Badania modelowe uwarunkowań fluidyzacji strefy hyporeicznej

Marek Marciniak, Magdalena Matusiak, Anna Szczucińska, Mariusz Kaczmarek

Abstract


Strefa hyporeiczna jest obszarem współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych. Warunki w jakich funkcjonuje ta strefa mają ważne znacznie dla organizmów roślinnych i zwierzęcych tam bytujących, ale także dla wymiany wód, ich składu chemicznego oraz reakcji zlewni na opady. W warunkach drenażu wód podziemnych przez wody powierzchniowe może dochodzić do fluidyzacji, czyli upłynnienia osadów dennych budujących strefę hyporeiczną. Zjawisko fluidyzacji zachodzi po przekroczeniu przez gradient hydrauliczny wartości jeden. Korzystając z tego warunku przeprowadzono badania symulacyjne funkcjonowania doliny rzecznej w zależności od wielu parametrów morfologicznych, hydrologicznych czy też hydrogeologicznych. Uwzględniono różnicę poziomu wody między warstwą wodonośną a rzeką, szerokość rzeki, współczynnik filtracji i anizotropię warstwy wodonośnej oraz przepuszczalność pionową strefy hyporeicznej. Realnie występujący zakres zmienności poszczególnych parametrów podzielono na podzakresy wartości niskich, średnich i wysokich. Metodą symulacji komputerowych, za pomocą oprogramowania Visual MODFLOW, poszukiwano takich warunków funkcjonowania doliny rzecznej, dla których może wystąpić zjawisko fluidyzacji. Stwierdzono, że fluidyzacja strefy hyporeicznej zależy proporcjonalnie od różnicy między zwierciadłem wód powierzchniowych i podziemnych. Wykazano, że większej skłonności do fluidyzacji można oczekiwać, gdy warstwa wodonośna ma wysoką przepuszczalność hydrauliczną, strefa hyporeiczna cechuje się niską przepuszczalnością pionową, a szerokość cieku jest niewielka.

Keywords


strefa hyporeiczna; fluidyzacja; wody powierzchniowe i podziemne; modelowanie

Full Text:

PDF (Polish)

References


BOAN O F., HAR VEY J.W., MARI ON A., PACK MAN A .I., REVELLI R., RID OLFI L., WÖRMAN A., 2014 – Hyporheic flow and transport processes: Mechanisms, models, and biogeochemical

implications. Rev. Geophys., 52: 603–679.

BUSATO L., BOAGA J., PERRI M.T., MAJONE B., BELLINI A., CASSIANI G., 2019 – Hydrogeophysical characterization and monitoring of the hyporheic and riparian zones: The Vermigliana Creek case study. Sci. Total Environ., 648: 1105–1120.

CARDENAS M.B., ZLOTNIK V.A., 2003 – Three-dimensional model of modern channel bend deposits. Water Resour. Res., 39: 1141, doi:10.1029/2002WR001383.

CONANT B. Jr., 2004 – Delineating and quantifying ground water discharge zones using streambed temperatures. Ground Water, 42: 243–257.

HANCOCK P.J., 2002 – Human impacts on the Stream groundwater exchange zone. Environ. Manag., 29: 763–781.

HOLMES R.M., 2000 – The importance of ground water to stream ecosystem function. W: Streams and ground waters (red. J.B. Jones, P.J. Mulholland): 137–148. Academic Press, London.

LEWANDOWSKI J., LISCHEID G., NÜTZMANN G., 2009 – Drivers of water level fl uctuations and hydrological exchange between groundwater and surface water at the lowland River Spree (Germany): Field study and statistical analyses. Hydrol. Proc., 23: 1–12.

MARCINIAK M., SZCZUCIŃSKA A., KACZMAREK M., 2017– Zmienność współczynnika filtracji w strefie hyporeicznej w świetle badań laboratoryjnych. Prz. Geol., 65, 11/1: 1115–1120.

MARCINIAK M., KACZMAREK M., SZCZUCIŃSKA A., 2018 – Model matematyczny fluidyzacji strefy hyporeicznej. Biul. Państw. Inst. Geol., 471: 89–96.

PACKMAN A., SELEHIN M., 2003 – Relative roles of stream flow and sedimentary conditions in controlling hyporheic exchange. Hydrobiologia, 494: 291–297.

SCHMADEL N.M., WARD A.S., WONDZELL S.M., 2017 – Hydrologic controls on hporheic exchange in a headwater mountain stream. Water Resour. Res., 53: 6260–6278.

TONINA D., BUFFINGTON J.M., 2007 – Hyporheic exchange in gravel bed rivers with pool-riffle morphology: Laboratory experiments and three-dimensional modeling. Water Resour. Res., 43: W01421, doi:10.1029/2005WR004328.

WINTER T.C., 1999 – Relation of streams, lakes, and wetlands to groundwater flow systems. J. Hydrol., 7: 28–45.

WONDZELL S.M., GOOSEFF M.N., MCGLYNN B.L., 2010 – An analysis of alternative conceptual models relating hyporheic exchange fl ow to diel fl uctuations in discharge during baseflow recession. Hydrol. Proc., 24: 686–694.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.