Numerical model schematization of a complex hydrostructural Cretaceous groundwater basin for the purpose of protection zone evaluation
Main Article Content
Keywords
numerical model, schematization, MGB, geoinformatic systems
Abstract
One of the major projects in regional hydrogeological investigations in Poland is a multi-annual cycle of studies on the implementation of programs and documentation in relation to the establishment of protection areas for the Major Groundwater Basins (MGBs). Depending on the size of the area and complexity of the selected aquifer system, the work on the numerical model becomes adequately demanding. The model must in this case be designed as a three-dimensional, multi-layered, taking into account the role of a near the surface aquifer in the potential rate of migration of contaminants. It is particularly difficult to design models of the basins located in the older Mesozoic hydrogeological structures of dual-porosity characteristic, covered by Neogenic and Quaternary sediments. One of these basins is MGB No. 317 (ed. Kleczkowski 1990) identified within the northern Sudetic trough. The boundaries of the MGB are associated with the occurrence of structural aquifer limits, including the relatively large area of outcrops of the upper Cretaceous sediments with a narrow zone of Triassic outcrops. The paper presents the main assumptions of the model schematization, especially regarding the parameterization of hydrostructural conditions in integration with geoinformatic tools and MODFLOW modules. This study is focused on the problems associated with the proper schematization of the multilayer groundwater system on a regional scale, particularly with regard to the first aquifer and its hydraulic contact with the Mesozoic water-bearing horizons of the MGB. Model simulations, together with a semi-analytical analysis of the rate of flow in the vadose zone, finally allowed to determine the protection area of the MGB that is presented.
Downloads
Download data is not yet available.
References
Anderson M. & Woessner W., 1992. Applied Groundwater Modeling. Academic Press, London.
Bielecka H., Jednoróg A., Gurwin J., Grzegorczyk K., Wyszowska I. & Śliwka R., 2008. Dokumentacja hydrogeologiczna określająca warunki hydrogeologiczne dla ustanowienia obszarów ochronnych zbiornika wód podziemnych CZĘSTOCHOWA (E) – GZWP nr 326. Proxima, Wrocław.
Gossel W., Ebraheem A.M. & Wycisk P., 2004. A very large scale GIS-based groundwater flow model for the Nubian sandstone aquifer in Eastern Sahara (Egypt, northern Sudan and eastern Libya). Hydrogeology Journal, 12, 2004, 698–713.
Gurwin J., 2003. Dane wejściowe a kalibracja numerycznego modelu filtracji. [in:] Piekarek-Jankowska H. & Jaworska-Szulc B. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 11, cz. 1, Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 301–308.
Gurwin J., 2012. Integration of numerical models with geoinformatic techniques in delimitation of protection zones of complex multi-aquifer systems of MGB in Poland. [in:] 39th IAH Congress, Niagara Falls, Canada, International Association of Hydrogeologists Canadian National Chapter, 393.
Gurwin J. & Serafin R., 2008. Budowa przestrzennych modeli koncepcyjnych GZWP w systemach GIS zintegrowanych z MODFLOW. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 49–59.
Gurwin J., 2015. Integration of numerical models with geoinformatic techniques in delimitation of protection zone of complex multi-aquifer system of MGB 319, SW Poland. Geologos, 21, 3, 169–177.
Gurwin J., 2016. Problematyka wyznaczania obszarów ochronnych w złożonych warunkach hydrostrukturalnych kredowego zbiornika wód podziemnych. [in:] Witczak S. & Żurek A. (red.), Praktyczne metody modelowania przepływu wód podziemnych, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, 33–44.
Harbaugh A.W., Banta E.R., Hill M.C. & McDonald M.G., 2000. MODFLOW-2000. The US Geological Survey modular ground-water model-user guide to modularization concepts and the groundwater flow process. U.S. Geological Survey Open-File Report 00-92
Hunt R.J., Feinstein D.T., Pint C.D. & Anderson M.P., 2006. The importance of diverse data types to calibrate a watershed model of the Trout Lake Basin, Northern Wisconsin, USA. Journal of Hydrology, 321, 286–296.
Kleczkowski A.S. (ed.), 1990. Mapa obszarów głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w Polsce wymagających szczególnej ochrony 1:500 000. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.
Kowalczyk A., 2005. Zasilanie wód podziemnych w warunkach antropopresji na przykładzie triasu śląsko-krakowskiego. [in:] Sadurski A. Krawiec A. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 12, Wydawnictwa Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, 363–370.
Kowalczyk A., Miotliński K. & Rubin K., 2004. Modelowanie przepływu wód podziemnych w wielowarstwowym systemie wodonośnym w rejonie Tarnowskich Gór. [in:] Gurwin J. & Staśko S. (red.), Modelowanie przepływu wód podziemnych, Acta Universitatis Wratislaviensis. Hydrogeologia, 2729, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 105–119.
Lubczynski M.W. & Gurwin J., 2005. Integration of various data sources for transient groundwater modeling with spatio-temporally variable fluxes – Sardon study case, Spain. Journal of Hydrology, 306, 71–96.
Macioszczyk T., 1997. Rola przypowierzchniowych poziomów wodonośnych w formowaniu i modelowaniu zasobów wielowarstwowych systemów hydrogeologicznych. [in:] Górski J. & Liszkowska E. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 8, VIII sympozjum, Poznań–Kiekrz ’97, Wind, Wrocław, 91–94.
McDonald M.G. & Harbaugh A.W., 1988. A Modular Three-Dimensional Finite-Dfference Ground-Water Flow Model. U.S. Geological Survey Open-File Report, Washington.
McDonald M.G., Harbaugh A.W., Orr B.R. & Ackerman D.J., 1991. A Method of Converting No-Flow Cells to Variable-Head Cells for the U.S. Geological Survey Modular Finite-Difference Ground-Water Flow Model. U.S. Geol. Survey Open-File Report, Reston.
Michalak J., 2008. Budowa modeli przepływu z wykorzystaniem danych infrastruktury geoinformacyjnej INSPI - RE. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 161–168.
Mylopoulos N., Mylopoulos Y., Tolikas D. & Veranis N., 2007. Groundwater modeling and management in a complex lake-aquifer system. Water Resources Management, 21, 469–494.
Paczyński B. & Sadurski A. (red.), 2007. Hydrogeologia regionalna Polski. T. 1 i 2. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Tarka R., 2006. Hydrogeologiczna charakterystyka utworów kredy w polskiej części Sudetów. Acta Universitatis Wratislaviensis. Hydrogeologia, 2884, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław.
Witczak S. & Żurek, A., 1997. Use of soil-agricultural maps in the evaluation of protective role of soil for groundwater. [in:] Kleczkowski A.S. (red.), Metodyczne podstawy ochrony wód podziemnych, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, 155–181.
Bielecka H., Jednoróg A., Gurwin J., Grzegorczyk K., Wyszowska I. & Śliwka R., 2008. Dokumentacja hydrogeologiczna określająca warunki hydrogeologiczne dla ustanowienia obszarów ochronnych zbiornika wód podziemnych CZĘSTOCHOWA (E) – GZWP nr 326. Proxima, Wrocław.
Gossel W., Ebraheem A.M. & Wycisk P., 2004. A very large scale GIS-based groundwater flow model for the Nubian sandstone aquifer in Eastern Sahara (Egypt, northern Sudan and eastern Libya). Hydrogeology Journal, 12, 2004, 698–713.
Gurwin J., 2003. Dane wejściowe a kalibracja numerycznego modelu filtracji. [in:] Piekarek-Jankowska H. & Jaworska-Szulc B. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 11, cz. 1, Wydział Budownictwa Wodnego i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 301–308.
Gurwin J., 2012. Integration of numerical models with geoinformatic techniques in delimitation of protection zones of complex multi-aquifer systems of MGB in Poland. [in:] 39th IAH Congress, Niagara Falls, Canada, International Association of Hydrogeologists Canadian National Chapter, 393.
Gurwin J. & Serafin R., 2008. Budowa przestrzennych modeli koncepcyjnych GZWP w systemach GIS zintegrowanych z MODFLOW. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 49–59.
Gurwin J., 2015. Integration of numerical models with geoinformatic techniques in delimitation of protection zone of complex multi-aquifer system of MGB 319, SW Poland. Geologos, 21, 3, 169–177.
Gurwin J., 2016. Problematyka wyznaczania obszarów ochronnych w złożonych warunkach hydrostrukturalnych kredowego zbiornika wód podziemnych. [in:] Witczak S. & Żurek A. (red.), Praktyczne metody modelowania przepływu wód podziemnych, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, 33–44.
Harbaugh A.W., Banta E.R., Hill M.C. & McDonald M.G., 2000. MODFLOW-2000. The US Geological Survey modular ground-water model-user guide to modularization concepts and the groundwater flow process. U.S. Geological Survey Open-File Report 00-92
Hunt R.J., Feinstein D.T., Pint C.D. & Anderson M.P., 2006. The importance of diverse data types to calibrate a watershed model of the Trout Lake Basin, Northern Wisconsin, USA. Journal of Hydrology, 321, 286–296.
Kleczkowski A.S. (ed.), 1990. Mapa obszarów głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w Polsce wymagających szczególnej ochrony 1:500 000. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków.
Kowalczyk A., 2005. Zasilanie wód podziemnych w warunkach antropopresji na przykładzie triasu śląsko-krakowskiego. [in:] Sadurski A. Krawiec A. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 12, Wydawnictwa Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, 363–370.
Kowalczyk A., Miotliński K. & Rubin K., 2004. Modelowanie przepływu wód podziemnych w wielowarstwowym systemie wodonośnym w rejonie Tarnowskich Gór. [in:] Gurwin J. & Staśko S. (red.), Modelowanie przepływu wód podziemnych, Acta Universitatis Wratislaviensis. Hydrogeologia, 2729, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 105–119.
Lubczynski M.W. & Gurwin J., 2005. Integration of various data sources for transient groundwater modeling with spatio-temporally variable fluxes – Sardon study case, Spain. Journal of Hydrology, 306, 71–96.
Macioszczyk T., 1997. Rola przypowierzchniowych poziomów wodonośnych w formowaniu i modelowaniu zasobów wielowarstwowych systemów hydrogeologicznych. [in:] Górski J. & Liszkowska E. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 8, VIII sympozjum, Poznań–Kiekrz ’97, Wind, Wrocław, 91–94.
McDonald M.G. & Harbaugh A.W., 1988. A Modular Three-Dimensional Finite-Dfference Ground-Water Flow Model. U.S. Geological Survey Open-File Report, Washington.
McDonald M.G., Harbaugh A.W., Orr B.R. & Ackerman D.J., 1991. A Method of Converting No-Flow Cells to Variable-Head Cells for the U.S. Geological Survey Modular Finite-Difference Ground-Water Flow Model. U.S. Geol. Survey Open-File Report, Reston.
Michalak J., 2008. Budowa modeli przepływu z wykorzystaniem danych infrastruktury geoinformacyjnej INSPI - RE. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 161–168.
Mylopoulos N., Mylopoulos Y., Tolikas D. & Veranis N., 2007. Groundwater modeling and management in a complex lake-aquifer system. Water Resources Management, 21, 469–494.
Paczyński B. & Sadurski A. (red.), 2007. Hydrogeologia regionalna Polski. T. 1 i 2. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
Tarka R., 2006. Hydrogeologiczna charakterystyka utworów kredy w polskiej części Sudetów. Acta Universitatis Wratislaviensis. Hydrogeologia, 2884, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław.
Witczak S. & Żurek, A., 1997. Use of soil-agricultural maps in the evaluation of protective role of soil for groundwater. [in:] Kleczkowski A.S. (red.), Metodyczne podstawy ochrony wód podziemnych, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Kraków, 155–181.
Article Sidebar
Published
Jul 26, 2017
Article Details
How to Cite
Gurwin, J. (2017). Numerical model schematization of a complex hydrostructural Cretaceous groundwater basin for the purpose of protection zone evaluation. Geology, Geophysics and Environment, 43(1), 19. https://doi.org/10.7494/geol.2017.43.1.19
Issue
Section
Articles
Authors have full copyright and property rights to their work. Their copyrights to store the work, duplicate it in printing (as well as in the form of a digital CD recording), to make it available in the digital form, on the Internet and putting into circulation multiplied copies of the work worldwide are unlimited.
The content of the journal is freely available according to the Creative Commons License Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
Author Biography