5. Jakość wód podziemnych w województwie
kieleckim w latach 1991 -1992
Ocenę jakości wód podziemnych w województwie kieleckim na podstawie wyników badań monitoringowych wykonano dla całego badanego okresu łącznie. Duża zmienność chemizmu wody i jej jakości w niektórych punktach powoduje, że trudno jest wyróżnić trendy regionalnych zmian jakie zaszły w pięcioletnim okresie obserwacji. Można natomiast ocenić stopień w jakim własności fizyczne i chemiczne wody odbiegały w tym czasie od własności wód uznanych powszechnie za naturalne, pozbawionych zanieczyszczeń antropogenicznych i geogenicznych. Stwierdzony stan jakości wód podziemnych będzie punktem odniesienia dla późniejszych ocen dokonywanych w oparciu o kontynuowane badania monitoringowe.
Jakość wód podziemnych oceniono biorąc pod uwagę ich chemizm, klasę jakości (klasyfikacja PIOŚ 1995) oraz pod kątem spełnienia wymogów dla wód do picia i na potrzeby gospodarcze określonych w Rozporządzeniu Nr 205 Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 4 maja 1990 r (Dziennik Ustaw Nr 35/1990).
Chemizm badanych próbek wody oceniono w oparciu o klasyfikację Altowskiego-Szwieca. Według niej typ chemiczny wody określają te makroskładniki tj. jony, które występują w ilości co najmniej 20%±3 
r. kationów = r. anionów. Wykonane analizy są jednak obciążone błędem. Za wiarygodne dla oceny chemizmu wody przyjęto więc tylko te , w których błąd nie przekracza 5% (zał. 2). Przyjęcie go w tej wysokości jest zgodne z PN 89/C-04638/02. Suma jonów w badanych próbkach wody nie przekraczała 15 mval/dm3, a norma określa dopuszczalny błąd analizy 2-3% przy sumie jonów 5-15 mval/dm3, 5-10% przy sumie jonów 3-5 mval/dm3, natomiast dla sumy jonów poniżej 3 mval/dm3 błąd nie jest już ustalony.
Jakość wody określono zgodnie z klasyfikacją przyjętą przez PIOŚ dla oceny wyników badań monitoringowych (PIOŚ 1993; PIOŚ 1995 - zał. 3). Wykonane analizy nie obejmują jednak wszystkich własności fizycznych i chemicznych wody przyjętej w klasyfikacji. Dlatego też należy mieć świadomość, że klasy jakości wody zostały wyznaczone tylko w badanym zakresie. Dodatkowy problem stanowi fakt, że próg oznaczalności niektórych mikroskładników zmieniał się w okresie objętym badaniami, co wynikało ze stosowanej aparatury w laboratorium. Jeśli był on większy niż granica właściwa dla danej klasy uznano, że zawartość danego mikroskładnika nie wpływa na ogólną klasę wody. Jest to duże uproszczenie, bowiem nie ma żadnej gwarancji, że jego zawartość nie jest tuż poniżej progu oznaczalności i w istotnym stopniu może decydować o klasie wody. Uznano jednak, że ze względów technicznych jednoznaczne wykluczanie go z klasyfikacji na etapie obecnego raportu jest bardziej właściwe, aniżeli przyjmowanie jego zawartości w ilości równej progowi lub 0,5 progu oznaczalności.
Niezależnie od klasyfikacji PIOŚ jakość wody oceniono także w stosunku do wymogów dla wody do picia i na potrzeby gospodarcze określonych w Rozporządzeniu Nr 205 Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 4 maja 1990 r. (Dziennik Ustaw Nr 35/1990 - zał. 4). Nie wzięto tylko pod uwagę zalecanej zawartości w wodzie fluoru pomimo, że na znacznych obszarach występuje jego niedobór. W praktyce jednak wody z tego powodu nie uzdatnia się.
Badania monitoringowe pozwoliły na pierwszą pełną ocenę chemizmu wód podziemnych w województwie w skali regionalnej. Wykazały, że na znacznych obszarach ich typ chemiczny odbiega okresowo lub stale od typów naturalnych, charakterystycznych dla zwykłych wód podziemnych w naszym klimacie tj. wód wodorowęglanowo-wapniowych (HCO3-Ca) i wodorowęglanowo-wapniowo-magnezowych. Odmienne typy wody wynikają najprawdopodobniej z jej zanieczyszczenia antropogenicznego lub też są pochodzenia geogenicznego.
Na podstawie występowania wśród makroskładników wody jonów Ca++ i Mg ++ wydzielono obszary, na których naturalne wody zwykłe są lub powinny być typu HCO3-Ca i HCO3-Ca-Mg. Przeprowadzona analiza wykazała, że dla przeważającego obszaru województwa naturalny typ wody stanowią wody wodorowęglanowo-wapniowe (HCO3-Ca). Wody wodorowęglanowo-wapniowo-magnezowe (HCO3-Ca-Mg) na zwartym obszarze występują tylko w zbiornikach wodonośnych północnej części województwa, głównie w zlewniach rzek Czarnej i Kamiennej (rys. 3). Stwierdzono je tam w zbiornikach górnojurajskich (J3), środkowo- i dolnojurajskich (J1,2), górnopermskich (P2) i dolnotriasowych (T1) północnego obrzeżenia permsko-mezozoicznego Gór Świętokrzyskich oraz w zbiorniku środkowo- i górnodewońskim (D2,3) w synklinie Bodzentyńskiej ich trzonu paleozoicznego. Ten typ wody występuje także lokalnie w innych zbiornikach wodonośnych w centralnej i południowej części województwa. Charakterystyczne jest przy tym, że jego występowanie nie jest ściśle ograniczone granicami strukturalnymi zbiorników wodonośnych.
W wielu punktach monitoringowych stwierdzono też inne typy wód, różniące się od uznanych powyżej za naturalne (rys. 3, zał. 2). Wśród makroskładników występują w nich dodatkowo jony SO4– –, Cl–, NO3–, Na+ i K+. Jednoznaczne określenie ich pochodzenia jest trudne. Wyjątek stanowi tylko jon NO3–, który jest niewątpliwie pochodzenia antropogenicznego. W stosunku do pozostałych można przypuszczać, że ich pochodzenie w większości jest również antropogeniczne, jednak w niektórych przypadkach nie można wykluczyć możliwości ich pochodzenia geogenicznego. Wody o zmiennym chemiźmie można podzielić na dwie grupy. Pierwszą z nich stanowią typy wód w niewielkim stopniu odbiegające od typów naturalnych. Należą do nich te typy wody, w których występuje dodatkowo tylko jon SO4– – lub Cl–, lecz w ilości mniejszej od jonu HCO3–. Są to typy HCO3-SO4-Ca, HCO3-SO4-Ca-Mg, HCO3-Cl-Ca oraz HCO3-Cl-Ca-Mg. Wszystkie inne zaliczono natomiast do grupy typów w znacznym stopniu odbiegających od naturalnego składu chemicznego wód podziemnych. W zestawieniu tabelarycznym chemizmu wód podziemnych (zał. 2) podano stwierdzone typy wód podziemnych w punktach monitoringowych i każdy z nich zakwalifikowano do jednej z wyżej wymienionych grup. Na oryginalnej mapie w skali 1 : 200 000 przekazanej do WIOŚ i Wydziału Ochrony Środowiska Urzędu Wojewódzkiego w Kielcach, chemizm wód podziemnych w punktach monitoringowych przedstawiono sygnaturami na tle obszarów dla których ustalono ich naturalny chemizm. Każda sygnatura przedstawia najczęściej występującą grupę typów chemicznych wody oraz stwierdzone grupy typów najmniej i najbardziej odbiegających od grupy typów naturalnych. W niniejszej publikacji (ze względu na mniejszą skalę) pokazano tylko grupę typów występujących najczęściej w danym punkcie (rys.3).
Najbardziej zmieniony chemizm posiadają wody gruntowe w studniach kopanych. Z 14 studni tylko jedna (nr 116) w całym badanym okresie posiadała wodę o naturalnym chemiźmie (HCO3-Ca-Mg). Z pozostałych tylko w 5 występowała ona okresowo, a w 8 jej chemizm był stale zmieniony w większym lub mniejszym stopniu. Zmiany chemizmu zostały spowodowane obecnością jonów SO4– –, Cl–, K+, Na+, NO3–. Szczególnym przypadkiem jest chemizm wody w studni nr 114, gdzie poza jesienią 1995 r. wśród makroskładników nie było jonu HCO3– (typy: NO3-SO4-Ca-Na, SO4-Ca-Na, SO4-Ca). Nieco mniejsze zmiany wykazywał chemizm wód w osadach czwartorzędowych. Z 8 badanych punktów tylko w dwóch (106 i 107) występował stale typ HCO3-Ca-Mg. W pozostałych chemizm był już zmieniony z tym, że najczęściej w niewielkim stopniu (typ HCO3-SO4-Ca). Tam gdzie wystąpiły większe zmiany, były one spowodowane większą zawartością jonu SO4– – aniżeli jonu HCO3– lub dodatkową obecnością jonu Cl–.
Rys. 3. Chemizm wód podziemnych w województwie kieleckim
Rysunek w formacie .GIF rozdzielczość pozwalająca na dokładne odczytanie mapy
Chemizm wód podziemnych w przedczwartorzędowych zbiornikach wodonośnych najczęściej był jeszcze naturalny. Często jednak wykazywał dużą zmienność w kierunku typów odbiegających w mniejszym lub większym stopniu od typów naturalnych. Tylko w 6 punktach w niewielkim stopniu (13, 37, 38, 82, 90, 93) i w 5 punktach o typach zmienionych w znacznym stopniu (19, 20, 24, 27, 105). W pozostałych, stale lub okresowo występowały jeszcze typy charakterystyczne dla wód naturalnych.
Na rys. 3 widać wyraźnie, że w zbiornikach przedczwartorzędowych typy wód odbiegające od składu chemicznego wód naturalnych występowały najczęściej w punktach monitoringowych zlokalizowanych w północno-zachodniej części województwa, w części centralnej (rejon Kielc) i w dolinie rzeki Nidy. Były to wystąpienia najczęściej lokalne i można je kojarzyć z ogniskami zanieczyszczeń w zlewniach punktów monitoringowych. Przyczyny geogeniczne można podejrzewać jedynie w stosunku do wystąpienia jonu SO4– – w wodzie z punktów w rejonie Zagnańska k/Kielc (37, 38) oraz w dolinie Nidy (82, 90 i 105).
W profilu pionowym warstw wodonośnych chemizm wód podziemnych obrazują wyniki badań prowadzonych w punktach monitoringowych na Stacjach Hydrogeologicznych (rys. 4). W stacji KAPLICA k/Ostrowca Świętokrzyskiego w zbiorniku środkowo jurajskim wyżej występuje woda typu HCO3-Ca-Mg, a niżej typu HCO3-Ca. W stacji NAŁĘCZÓW k/Kielc chemizm wody w zbiorniku czwartorzędowym -Q był już zmieniony w niewielkim stopniu (stałe występowanie typu HCO3-SO4-Ca). W zbiornikach dolnotriasowym - T1, górnopermskim - P2 i górnodewońskim - D2 był naturalny (typ HCO3-Ca) z tym, że w zbiornikach najniżej leżących pojawił się okresowo typ HCO3-SO4-Ca. W stacji BIAŁOWIEŻA k/Sędziszowa typ wody HCO3-SO4-Ca występuje stale w zbiorniku czwartorzędowym - Q i okresowo w niżej leżącym górnokredowym Cr2. Ogólnie jednak w zbiornikach przedczwartorzędowych (Cr2, Cr1 i J3) chemizm wód jest naturalny - typy HCO3-Ca-Mg i HCO3-Ca. Charakterystyczne jest, że typ HCO3-Ca-Mg występuje wyżej i wraz z głębokością zmienia się coraz częściej na HCO3-Ca.
W celu przestrzennego zobrazowania ingerencji jonów NO3–, Cl–, SO4– – i Na+ w skład chemiczny naturalnych wód podziemnych wykonano analizę ich występowania w poszczególnych punktach monitoringu (rys. 5, 6, 7 i 8). Okazuje się, że najbardziej powszechna jest ingerencja jonów SO4– – i Cl–. Znacznie mniejsza jest ona natomiast w przypadku jonów NO3– i Na+. Sygnałem poważnego zagrożenia ze strony antropopresji jest jednak fakt, że jon NO3– w ilości 20% ± 3 r.A wystąpił w 6 studniach kopanych ( w jednej stale) i w 5 studniach głębinowych (w dwóch stale).
Rys. 4. Chemizm wód podziemnych w otworach Stacji Hydrogeologicznych PIG
Rys. 5. Występowanie jonu NO3- wśród makroskładników wody podziemnej w punktach monitoringu.
Rys. 6. Występowanie jonu Cl- wśród makroskładników wody podziemnej w punktach monitoringu.
Rys. 7. Występowanie jonu SO4- - wśród makroskładników wody podziemnej w punktach monitoringu.
Rys. 8. Występowanie jonu Na+ wśród makroskładników wody podziemnej w punktach monitoringu.
W zależności od własności fizycznych i fizyczno-chemicznych, zgodnie z klasyfikacją opracowaną dla potrzeb monitoringu wyróżnia się cztery klasy jakości wód podziemnych (PIOŚ 1995):
- Ia - najwyższej jakości,
- Ib - wysokiej jakości,
- II - średniej jakości,
- III - niskiej jakości.
Wody nie spełniające nawet wymogów określonych dla klasy III są traktowane jako pozaklasowe. Ogólnie można przyjąć, że wody klas Ia i Ib nadają się do konsumpcji bez uzdatniania, wody klasy II wymagają tylko uzdatniania prostego, natomiast uzdatnianie wód klasy III jest już skomplikowane.
Wykonane badania monitoringowe wykazały, że w latach 1991-1995 zdecydowanie najgorszą jakość posiadały wody gruntowe. Na 14 studni kopanych w 1 studni (112) stale występowały wody pozaklasowe, a w 6 okresowo (przynajmniej jedno badanie wykazało lepszą jakość wody). Stałe występowanie wód pozaklasowych lub klasy III stwierdzono aż w 6 studniach. W żadnej ze studni nie zarejestrowano natomiast stałego występowania klas Ia, Ib i II, choć wody tych klas występowały okresowo w 8 studniach (rys. 9, zał. 3). Nieco lepszą jakość posiadały wody w zbiornikach czwartorzędowych. Badano je w 8 punktach (rys. 8). W dwóch z nich (101, 107) wody pozaklasowe stwierdzono jednym badaniem - jesienią 1993 r. z tym, że w punkcie 101 wszystkie pozostałe badania wykazywały tylko klasę III.W pozostałych woda była wyższej jakości, gdyż przynajmniej okresowo posiadała klasę II, a w punkcie 60 (dolina rz. Bobrzy w Nałęczowie k/Kielc) była nawet przez cały badany okres klasy Ib.
Wody podziemne w zbiornikach przedczwartorzędowych posiadały zmienną jakość, lecz poza zbiornikiem dolnojurajskim w północno-zachodniej części województwa i nieużytkowym zbiornikiem górnotriasowym były one głównie klasy Ib i II. Klasa Ia występowała tylko sporadycznie. W znacznej części punktów monitoringowych jakość wód była jednak okresowo klasy już III, a w niektórych i pozaklasowa. Duże zgrupowania punktów o stałym występowaniu wód klasy Ia, Ib i II stwierdzono w zbiorniku górnojurajskim w rejonie Ostrowca Świętokrzyskiego (GZWP 420), w zbiornikach dolnotriasowych (GZWP 415 rzeka górna Kamienna i GZWP 414 Zagnańsk) w rejonie Skarżyska, Suchedniowa i Zagnańska k/Kielc oraz środkowodewońskim (GZWP 417 Kielce). Podobnie stałą klasę Ib posiadała woda w trzeciorzędowym zbiorniku wodonośnym na północny-wschód od Chmielnika (rys. 9). Jak już wspomniano najgorszą jakość wody stwierdzono w zbiorniku górnojurajskim k/Końskich, w tym w GZWP 411 Końskie. W punktach 15, 19, 21, 23 stale występowały wody klasy III lub pozaklasowe, a w pozostałych (punkty 16, 17, 18, 22) spotykano je okresowo. Duże zgrupowania punktów o okresowym występowaniu wód klasy III lub pozaklasowych występują także w zbiorniku dolnotriasowym, na południe od Starachowic i w zbiorniku górnokredowym (GZWP 409 Niecka Nidziańska SW) w południowo-zachodniej części województwa.
Podobnie jak i w przypadku chemizmu wody, w oparciu o wyniki badań wykonanych w otworach Stacji Hydrogeologicznych można ocenić zmienność jakości wody w profilu pionowym występujących tam warstw wodonośnych (rys. 10). Na Stacji Hydrogeologicznej Kaplica k/Ostrowca Świętokrzyskiego jakość wody w otworach ujmujących zbiornik środkowojurajski (J2) pod wyżej leżącym górnojurajskim (J3) była klasy Ib, a tylko okresowo klasy III. Nie była tam jednak badana jakość wody w zbiorniku górnojurajskim, ze względu na trudności z opróbowaniem otworu (stacja zniszczona przez złodziei). W Stacji Hydrogeologicznej NAŁĘCZÓW k/Kielc jakość wody w zbiornikach wyżej leżących była zdecydowanie lepsza aniżeli w niższych. W zbiorniku czwartorzędowym - Q (piaski rzeczne w dolinie rz. Bobrzy) przeważała woda klasy Ib, a tylko jednym badaniem stwierdzono klasę II. Klasa Ib występowała także stale w niżej leżącym zbiorniku dolnotriasowym - T1. W zbiorniku górnopermskim - P2 przeważała już klasa II, a okresowo pojawiała się także Ib i III. Najgorszą jakość wody stwierdzono natomiast w najniżej leżącym zbiorniku środkowodewońskim - D2. Przeważała klasa III, a wody klasy Ib i II pojawiały się tylko okresowo. Ponieważ o pogorszeniu klasy wody w otworach stacji decydowały związki azotu, to jej zanieczyszczenie posiada wyraźny charakter antropogeniczny. Ogniska zanieczyszczeń stanowią tam nielegalne wysypiska śmieci w znajdujących się w pobliżu nieczynnych kamieniołomach wapieni dewońskich i lejach krasowych. Inaczej natomiast wygląda sytuacja w przypadku Stacji Hydrogeologicznej BIAŁOWIEŻA k/Sędziszowa. Wraz z głębokością jakość wody stawała się coraz lepsza. W zbiorniku czwartorzędowym - Q przeważała klasa III, a klasa II wystąpiła dopiero od jesieni 1994 r. W zbiorniku górnokredowym - Cr2 przeważała klasa II, a klasy Ib i III występowały okresowo. W zbiorniku dolnokredowym Cr1 jakość wody była podobna z tym, że nie stwierdzono w nim klasy III. W zbiorniku górnojurajskim klasa Ib występowała najczęściej, chociaż w 1991 r. i pierwszej połowie 1992 r. stwierdzono w niej podwyższoną zawartość Fe (klasa III).
Rys. 9. Klasy jakości wód podziemnych w punktach monitoringu
krajowego i regionalnego w woj. kieleckim.
Rys. 10. Jakość wód podziemnych w otworach Stacji Hydrogeologicznych PIG (PIOŚ 1995).
W zestawieniu tabelarycznym jakości wód podziemnych (zał. 3) oprócz klas jakości wody podano te własności fizyczne i chemiczne wody, które występowały powyżej klasy II. Najczęściej były to związki azotu (NH4, NO2, NO3), metale ciężkie (Pb, Cu, Zn, Ni, Cr, Al, Cd), żelazo (Fe) i mangan (Mn), stront (Sr), zbyt niska (poniżej 50 mg/dm3) lub zbyt wysoka (powyżej 400 mg/dm3) zawartość wodorowęglanów (HCO3-), przewodnictwo elektryczne (PE), odczyn (pH), węgiel organiczny (DOC), potas (K+) i fosforany (HPO4– –). Ich stałe i okresowe występowanie w poszczególnych punktach monitoringu pokazane jest na rys.: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. Podwyższone zawartości Fe, Mn, Sr wynikały niewątpliwie z przyczyn geogenicznych, natomiast związków azotu, fosforanów i potasu z zanieczyszczeń antropogenicznych. Podwyższone wartości pozostałych własności fizycznych i chemicznych wody są w znacznej większości przypadków także najprawdopodobniej pochodzenie antropogenicznego. Tylko w niektórych przypadkach można przypuszczać ich geogeniczne pochodzenie. Zajęcie wiarygodnego stanowiska w tej sprawie wymaga jednak dalszych badań.
Rys. 11. Zawartość związków azotu powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 12. Zawartość metali ciężkich powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 13. Zawartość żelaza (Fe) lub mandanu (Mn) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 14. Zawartość strontu (Sr) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 15. Zawartość wodorowęglanów (HCO3-) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 16. Przewodnictwo elektryczne (PE) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 17. Odczyn powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 18. Zawartość węgla organicznego (DOC) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 19. Zawartość potasu (K) powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Rys. 20. Zawartość fosforanów powyżej klasy II (PIOŚ 1995).
Przydatność wód podziemnych do picia i na potrzeby gospodarcze oceniono zgodnie z Rozporządzeniem Nr 205 Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 4 maja 1990 r. W ocenie nie jest wzięta pod uwagę tylko zalecana zawartość fluorków. W tabeli zbiorczej (zał. 4) dla poszczególnych analiz podano te własności fizyczne i chemiczne wody, które przekraczały wartości określone w rozporządzeniu. Na rys. 21 przedstawiono rozmieszczenie na terenie województwa punktów, w których woda odpowiadała wymogom sanitarnym stale, okresowo lub nigdy w badanym okresie czasu. Wody gruntowe ujęte w studniach kopanych stale lub okresowo posiadały wodę nie odpowiadającą wymogom sanitarnym. Podobnie woda w badanych zbiornikach czwartorzędowych (poza dwoma analizami) nie spełniała warunków określonych dla wód do picia i na potrzeby gospodarcze. Jeśli chodzi o jakość wód w zbiornikach przedczwartorzędowych, to niemal we wszystkich zbiornikach wodonośnych jest ona okresowo zanieczyszczona. Stałe zanieczyszczenie występowało w punktach monitoringowych w północno-wschodniej części województwa oraz w pojedynczych punktach na pozostałym terenie. Najczęściej woda nie odpowiada wymogom sanitarnym ze względu na podwyższoną zawartość związków azotu, żelaza lub manganu. W wielu przypadkach były to również metale ciężkie. Sporadycznie tylko decydowały o tym suma substancji rozpuszczonych i twardość ogólna. O ile występowanie podwyższonych zawartości żelaza, manganu i twardości ogólnej można kojarzyć z przyczynami geogenicznymi, to związki azotu, oraz w większości przypadków metale ciężkie, były pochodzenia antropogenicznego.
Rys. 21. Jakość wód podziemnych w stosunku do wymogów dla wód do picia
i na potrzeby gospodarze (bez uwzględnienia zawartości fluorków).
