Jakie pomiary wykonują piezometry?

Piezometry mierzą przede wszystkim poziom zwierciadła wody podziemnej, ciśnienie piezometryczne i wynikające z niego wysokości piezometryczne. W nowocześniejszych układach rejestrują także zmiany w czasie (trend i amplitudę), a po doposażeniu w czujniki – temperaturę, przewodność elektryczną oraz pośrednio gradienty hydrauliczne. To klucz do oceny warunków gruntowo‑wodnych, stateczności wykopów i skuteczności odwodnienia.

Przeczytaj również: Cennik garaży tynkowanych – co zawiera?

Co dokładnie mierzy piezometr w gruncie nienasyconym i nasyconym?

Piezometr rejestruje ciśnienie wody w porach gruntu, które przelicza się na poziom zwierciadła (wysokość piezometryczną względem reperu). W warstwie nasyconej wskazuje bezpośrednio położenie zwierciadła wody. W strefie nienasyconej (powyżej zwierciadła) klasyczne piezometry nie działają poprawnie – ciśnienie porowe bywa ujemne względem atmosferycznego; do takich zastosowań służą tensjometry. Dlatego dobór typu piezometru do strefy wodonośnej jest krytyczny dla wiarygodności pomiaru.

W studniach obserwacyjnych (piezometrach otwartych) mierzymy rzeczywistą głębokość słupa wody, a w piezometrach ciśnieniowych (z czujnikiem) – ciśnienie hydrostatyczne zamieniane na wysokość piezometryczną. Oba wyniki pozwalają wyznaczyć spadek hydrauliczny pomiędzy punktami pomiarowymi, czyli kierunek i prędkość przepływu wód podziemnych.

Najczęściej wykonywane pomiary piezometryczne

W praktyce geotechnicznej i hydrogeologicznej stosuje się zestaw powtarzalnych pomiarów, które odpowiadają na konkretne pytania projektowe i środowiskowe.

• Poziom zwierciadła wody (głębokość do lustra) – podstawowy odczyt taśmą sygnalizacyjną lub logerem ciśnienia; baza do map hydroizohips.
• Ciśnienie piezometryczne – z czujników 0–2/5/10 bar; kluczowe przy analizie stateczności wykopów i ocenie ryzyka przebicia hydraulicznego.
• Wysokość piezometryczna (m n.p.m.) – poziom zwierciadła odniesiony do reperu; umożliwia wyznaczanie gradientów hydraulicznych i kierunków przepływu.
• Rejestracja zmian w czasie (hydrogramy) – amplituda i tempo reakcji na opady, pompowanie lub wahania rzek; podstawa do kalibracji modeli.
• Temperatura wody – wskaźnik zasilania, mieszania się warstw i wpływów zrzutów; pomocna w wykrywaniu intruzji.
• Przewodność elektryczna (EC) – pośrednio zasolenie; przydatne przy monitoringu migracji zanieczyszczeń i intruzji wód słonych.

Jak interpretować wyniki: od poziomu wody do gradientu i przepływu

Pojedynczy piezometr mówi, gdzie jest woda. Dwa i więcej – w którą stronę i jak intensywnie płynie. Różnica wysokości piezometrycznych między piezometrami podzielona przez ich odległość daje spadek hydrauliczny i. Z połączenia i z parametrami ośrodka (np. współczynnikiem filtracji k) oblicza się natężenie przepływu (prawo Darcy’ego). Taka interpretacja wskazuje potencjalne strefy dopływu do wykopu, miejsca ryzyka sufozji lub kierunki rozprzestrzeniania się plumy zanieczyszczeń.

W konstrukcjach piętrowych (piezometry wielopoziomowe) porównujemy ciśnienia w odseparowanych strefach głębokościowych. Gdy niższy h jest większy od wyższego, mamy warunki artezyjskie; to sygnał do przeprojektowania odwodnienia i zabezpieczeń dna wykopu.

Pomiary statyczne i dynamiczne: kiedy stosować które?

Pomiary statyczne to okresowe odczyty manualne poziomu wody – wystarczają do prostych zadań: inwentaryzacji warunków wstępnych, odbiorów, przeglądów. Pomiary dynamiczne (ciągłe) z rejestratorów ciśnienia i temperatury dają pełen obraz reakcji układu na krótkotrwałe zdarzenia, np. intensywne opady czy rozruch igłofiltrów. Bez ciągłej rejestracji łatwo przeoczyć piki, które decydują o ocenie ryzyka.

W testach pompowania ze śledzeniem poziomu w piezometrach wyznacza się parametry warstwy (k, współczynnik odsączalności S). To pomiary krytyczne dla doboru wydajności systemu odwadniania wykopów i oceny wpływu na sąsiednie obiekty.

Dokładność i dobre praktyki pomiarowe

Dokładność zaczyna się od poprawnej instalacji: właściwej długości filtra, dobranego uziarnienia obsypki i rzetelnego uszczelnienia stref. Każdy odczyt należy odnieść do zreperowanej główki piezometru i skorygować o ciśnienie atmosferyczne (dla logerów bez barometru). Regularna kalibracja taśm i czujników ogranicza błędy systematyczne.

W gruntach słabo przepuszczalnych czas stabilizacji po zaburzeniu (np. po wierceniu) bywa długi. Pomiary zbyt wcześnie mogą zaniżać lub zawyżać poziom. Przy badaniach jakości wód należy wypompować objętość stagnacji i używać dedykowanych pomp o małej wydajności, aby nie zaburzać warunków hydraulicznych.

Gdzie pomiary piezometryczne są niezbędne?

Pomiary są standardem w geotechnice i hydrogeologii wszędzie tam, gdzie bezpieczeństwo i zgodność z przepisami mają znaczenie. Dotyczy to szczególnie:

• Wykopów głębokich i tuneli – kontrola ryzyka wypiętrzenia dna, filtracji pod obiektem i skuteczności igłofiltrów.
• Monitoringów środowiskowych – ocena kierunków i prędkości migracji zanieczyszczeń, wyznaczanie barier i stref ochronnych.
• Obiektów hydrotechnicznych – wały, zapory, zbiorniki: detekcja przecieków i wzrostów ciśnień porowych.
• Gospodarki wodnej na budowie – zarządzanie odwodnieniem, prognozy wpływów na sąsiednie fundamenty i studnie.

Jak wybrać zestaw pomiarów do konkretnego projektu?

Zakres zależy od celu. Dla krótkotrwałych robót często wystarczy sieć piezometrów otwartych z odczytami cotygodniowymi. Dla obiektów wrażliwych i terenów o zmiennym zasilaniu bezpieczniej wdrożyć loggery z transmisją, próg alarmowy i automatyczne raporty. W instalacjach piętrowych warto rozdzielić strefy filtracyjne, aby nie tworzyć błędnych połączeń hydraulicznych.

Jeśli potrzebujesz projektu sieci piezometrów, doboru czujników i planu monitoringu wraz z interpretacją, skontaktuj się z zespołem poprzez usługi hydrogeologiczne i geotechniczne HGS – od konsultacji po pełne wdrożenie na budowie.