Badanie strefy aeracji na stanowisku lizymetrycznym przy pomocy penetracyjnego profilowania oporności elektrycznej

Anna J. Żurek,

Włodzimierz Jerzy Mościcki

Abstrakt

Application of penetrometer-based electrical resistivity profiling to study the unsaturated zone in a lysimeter experiment

Knowledge about water flow and contaminant transport in the unsaturated zone is crucial for groundwater resource estimations and groundwater vulnerability assessments. Large field lysimeters are commonly used as physical models of the unsaturated zone. Tracer experiments conducted in lysimeters are generally applied to investigate the time  scale of leaching processes in the unsaturated zone. In this paper the preliminary results of using penetrometer-based electrical resistivity profiling to follow tracer transport through the soil in a lysimeter. The measurements were made in two lysimeters (Liz A and Liz I) filled with the same sandy soil. A tracer solution was injected only into lysimeter A. The measurements in lysimeter I were treated as a benchmark reflecting the influence of temporal soil moisture variations on the soil electrical resistivity. Additionally, temperature profiling in the soil next to lysimeter column was conduceted to consider the impact of the temperature fluctuations on soil resistivity. The obtained soil resistivity profiles for lysimeter A clearly reflect the tracer breakthrough curves in the 7th and 22nd day after injection. The analysis of the curves yielded the approximated velocity of tracer transport.

Słowa kluczowe: lizymetr, eksperyment znacznikowy, penetracyjne profilowanie opornościowe
References

Antoniuk J., Mościcki W.J., 1994, Metoda penetracyjnego profilowania oporności elektrycznej przykłady zastosowań, Przegląd Geologiczny, 42 (10), 857–862.

Antoniuk J., Mościcki W.J., 1995, Zastosowanie penetracyjnego profilowania oporności elektrycznej w badaniach hydrogeologicznych, [w:] J. Szczepańska, R. Kulma, A. Szczepański (red.), Współczesne problemy hydrogeologii, 7 (2), Krynica, 221–229.

Antoniuk J., Mościcki W.J., 1996, Geoelektryczne badania penetracyjne dla potrzeb hydrogeologicznych, [w:] W. Ciężkowski (red.) Problemy hydrogeologiczne południowo-zachodniej Polski, 4, Wrocław, 239–247.

Antoniuk J., Mościcki W.J., 1998, Geoelektryczne badania penetracyjne w rozpoznawaniu środowiska hydrogeologicznego, [w:] J. Liszkowski (red.), Współczesne Problemy Geologii Inżynierskiej w Polsce, WIND – J. Wojewoda, Wrocław, 77–82.

Borowczyk M., Królikowski C., 1965, Sonda uniwersalna do pomiaru własności fizycznych gruntu, Archiwum Hydrotechniki, 12 (2), 147–168.

Fejes I., Josa E., 1990, The Engineering Geophysical Sounding Method: Principles, Instrumentation, and Computerized Interpretation, [w:] S.H. Ward (red.), Geotechnical and Environmental Geophysics, Investigation in Geophysics No.5, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa OK, 321–332.

Fetter C.W., 1999, Contaminant Hydrogeology. Second Edition, Prentice Hall, New York.

Gebler S., Hendricks Franssen H.-J., Pütz T., Post H., Schmidt M., Vereecken H., 2015, Actual evapotranspiration and precipitation measured by lysimeters: A comparison with eddy covariance and tipping bucket, Hydrology and Earth System Sciences, 19, 2145–2161.

Groenendijk P., Heinen M., Klammler G., Fank J., Kupfersberger H., 2014, Performance assessment of nitrate leaching models for highly vulnerable soils used in low-input farming based on lysimeter data, Science of the Total Environment, 499, 463–480.

Klier C., Grundmann S., Gayler S., Priesack E., 2008, Modelling the Environmental Fate of the Herbicide Glyphosate in Soil Lysimeters, Water Air Soil Pollut: Focus, 8, 187–207.

Leibundgut C., Maloszewski P., Külls C., 2009, Tracers in hydrology, Wiley-Blackwell, Sussex. Maloszewski P., Maciejewski S., Stumpp C., Stichler W., Trimborn T., Klotz D., 2006, Modelling of water flow through typical Bavarian soils based on lysimeter experiments: 2 environmental deuterium transport, Hydrology Sciences Journal 51, 298–313.

Mościcki J., 1998a, Efekty elektrochemiczne w geoelektrycznych badaniach penetracyjnych, [w:] J. Liszkowski (red.), Współczesne problemy geologii inżynierskiej w Polsce, WIND –J. Wojewoda, Wrocław, 273–279.

Mościcki J., 1998b, Geoelektryczne badania penetracyjne – rozpoznawanie budowy i właściwości ośrodka geologicznego, Kwartalnik Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, Geologia, 24 (2), 137–149.

Schroll R., Grundmann S., Dörfler U., Ruth B., Munch J.C., 2008, Lysimeter Experiments to Investigate the Fate of Chemicals in Soils – Comparison of Five Different Lysimeter Systems, Water Air Soil Pollut: Focus, 8, 209–216.

Staśko S., Chodacki M., 2014, Infiltracja do wód podziemnych na podstawie pomiarów lizymetrycznych w Górach Sowich, Przegląd Geologiczny, 62 (8), 414–419.

Stumpp C., Maloszewski P., 2010, Quantification of preferential flow and flow heterogeneities in an unsaturated soil planted with different crops using the environmental isotope d18O, Journal of Hydrology, 394, 407–415.

Stumpp C., Maloszewski P., Stichler W., Maciejewski S., 2007, Quantification of the heterogeneity of the unsaturated zone based on environmental deuterium observed in lysimeter experiments, Hydrological Sciences Journal, 52 (4), 748–762.

Stumpp C., Maloszewski P., Stichler W., Fank J., 2009a, Environmental isotope (d18O) and hydrological data to assess water flow in unsaturated soils planted with different crops: Case study lysimeter station ‘‘Wagna” (Austria), Journal of Hydrology, 369, 198–208.

Stumpp C., Nützmann G., Maciejewski S., Maloszewski P., 2009b, A comparative modeling study of a dual tracer experiment in a large lysimeter under atmospheric conditions, Journal of Hydrology, 375, 566–577.

Stumpp C., Stichler W., Maloszewski P., 2009c, Application of the environmental isotope d18O to study water flow in unsaturated soils planted with different crops: Case study of a weighable lysimeter from the research field in Neuherberg, Germany, Journal of Hydrology, 368, 68–78.

Szymkiewicz A., 2013, Modelling Water Flow in Unsaturated Porous Media. Accounting for Nonlinear Permeability and Material Heterogeneity, Geoplanet: Earth and Planetary Sciences, Springer, Berlin–Heidelberg.

Unold G. von Fank J., 2008, Modular Design of Field Lysimeters for Specific Application Needs, Water Air, & Soil Pollution: Focus, 8, 233–242.

Wagner T., Arango Isaza L.M., Grundmann S., Dörfler U., Schroll R., Schloter M., Hartmann A., Sandermann H., Ernst D., 2008, The Probability of a Horizontal Gene Transfer from Roundup Ready® Soybean to Root Symbiotic Bacteria: A Risk Assessment Study on the GSF Lysimeter Station, Water Air Soil Pollut: Focus, 8, 155–162.

Zuber A. (red.), 2007, Metody znacznikowe w badaniach hydrogeologicznych. Poradnik metodyczny, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.

Zurek A., Witczak S., Maloszewski P., 2014, Estimation of flow and pollutant transport processes in unsaturated zone using multi-tracer experiment in a lysimeter study in Krakow, Poland, GENESIS Final Conference: Integrated Management of Groundwater Resources and Groundwater Dependent Ecosystems, 5–7 March 2014 Prague, Czech Republic, Conference Proceedings, 1118.

Żurek A., 2010, Wstępna ocena składowych naturalnego bilansu wodnego na podstawie obserwacji w lizymetrach, Przegląd Geologiczny, 58, 1192–1197.

Żurek A., Czop M., 2010, Modelowanie warunków przepływu i przekształceń składu chemicznego wód opadowych w trakcie procesu infiltracji, na przykładzie doświadczenia lizymetryczego, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 442, 181–188.

Żurek A., Kasprzak A., Motyka J., 2013, Sezonowa zmienność ładunku azotu w wodach opadowych na terenie Krakowa, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 456, 693–699.

Czasopismo ukazuje się w sposób ciągły on-line

Pierwotną wersją czasopisma jest wersja elektroniczna publikowana w internecie