapotranspiracyjny wód podziemnych na terenie Parku dotyczy transpiracji i parowania ze strefy płytko zalegającego zwierciadła wód gruntowych (dolinnego tarasu niskiego) na potrzeby wodne ekosystemów mokradłowych i łąkowych, bilansowanych napływem wód podziemnych spoza siedliska. Czynnikiem regulującym wielkość parowania podziemnego jest głębokość zwierciadła wód gruntowych. Na głębokości 0,25 m udział parowania podziemnego w stosunku do parowania ze swobodnej powierzchni wody wynosi 30%, natomiast na głębokości około 2 m jego udział ulega zmniejszeniu do około 3 %.

W warunkach naturalnego obiegu wód podziemnych, w okresach co najmniej dziesięcioletnich, bilans infiltracyjnego zasilania i dolinnego drenażu jest zrównoważony. W krótszych okresach czasu, w związku z sezonowym rytmem i okresową cyklicznością zmian klimatycznych, różnica bilansowa jest pokrywana spadkiem lub odbudową retencji wód podziemnych. Zasoby płytkich wód podziemnych tworzą tzw. retencję gruntową czynną, (potamiczną) stanowiącą warstwę wody zawartą w granicach amplitudy wahań ich zwierciadła, która w okresie niedoboru opadów atmosferycznych zużywana jest głównie na zasilanie podziemne odpływu rzecznego. Zapas retencji gruntowej odnawia się mniej więcej co 3 lata. Retencja bierna dotyczy wód podziemnych głębszych poziomów wodonośnych, znajdujących się poza zasięgiem drenażu rzecznego, które nie uczestniczą w formowaniu odpływu całkowitego.

Dla Parku głównym elementem bilansu wód podziemnych pierwszego poziomu wodonośnego jest infiltracja wód opadowych, stanowiąca zasadnicze źródło ich zasila­nia (około 80 % ogólnej ilości wód zasilających). Infiltra­cja efektywna wynosi 16,4% wartości średniej rocznej su­my opadów. Do­pływ podziemny spoza obszaru Parku stanowi 4,6% wód zasila­jących i odbywa się głównie z kierunku południowo-zachodniego w strefie rynny Witobelsko – Dymaczewskiej oraz północno-zachodniego na linii Szreniawa-Rosnówko. Jeszcze mniejszy udział w zasilaniu wód podziemnych ma infiltracja z wód powierzchniowych (3,2% wód zasilających poziom wodonośny). Zasilanie z cieków, wynikające ze związku hydraulicznego cieku z warstwą wodonośną, stwierdzono jedynie w odcinkach ujściowych Wirenki i Kanału Mosińskiego. Szczególny przykład związku hydraulicznego pomiędzy warstwą wodonośną i jeziorem ma miejsce w przypadku jezior: Rosnowskiego i Jarosławskiego, których misy po­łożone są na linii przepływu strumieni wód podziemnych. Jeziora te mają cha­rakter zarówno drenujący, jak i zasilający warstwę wodonośną, a ich reżim jest ściśle związany z reżimem wód podziemnych. Ponadto zasilanie płytszych poziomów wodonośnych następuje z głęb­szych warstw wodonośnych (12,7% z poziomu wielkopolskiej doli­ny kopalnej), co ma miejsce głównie w części zachodniej i południowej Parku (Stęszew – Łódź – Jezioro Góreckie – Dymaczewo Stare).

W bilansie wód podziemnych pierwszego poziomu wodonośnego elementem dominującym po stronie strat jest zasilanie podziemne głębszych warstw wodonośnych (52% ogólnych strat wody w warstwie). Udział drenażu wód podziemnych przez wody powierzchniowe w stratach bilansowych wynosi 32,5%. Głów­nymi bazami drenażu wód podziemnych są jeziora, na które przypada 68% w strukturze form drenażu. Odpływ podziemny poza obszar stanowi 15,1% strat i ma miejsce głównie w kierunku strefy krawędziowej doli­ny Warty i na północ, w kierunku Wirenki. Ustalenie się stanu równowagi bilansowej w płytkim systemie wodonośnym jest często utrudnione wskutek maskującego oddziaływania czynników antropogenicznych.

W bilansie wód podziemnych poziomu międzyglinowego środkowego (głównie wielkopolska dolina kopalna) dominującą składową po stronie przychodów jest dopływ po­dziemny spoza obszaru badań, stanowiący około 46 % ogólnej ilości wody zasilającej tę warstwę. Duży udział w zasilaniu poziomu (40 %) ma również przesączanie przez warstwę półprzepuszczalną z poziomu międzyglinowego górnego i gruntowego. Wody wgłębne zasilane są również bezpośrednio przez opady atmosferyczne, co ma miejsce przede wszystkim w rejonie doliny Warty. Wartość infiltracji efektywnej stanowi 13,5% ogólnej ilości wody zasilającej ten poziom oraz około 10 % średniej rocznej sumy opadów. Najmniejszy udział (0,6%) w zasilaniu wód wielkopolskiej doliny kopalnej ma infiltracja wód powierzchniowych. Zasilanie to zachodzi głównie z Warty oraz ujścio­wych odcinków Kanału Mosińskiego i Wirenki. W przypadku Warty i Kanału Mosińskiego ma to związek z rozwojem leja depresji, będącego efektem eksploatacji wód podziemnych w okolicach Mosiny.

Po stronie strat w bilansie wód poziomu wgłębnego najważniejszym elementem jest drenaż stanowiący około 63 % strat oraz odpływ podziem­ny poza granice obszaru (28 % strat). Odpływ wód podziemnych w obrębie najgłębiej zalegającej wielkopolskiej doliny kopalnej następuje w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim do przełomowej doliny Warty i Pradoliny Warszawsko-Berlińskiej, które wraz z rynną Tomicko-Witobelsko-Dymaczewską stanowią główne osie drenażu dla tego poziomu wód na terenie WPN. Do strat należy również wielkość zasilania warstw płytszych wodą pochodzącą z poziomu wód wgłębnych (około 10 %).

W bilansie wód podziemnych WPN, uwzględniającym łącznie wody płytkiego i wgłębnego poziomu wodonośnego najważniejszym elementem po stronie przychodów jest infiltracja efektywna, na którą przypada prawie 60% wód zasilających warstwy wodonośne, a po stronie ubyt­ków drenaż cieków i jezior stanowiący 70% całkowitych strat.

Główne strefy alimentacji wód podziem­nych obu warstw wodonośnych znajdują się poza granicami Parku (okolice Bu­ku). Możliwy jest kontakt wód powierzchniowych Parku z wodami podziemnymi poziomu wielkopolskiej doliny kopalnej, czego przykładem jest zasilanie tymi wodami jezior: Góreckiego, Witobelskiego i Łódzko-Dymaczewskiego.

Dynamika wód podziemnych przejawia się w wahaniach stanu zwierciadła wód, a więc różną głębokością ich występowania poniżej powierzchni terenu. Zmiany stanów wód podziemnych stanowią wypadkową ich zasilania przez infiltrację wód opadowych lub roztopowych (czyli pochodzących z roztopów pokrywy śnieżnej), drenażu przez rzeki, jeziora i źródła oraz ewapotranspiracji (proces parowania terenowego, obejmujący transpirację oraz ewaporację).

O prawidłowościach wieloletnich i sezonowych wahań zwierciadła wód podziemnych informuje reżim wód, który interpretowany jest również jako prawidłowości zmian ich zasobów w czasie. Do głównych charakterystyk reżimu wód podziemnych zalicza się: zmienność położenia zwierciadła wód, wyrażoną przez amplitudy lub odchylenia stanów wody od wartości przeciętnych oraz przebieg wahań, czyli czasowy rozkład zmian położenia zwierciadła wód podziemnych z określeniem terminów występowania stanów charakterystycznych (stan maksymalny i minimalny) i liczbą kulminacji zwierciadła w cyklu rocznym.

Zmiany położenia zwierciadła wód podziemnych w poziomie gruntowym – piezometr P-33G. Źródło: Monitoring hydro-meteorologiczny WPN – Woda w środowisku przyrodniczym (amu.edu.pl)

Zmiany położenia zwierciadła wód podziemnych w poziomie międzyglinowym – piezometr P-29M. Źródło: Monitoring hydro-meteorologiczny WPN – Woda w środowisku przyrodniczym (amu.edu.pl)

Wody podziemne Parku cechują się sezonowym rytmem zasilania. W cyklu rocznym zaznacza się zazwyczaj jeden okres wzniosu zwierciadła wód, którego kulminacja przypada na miesiące kwiecień – maj, stanowiąca efekt zasilania poziomów wodonośnych (zwłaszcza płytkich wód podziemnych ) głównie w wyniku infiltracji wód opadowych lub roztopowych, miejscami wodami powierzchniowymi oraz wodami niższych poziomów wodonośnych w strefach okien hydrogeologicznych. Po osiągnięciu wiosennej kulminacji zwierciadła, zasoby wód podziemnych ulegają powolnemu wyczerpywaniu, praktycznie do końca roku. W półroczu letnim obserwuje się najczęściej okres niskich stanów wód (często jest to niżówka letnio-jesienna) czyli obniżenia stanów wód podziemnych, często poniżej wartości przeciętnych, czemu sprzyja wysoka w tym okresie ewapotranspiracja i wzmożony odpływ podziemny do cieków. Amplitudy absolutne wahań zwierciadła wód podziemnych w cyklu rocznym osiągają wartości od 1 m w dolinach rzecznych, 1,2 m na stoku doliny rzecznej, przekraczając 2 m w zasięgu środkowej terasy dolinnej w rejonie Mosiny. Amplitudy średnich wartości miesięcznych stanów wód podziemnych mieszczą się w przedziale do 0,5 m.

Roczny cykl wahań zwierciadła wód podziemnych, zwłaszcza płytkich poziomów wodonośnych, obejmujący okresy o wyraźnie wyższym (sezon wiosenny) i niższym (sezon letnio-jesienny) położeniu zwierciadła, jest związany ze zmianami warunków meteorologicznych, w tym przede wszystkim zmianami rozkładu i sum opadów atmosferycznych oraz temperatury powietrza. Zasilanie wód podziemnych zachodzi na obszarze Parku głównie w sezonie zimowym, kosztem ograniczonej ewapotranspiracji, która z kolei w sezonie letnim znacznie redukuje proces zasilania. Porównanie wielkości parowania w obu półroczach wykazuje jego wzrost latem o około 75-80 % w stosunku do półrocza chłodnego. Z kolei ewapotranspirację stanowi w przewadze (ponad 55% w stosunku rocznym) transpiracja, która dominuje w strefach porośniętych roślinnością, natomiast mniejsze znaczenie przypisuje się parowaniu z odsłoniętej gleby i intercepcji.

Dodatkowo na dynamikę wód podziemnych wpływają czynniki hydrogeologiczne (budowa geologiczna), morfologia obszaru, przepuszczalność gruntów oraz pokrycie i użytkowanie terenu. Różne warunki i głębokość występowania wód podziemnych oraz mnogość czynników oddziałujących na cechy ich reżimu wpływają na zróżnicowanie reakcji wód podziemnych na czynniki zasilania i drenażu. Przekłada się to na zróżnicowaną dynamikę wahań zwierciadła wód podziemnych w różnych lokalizacjach przestrzennych w Parku.

Czynnikiem zakłócającym naturalny charakter wahań płytkich wód podziemnych jest presja antropogeniczna (np. nadmierna eksploatacja, melioracje, odwonienia). Zwiększony pobór wód podziemnych na cele gospodarcze może prowadzić do pogłębienia deficytu wodnego i wystąpienia zjawiska suszy, również hydrogeologicznej.

Na obszarze Parku poziom wód podziemnych stanowi wskaźnik dostępności zasobów wodnych dla potrzeb środowiskowych, a jego obniżenie w dłuższym czasie może wywołać szereg następstw, które mogą istotnie wpłynąć na lokalny bilans wodny oraz bioróżnorodność, np. zmiany w składzie flory, kurczenie się naturalnego zasięgu siedliska, zmiana jego struktury i funkcji.

Niedobór opadów i duże straty na parowanie, notowane w środkowej części Wielkopolski, w której znajduje się Park, wpływają na powstawanie dużych deficytów wodnych, co przyczynia się do zmniejszania zasobów poziomów wodonośnych. W prognozach zakłada się, że oddziaływanie czynników klimatycznych będzie bardziej widoczne w poziomach wodonośnych, w których wahania zwierciadła wód podziemnych są od nich szczególnie uzależnione. Podatne na zmiany klimatu będą przede wszystkim poziomy wodonośny płytko położone, bez izolacji od powierzchni terenu i znajdujące się w zasięgu drenującego oddziaływania sieci hydrograficznej. W głębszych poziomach wodonośnych wpływ zmian klimatu będzie słabszy i może pojawić się z większym opóźnieniem. Ponadto oddziaływanie zmian klimatu w obszarach położonych w sąsiedztwie wód powierzchniowych może być niwelowane ich dodatkowym zasilaniem lub drenażem.
Od wielu lat obserwowany jest proces zubożenia różnorodności biologicznej i krajobrazowej zwłaszcza obszarów mokradłowych w WPN. Przedłużające się okresy posuszne oraz prognozowane obniżanie się zwierciadła wód podziemnych na terenie Parku będą przyczyniały się do wyczerpywania zasobów wód podziemnych i pogłębiania się deficytów wodnych, co będzie skutkowało zagrożeniem dla przetrwania i utrzymania ekosystemów wodnych i zależnych od wody.

W celu minimalizacji zagrożeń związanych z obniżeniem zwierciadła wód podziemnych i szczerpywaniem się ich zasobów na terenie Parku, strategie zrównoważonego gospodarowania i ich ochrony powinny uwzględniać rozpoznanie zasobności i potencjału, granic naturalnej odporności poziomów wodonośnych oraz zdolności zasobów do odnawiania, jak również określenie charakteru i potrzeb użytkowników zasobów wodnych.

Objętość wód gromadzonych w poziomach wodonośnych jest nieporównywalnie mała w stosunku do roli, jaką wody podziemne płytszych i głębszych poziomów pełnią w cyklu hydrologicznym. Są zasilane przez opady atmosferyczne bądź wody powierzchniowe o charakterze infiltracyjnym.

Funkcja hydrologiczna

• na podkreślenie zasługuje znaczenie wód podziemnych w utrzymaniu stałości funkcjonowania rzek, jezior i terenów podmokłych w okresach braku lub ograniczonego zasilania (niżówki, susze hydrologiczne). W Polsce z zasilania podziemnego pochodzi 55% wód płynących rzekami. Zasilanie jezior wodami podziemnymi również odgrywa istotną rolę w kształtowaniu cech ich reżimu hydrologicznego.
• płytkie wody podziemne pełnią rolę pośredniego ogniwa w zasilaniu wód wgłębnych, które tworzą zazwyczaj zasobne poziomy użytkowe, a często również tzw. główne zbiorniki wód podziemnych wymagające szczególnej ochrony;
• płytkie poziomy wodonośne w stosunku do poziomów głębszych stanowią strefę izolującą przed napływem zanieczyszczeń z powierzchni terenu.

Funkcja środowiskowa

• wody podziemne stanowią istotny czynnik w systemach wegetacji roślin i upraw oraz użytkowania terenu, zachowując odpowiednie warunki uwilgotnienia obszarowego.
• płytkie wody podziemne, ze względu na stosunkowo niewielką głębokość ich zalegania, mają bezpośredni wpływ na funkcjonowanie ekosystemów wodnych i zależnych od wody poprzez kształtowanie lokalnych warunków hydrologicznych.
• poziom wód podziemnych wyznacza warunki dostępności zasobów wodnych dla potrzeb środowiskowych, m.in. dla zachowania różnorodności biologicznej i krajobrazowej oraz utrzymania funkcji ekosystemów, zwłaszcza obszarów mokradłowych.

Funkcja gospodarcza

• wody podziemne stanowią zasób wody słodkiej (30% zasobów słodkich hydrosfery) o dużym potencjale w zakresie retencji podziemnej czynnej i gospodarczego ich wykorzystania.

• gospodarka komunalna – jako źródło zaopatrzenia komunalnych urządzeń wodociągowych i systemów sanitarnych w wodę o najwyższej jakości,
• rolnictwo i ogrodnictwo – odpowiedni poziom wód gruntowych zapewnia optymalne warunki nawodnienia dla roślin uprawnych,
• przemysł i energetyka,
• lecznictwo (termy, mineralne).

1. Bajkiewicz – Grabowska E., Mikulski Z., 1993. Hydrologia ogólna. Wydawnictwo PWN, Warszawa.
2. Chełmicki W., 1991, Reżim płytkich wód podziemnych w Polsce, Rozp. Hab. nr 218, UJ, Kraków.
3. Graf R. 2012: Struktura i funkcjonowanie lokalnych systemów krążenia wód podziemnych na obszarze Wysoczyzny Poznańskiej. Studia i Prace z Geografii i Geologii 26, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
4. Graf R., 2017 – Wody strefy saturacji, rodzaje, zasoby i formy drenażu [W:] Hydrologia Polski, Jokiel P., Marszelewski W., Pociask-Karteczka J. (red.), PWN, Warszawa, 81-89.
5. Graf R., 2019. Reżim płytkich wód podziemnych. W: Wody Wielkopolski. Wody podziemne, Choiński A. (red), SERIA GEOGRAFIA NR 103, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań: 424-444.
6. Graf R., Jawgiel K., 2019. Uwarunkowania występowania i zasilania płytkich wód podziemnych. W: Wody Wielkopolski. Wody podziemne, Choiński A. (red), SERIA GEOGRAFIA NR 103, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań: 403-423.
7. Graf R., Kostecki M., Wrzesiński D. 1994; Wybrane elementy bilansu wodnego oraz hydrogeologiczne uwarunkowania migracji potencjalnych zanieczyszczeń na terenie Wielkopolskiego Parku Narodowego. [W:] Geoekosystem Wielkopolskiego Parku Na­rodowego jako obszaru chronionego podlegającego antropopresji. Pr. zbiór, pod red. L. Kozackiego, Poznań.
8. Graf R., Kostecki M., Wrzesiński D., 1996. Wykorzystanie numerycznych programów obliczeniowych w badaniach bilansu wodnego obszarów chronionych na przykładzie Wielkopolskiego Parku Narodowego. Mat. konf. „Strategia wykorzystania i ochrony zasobów przyrody”, Lublin. Annales UMCS, LI: 11.
9. Graf R., Przybyłek J., 2014. Estimation of shallow groundwater recharge using a GIS-based distributed water balance model. Quaestiones Geographicae 33(3), 27-37.
10. Graf R., Przybyłek J., 2018. Application of the WetSpass simulation model for determining conditions governing the recharge of shallow groundwater in the Poznań Upland, Poland. Geologos 24, 3, 189–205.
11. Herbich P., 2007. Związek wód podziemnych z powierzchniowymi w układzie zlewniowym rzek. W: Hydrogeologia regionalna Polski. T. I. Wody słodkie. PIG, Warszawa.
12. Herbich P., Prażak J., Przytuła E., 2009. Dynamika stanu retencji płytkich wód podziemnych w jednostkach bilansowych. „Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego” nr 436.
13. Jokiel P., 1994. Zasoby, odnawialność i odpływ wód podziemnych strefy aktywnej wymiany w Polsce. Acta Geographica Lodziensia. Łódź, 66-67.
14. Kleczkowski A.S., 1979: Hydrogeologia ziem wokół Polski. Wyd. Geologiczne, Warszawa.
15. Macioszczyk A. (red.), 2006. Podstawy hydrogeologii stosownej. PWN, Warszawa.
16. Paczyński B., Sadurski A. (red.), 2007. Hydrogeologia regionalna Polski. Wody słodkie (1). PIG, Warszawa, 1–54.
17. Pazdro Z., 1983. Hydrogeologia ogólna. Wyd. Geol., Warszawa.
18. Pleczyński J., 1981: Odnawialność zasobów wód podziemnych. Centr. Urząd Geologii, Wyd. Geol., Warszawa.
19. Słownik hydrogeologiczny. Praca zbiorowa pod red. J. Dowgiałło, A. Kleczkowski, A. Macioszczyk, A. Rożkowski. PIG, Warszawa, 2002.
20. Szymanko J., 1980. Koncepcje systemu wodonośnego i metod jego modelowania. Wyd. Geol., Warszawa.
21. Żurawski M., 1966. Próba wydzielenia typów infiltracyjnych Niziny Wielkopolskiej. Prace Komisji Geograficzno-Geologicznej PTPN, 6 (1).
22. Żurawski M., 1968. Próba wydzielenia stref pierwszego poziomu wód podziemnych na Nizinie Wielkopolskiej. PTPN, Prace Komisji Geograficzno-Geologicznej, 6 (2).
23. https://www.krakow.wios.gov.pl/Press/publikacje/raporty/raport10/3_wody_podziemne.pdf

<> Odpowiedz na pytania dotyczące zasobów wód podziemnych w WPN:

1. Zasoby wód podziemnych: czy wody podziemne są zasobem odnawialnym? Należy uwzględnić takie pojęcia jak: strefa aktywnej i zredukowanej wymiany wód, zasilanie wód podziemnych, ewapotranspiracja, wahania zwierciadła wód podziemnych.

2. Wody gruntowe i powierzchniowe: czy wody podziemne i powierzchniowe w Parku są ze sobą powiązane? Należy uwzględnić takie pojęcia jak: poziom wód gruntowych, drenaż wód podziemnych, strefa potamiczna zlewni, strefa aktywnej wymiany wód, infiltracja. 

3. Reżim wód podziemnych: czy położenie zwierciadła wód podziemnych w Parku zmienia się w poszczególnych sezonach roku? Należy uwzględnić takie pojęcia jak: dynamika wód podziemnych, wahania zwierciadła wód podziemnych, zasilanie wód podziemnych, drenaż wód podziemnych, ewapotranspiracja.

4. Bilans wód podziemnych: jakie składowe bilansu wodnego równoważą drenaż ewapotranspiracyjny wód podziemnych w Parku ? Należy uwzględnić takie pojęcia jak: bilans wodny, systemy krążenia wód podziemnych, dynamika wód podziemnych, infiltracja, drenaż wód podziemnych, ewapotranspiracja.

<> Co wiemy o wodach podziemnych? Spróbuj rozwiązać quiz, który pozwoli odpowiedzieć na to pytanie.

KLIKNIJ TUTAJ, ABY ROZWIĄZAĆ QUIZ

<> W jakich strefach występują wody podziemne w WPN ? Spróbuj rozwiązać quiz, który pozwoli odpowiedzieć na to pytanie.

KLIKNIJ TUTAJ, ABY ROZWIĄZAĆ QUIZ

<> Czy to prawda, że … Na koniec zweryfikuj Swoją wiedzę na temat zasobów wód podziemnych i warunków ich formowania.

KLIKNIJ TUTAJ, ABY ROZWIĄZAĆ QUIZ