Kolmatacja osadów w strefie aeracji pod wpływem infiltracji wód powierzchniowych (na przykładzie ujęcia wody "Dębina" w Poznaniu)

Abstract

Prace badawcze wykonane w obrębie infiltracyjnego ujęcia wody „Dębina” w Poznaniu miały na celu rozpoznanie zmian w aluwiach rzeki Warty (w strefie aeracji — do głęb. 1,5 m) zaistniałych pod wpływem wymuszonej infiltracji wód powierzchniowych. Zidentyfikowano efekty kolmatacji chemicznej, biochemicznej i mechanicznej oraz wskazano na uwarunkowania sprzyjające jej rozwojowi. Podatność osadów na przeobrażenia wywołujące kolmatację wynika głównie z anizotropii przepuszczalności, związanej z dużym zróżnicowaniem facjalnym osadów (zarówno pionowym jak i lateralnym), licznych przewarstwień mułków, spowalniających lub ograniczających infiltrację, a jednocześnie ulegających rozmywaniu i przemieszczaniu w zawiesinie, obecności w aluwiach szczątków organicznych. W profilach pionowych osadów podłoża den stawów infiltracyjnych zaznacza się strefowość rozwoju przeobrażeń. Najpłycej, w stropowych odcinkach profili (0–20 cm), zmiany polegają na dobudowaniu do osadów drobnych cząstek mineralnych i organicznych występujących w wodach powierzchniowych i opadających z zawiesiny (kolmatacja mechaniczna, biologiczna) oraz szeregu procesów towarzyszących powstawaniu błony mechaniczno–biologicznej na granicy woda – osad (kolmatacja chemiczna i biochemiczna). Ten horyzont odpowiedzialny jest za największy spadek przepuszczalności osadów. Głębiej, w strefie aeracji, przeobrażenia polegają przede wszystkim na wzbogaceniu osadów w trudno rozpuszczalne wodorotlenki i tlenki żelaza formujące cementy pomiędzy ziarnami, konkrecje żelaziste, scementowane ciągłe horyzonty, w powstawaniu których niebagatelną rolę odgrywa działalność mikroorganizmów (kolmatacja chemiczna i biochemiczna). W strefie zwierciadła wód podziemnych zmiany wynikają z przemieszczania drobnego materiału ilastego pochodzącego z rozmywania przewarstwień mułkowych podczas stanów wysokiego położenia zwierciadła i ponownego osadzania podczas stanów niskiego położenia zwierciadła wody (kolmatacja mechaniczna). CLOGGING OF DEPOSITS IN THE VADOSE ZONE UNDER INFILTRATION CONDITIONS (DĘBINA WATER INTAKE, POZNAŃ) Summary The research carried out in the „Dębina” water intake in Poznań focused up on recognition of the changes, that occurring in the Warta River deposits (in the vadose zone—to a depth of 1.5 m) under long-lasting infiltration. Effects of chemical, biochemical and mechanical colmatage as well as conditions favourable to their development were recognized and described. Sediments are susceptible to colmatage processes especially if they show: (a) anisotropy of permeability, which is connected with the specific meandering river facies association, (b) numerous interbeds of muddy deposits, which reduce infiltration and additionally may be outwashed and redistributed in suspension, (c) presence of organic matter. Types of sediment transformation under infiltration condition show a certain zonation in vertical profiles. In the shallowest zone (0–20 cm) changes are connected to building-up a biological-mechanical mat at the water deposit boundary. In this zone, a bottom layer is formed, composed of small organic and mineral particles settling from suspension. This horizon is responsible for the highest decrease of permeability (mechanical, chemical and biochemical colmatage). Deeper, in the vadose zone, deposits are enriched with iron compounds. Poorly-soluble iron oxides and hydrooxides form cements between grains, concretions and continous horizons. These processes can be intensipied by iron-containing bacteria (mainly chemical and biochemical colmatage). In the water table zone, changes result from redistribution of muddy deposits: outwashing during the high stage of water table and repeated deposition in others places during the low stage (mechanical colmatage).