Assessment of disposable groundwater resources for hydraulic fracturing of gas shales in the Lublin Basin (eastern Poland)

Open access

Streszczenie

W pracy dokonano prognozy zasobów wód podziemnych do wykorzystania w celu szczelinowania łupków gazonośnych w obszarze Basenu Lubelskiego w 2030 r. Jest to przydatne właścicielom koncesji na eksploatację gazu do planowania wielkości i harmonogramu wydobycia. W celu określe- nia dyspozycyjnych zasobów wód opracowano model bilansu wodno-gospodarczego, do którego jako podstawowe dane wejściowe wykorzystano dane z bilansu i prognozy zasobów wód podziemnych dla 2030 r. w dorzeczu Wisły. W modelu uwzględniono specyficzne czynniki determinujące wielkość zasobów wody na obszarach perspektywicznej eksploatacji gazu: zmniejszenie zasilania wód pod- ziemnych w wyniku zmian klimatu, nierejestrowany pobór wody w gospodarstwach indywidualnych, zapotrzebowanie na wodę związane z rozwojem górnictwa gazu łupkowego i stopnień zwrotu do obiegu hydrologicznego wody, wykorzystanej do szczelinowania. W celu uwzględnienia niepewności stopnia oddziaływania tych czynników w 2030 r., model wykonano dla dwóch scenariuszy: umiar- kowanie rygorystycznego ekologicznie i rygorystycznego ekologicznie, zakładającego duże skutki zmian klimatu i radykalne zwiększenie zapotrzebowania na wodę. Zasoby dyspozycyjne wód okreś- lono dla wydzielonych 12 stref bilansowych, zgodnych obszarowo z Jednolitymi Częściami Wód Podziemnych lub ich fragmentami znajdującymi się w obszarze badań. Prognoza dotyczy zasobów wód podziemnych bez stratygraficznego rozdziału na poziomy wodonośne. Zasoby wyniosą dla scenariusza I od 1 072 735 do 79 458 310 m3/rok w zależności od strefy. Dla scenariusza II odpo- wiednio od 733 285 do 49 103 085 m3/rok. Dla właścicieli koncesji na eksploatację gazu istotne są względne wartości zasobów wyrażone na jednostkę powierzchni, które wyniosą dla scenariusza I od 10 132 do 32 300 m3/(rok-km2) w zależności od strefy i dla scenariusza II od 5 212 do 24 200 m3/(rok-km2). Model bilansowy pozwala stwierdzić, że prognozowane na 2030 r. zasoby dyspozycyjne wód podziemnych w strefach bilansowych Basenu Lubelskiego są duże, więc rozwój górnictwa gazu łupkowego nie powinien wpłynąć negatywnie na stan ilościowy wód w tym obszarze.

Acharya et al. 2011 - Acharya, H.R., Henderson, C., Matis, H., Kommepalli, H., Moore, B. and Wang, H., 2011. Cost Effective Recovery of Low-TDS Frac Flowback Water for Re-use. US Department of Energy: DE-FE0000784, GE Global Research, 100 p. http://www.netl.doe.gov/file%20library/Research/oil-gas/FE0000784_FinalReport.pdf [accessed 26 June 2014].

Badera, J. 2010. Konflikty społeczne na tle oerodowiskowym związane z udostêpnianiem złóż kopalin w Polsce. (Social conflicts on the environmental background related to development of mineral deposits in Poland). Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 26(1), pp. 105-125 (in Polish).

Byrska-Rąpała, A. 2008. Geoetyka a społeczna odpowiedzialnooeæ przemysłu surowców energetycznych. (Geoethics and social responsibility of energy raw materials industry). Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 24(4), pp. 41-52 (in Polish).

Collins et al. 2009 - Collins, R., Kristensen, P. and Thyssen, N., 2009. Water resources across Europe - confronting water scarcity and drought. EEA Report No 2/2009, European Environment Agency, Copenhagen, 55 p. http://www.eea.europa.eu/publications/water-resources-across-europe [accessed 12 July 2014].

Cooley, H. and Donnelly, K. 2012. Hydraulic Fracturing and Water Resources: Separating the Frack from the Fiction. Pacific Institute, Oakland, California, 34 p. http://pacinst.org/wp-content/uploads/2013/02/full_report5.pdf [accessed 20 May 2014].

de Melo-Martin et al. 2014 - de Melo-Martin, I., Hays, J. and Finkel, M.L. 2014. The role of ethics in shale gas policies. Science of the Total Environment, 470-471, pp. 1114-1119.

Dohnalik, P. 2000. Straty wody w miejskich sieciach wodociągowych. (Water losses in urban water networks). Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej, Polska Fundacja Ochrony ZasobówWodnych, Bydgoszcz, 60 p. (in Polish).

Duda et al. 2006 - Duda, R., Paszkiewicz, M., Stach-Kalarus, M., Szczepañska, J., Szczepañski, A., Witczak, S. and Zdechlik, R. 2006. Wody podziemne i ich współdziałanie z wodami powierzchniowymi. (Groundwater and surface water interaction) [In:] Nachlik, E. ed., Identyfikacja i ocena oddziaływañ antropogenicznych na zasoby wodne zlewni Raby wraz z oszacowaniem ryzyka nieosiągniêcia celów oerodowiskowych. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Ser. Inżynieria OErodowiska, Monografia no. 340, Kraków, pp. 108-166 (in Polish).

EPA 2011 - Proceedings of the US Environmental Protection Agency Technical Workshops for the Hydraulic Fracturing Study: Water Resources Management. Arlington, Virginia. EPA 600/R-11/048, US Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, Washington, DC, 116 p. http://www2.epa.gov/sites/production/files/ documents/HF_Workshop _4 _Proceedings _FINAL_508.pdf [accessed 06 August 2014].

Frankowski et al. 2008 - Frankowski, Z., Gałkowski, P., Kapuoeciñski, J., Mitrêga, J., Nowicki, K. and Skrzypczyk, L. 2008. Ocena poboru rzeczywistego wód podziemnych w kraju - aspekty ilooeci, struktury oraz wyzwañ metodycznych. (Assessment of the actual extraction of groundwater in the country - aspects of quantity, structure and methodological challenges) Mat. XVII Symp. naukowo-technicznego pt. Zrównowa żone gospodarowanie zasobami wód podziemnych na terenach przekształconych antropogenicznie, PZITS o. w Czêstochowie, Czêstochowa (in Polish).

GAO 2012 - Information on the Quantity, Quality, and Management of Water Produced during Oil and Gas Production. Report GAO-12-156 Energy-Water Nexus, US Government Accountability Office, Washington, DC, 62 p. http://www.gao.gov/products/GAO-12-156[(accessed 10 July 2014].

Gordalla et al. 2013 - Gordalla, B.C., Ewers, U. and Frimmel, F.H. 2013. Hydraulic fracturing: a toxicological threat for groundwater and drinking-water? Environmental Earth Sciences 70(8), pp. 3875-3893.

Gregory et al. 2011 - Gregory, K.B., Vidic, R.D. and Dzombak, D.A. 2011. Water Management Challenges Associated with the Production of Shale Gas by Hydraulic Fracturing. Elements, 7(3), pp. 181-186.

Grêplowska et al. 2004a - Grêplowska, Z., Szczepañski, A., Szczepañska, J., Tyszewski, S. andWitczak, S. 2004a. Ocena stanu wód powierzchniowych i podziemnych. (The surface water and groundwater status assessment) [In:] Nachlik, E. ed., Identyfikacja i ocena oddziaływañ antropogenicznych na zasoby wodne dla wskazania czêoeci wód zagrożonych nieosiągniêciem celów oerodowiskowych. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Ser. Inżynieria OErodowiska, Monografia no. 318, Kraków, pp. 88-103 (in Polish).

Grêplowska et al. 2004b - Grêplowska, Z., Szczepañski, A., Szczepañska, J., Tyszewski, S., Witczak, S. 2004b.

Identyfikacja istotnych oddziaływañ w czêoeciach wód powierzchniowych i podziemnych zagrożonych nieosiągniêciem celów oerodowiskowych. (Identification of significant impacts in the surface water and groundwater bodies at risk of failing to achieve the environmental objectives) [In:] Nachlik, E., ed., Identyfikacja i ocena oddziaływañ antropogenicznych na zasoby wodne dla wskazania czêoeci wód zagro- żonych nieosiągniêciem celów oerodowiskowych. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Ser. Inżynieria OErodowiska, Monografia no. 318, Kraków, pp. 104-110 (in Polish).

GWPC and ALL Consulting 2009. Modern Shale Gas Development in the United States: A Primer. GroundWater Protection Council and ALL Consulting for the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy and National Energy Technology Laboratory, Washington, DC, 116 p. http://energy.gov/sites/prod/files/2013/03/f0/ShaleGasPrimer_Online_4-2009.pdf (accessed 06May 2014).

Herbich, P. and Przytuła, E. 2012. Bilans wodnogospodarczy wód podziemnych z uwzglêdnieniem oddzia ływañ z wodami powierzchniowymi w dorzeczu Wisły. (Water management balance of the groundwater taking into account the interactions with surface waters in the Vistula River Basin)

Informator Pañstwowej Służby Hydrogeologicznej, Pañstwowy Instytut Geologiczny-PIB, Warszawa, 123 p. (in Polish). http://www.pgi.gov.pl/pl/wydawnictwa-geologiczne-pig-pib/ksiazki/naukowe-i-metodyczne/4333-bilans-wodnogospodarczy-wod-podziemnych-z-uwzgldnieniemoddziaywa-z-wodami-powierzchniowymi-w-dorzeczu-wisy-2012.html [accessed 05 May 2014].

Jackson et al. 2013 - Jackson, R.B., Vengosh, A., Darrah, T.H., Warner, N.R., Down, A., Poreda, R.J., Osborn, S.G., Zhao, K. and Karr, J.D. 2013. Increased stray gas abundance in a subset of drinking water wells near Marcellus shale gas extraction. Proceedings of the National Academy of Science USA, 110(28), pp. 11250-11255.

Kaliski et al. 2013 - Kaliski, M., Krupa, M., Rychlicki, S., Siemek, J. and Sikora, A.P. 2013. Estymacje kosztów otworów poszukiwawczych i wydobywczych dla złóż ropy i gazu w basenach geologicznych w Polsce. (Estimations of exploration and production costs for natural gas and oil deposits in geological basins in Poland) Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 29(3), pp. 167-178 (in Polish).

Kargbo et al. 2010 - Kargbo, D.M., Wilhelm, R.G. and Campbell, D.J. 2010. Natural Gas Plays in the Marcellus Shale: Challenges and Potential Opportunities. Environmental Science and Technology 44(15), pp. 5679-5684.

Kiersnowski, H. and Dyrka, I. 2013. Ordovician-Silurian shale gas resources potential in Poland: evaluation of Gas Resources Assessment Reports published to date and expected improvements for 2014 forthcoming Assessment. Przegląd Geologiczny, 61(11/1), pp. 639-656.

Kissinger et al. 2013 - Kissinger, A., Helmig, R., Ebigbo, A., Class, H., Lange, T., Sauter, M., Heitfeld, M., Klünker, J. and Jahnke, W. 2013, Hydraulic fracturing in unconventional gas reservoirs - Risks in the geological system, Part 2. Environmental Earth Sciences 70(8), pp. 3855-3873.

Kossida et al. 2009 - Kossida,M., Koutiva, I.,Makropoulos, Ch.,Monokrousou, K.,Mimikou,M., Fons-Esteve, J. and Iglesias, A. 2009.Water scarcity and drought: towards a EuropeanWater Scarcity and Drought Network (WSDN). European Environment Agency, Copenhagen, 107 p. http://icm.eionet.europa.eu/ETC_Reports/GapAnalysis_WSD_13.07.2009_v3.pdf (accessed 20 June 2014).

Lange et al. 2013 - Lange, T., Sauter, M., Heitfeld, M., Schetelig, K., Brosig, K., Jahnke, W., Kissinger, A., Helmig, R., Ebigbo, A. and Class, H. 2013. Hydraulic fracturing in unconventional gas reservoirs - Risks in the geological system, Part 1. Environmental Earth Sciences 70(8), pp. 3839-3853.

Macuda, J., 2010. OErodowiskowe aspekty produkcji gazu ziemnego z niekonwencjonalnych złóż. (Environmental aspects of unconventional gas production) Przegląd Geologiczny (58)3, pp. 266-270 (in Polish).

Macuda, J. and Marchel, P. 2011. Oddziaływanie prac wiertniczych na oerodowisko przy poszukiwaniu gazu łupkowego w Polsce. (Impact of drilling works on environment in search for shale gas in Poland) Wiertnictwo, Nafta, Gaz (28)1-2, pp. 263-271 (in Polish).

Mantell, M.E. 2011. Produced water reuse and recycling challenges and opportunities across major shale plays. [In:] Proceedings of the Technical Workshops for the Hydraulic Fracturing Study: Water Resources Management. EPA 600/R-11/048, pp. 49-57. http://www2.epa.gov/sites/production/files/documents/HF_Workshop_4_Proceedings_FINAL_508.pdf [accessed 10 June 2014].

Nagy, S. and Siemek, J. 2011. Shale gas in Europe: the state of the technology - challenges and opportunities. Archives of Mining Sciences 56(4), pp. 727-760.

Nowicki, Z. ed. 2009 - Charakterystyka geologiczna i hydrogeologiczna zweryfikowanych JCWPd. (Geological and hydrogeological characteristics verified GWB’s). Raport z realizacji zadania Pañstwowej Służby Hydrogeologicznej, Zadanie 28. Pañstwowy Instytut Geologiczny-PIB, Krajowy Zarząd Gospodarki Wodnej, Warszawa, 28 p. (in Polish). http://www.psh.gov.pl/plik/id,5140,v,artykul_5652.pdf [accessed 22 April 2014].

Osborn et al. 2011 - Osborn, S.G., Vengosh, A.,Warner, N.R. and Jackson, R.B. 2011.Methane contamination of drinking water accompanying gas-well drilling and hydraulic fracturing. Proceedings of the National Academy of Science USA, 108(20), pp. 8172-8176.

PGI andME 2013 - Mapa koncesji na poszukiwanie gazu ziemnego „shale gas” wg stanu na 30-04-2013 r. (Map of concessions for the exploration of natural gas “shale gas” as of 30-04-2013) aut.: Boñda R., Siekiera D., Szuflicki M., Pañstwowy Instytut Geologiczny - PIB, Ministerstwo OErodowiska, Warszawa (in Polish). http://lupki.mos.gov.pl/gaz-z-lupkow/stan-prac-w-polsce [accessed 20 June 2013].

Poprawa, P. 2010. Potencjał wystêpowania złóż gazu ziemnego w łupkach dolnego paleozoiku w basenie bałtyckim i lubelsko-podlaskim. (Shale gas potential of the Lower Palaeozoic complex in the Baltic and Lublin-Podlasie basins, Poland). Przegląd Geologiczny 58(3), pp. 226-249 (in Polish).

Rychlicki, S. and Siemek, J. 2013. Stan aktualny i prognozy wykorzystania gazu ziemnego do produkcji energii elektrycznej w Polsce. (Current conditions and forecasts of natural gas application in the production of electricity in Poland). Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 29(1), pp. 5-15 (in Polish).

Siemek et al. 2011 - Siemek, J., Kaliski, M., Rychlicki, S., Sikora, S., Janusz, P. and Szurlej, A. 2011. Importance of LNG technology in the development of world’s natural gas deposits. Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 27(4), pp. 109-130.

Siemek et al. 2013 - Siemek, J., Nagy, S. and Siemek, P. 2013. Challenges for sustainable development: the case of shale gas exploitation in Poland. Problemy Ekorozwoju - Problems of Sustainable Development 8(1), pp. 91-104.

Siemek, J. and Nagy, S. 2012. Energy carriers use in the world: natural gas - conventional and unconventional gas resources. Archives of Mining Sciences 57(2), pp. 283-312.

Szczepañski, A. 2013. Hydrogeologiczne i prawne uwarunkowania rozpoznawania i eksploatacji gazu łupkowego. (Hydrogeological and legal conditions of prospection and exploration of shale gas) Biuletyn Pañstwowego Instytutu Geologicznego, 456, Hydrogeologia, XIV/2, pp. 583-587 (in Polish).

Szczepañski, A. and Szklarczyk, T. 2009.Metodyczne uwarunkowania wydzieleñ JCWPd na przykładzie obszaru RZGW w Krakowie. (Methodological conditions of groundwater bodies distinctions: an example of the Regional Water Management Board in Krakow). Biuletyn Pañstwowego Instytutu Geologicznego, 436, Hydrogeologia, IX/2, pp. 507-514 (in Polish).

Uliasz-Misiak et al. 2014 - Uliasz-Misiak, B., Przybycin, A. and Winid, B. 2014. Shale and tight gas in Poland - legal and environmental issues. Energy Policy 65, pp. 68-77.

Veil, J.A. 2010. Water Management Technologies Used by Marcellus Shale Gas Producers. Report prepared by Argonne National Laboratory, Environmental Science Division, for the US Department of Energy, Office of Fossil Energy. http://www.marcellus.psu.edu/resources/PDFs/argonnelab.pdf [accessed 11 April 2014].

Vengosh et al. 2014 - Vengosh, A., Jackson, R.B., Warner, N., Darrah, T.H. and Kondash A. 2014. A Critical Review of the Risks to Water Resources from Unconventional Shale Gas Development and Hydraulic Fracturing in the United States. Environmental Science & Technology, DOI: 10.1021/es405118y

Vidic et al. 2013 - Vidic, R.D., Brantley, S.L., Vandenbossche, J.M., Yoxtheimer, D. and Abad, J.D. 2013. Impact of Shale Gas Development on Regional Water Quality. Science 340(6134), 1235009, DOI: 10.1126/science.1235009.

Water Act 2001 - Ustawa Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r. Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 10 stycznia 2012 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy - Prawo wodne. Dz.U. 2012, nr 0, poz. 145 (in Polish).

WoŸnicka, M. 2013. What could be the impact of shale gas exploitation on the water management? Przegląd Geologiczny 61(11/1), pp. 657-662.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

Mineral Resources Management; The Journal of Polish Academy of Sciences

Journal Information


IMPACT FACTOR 2016: 0.481
5-year IMPACT FACTOR: 0.568

CiteScore 2016: 0.76

SCImago Journal Rank (SJR) 2016: 0.408
Source Normalized Impact per Paper (SNIP) 2016: 1.397

Cited By

Metrics

All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 73 73 20
PDF Downloads 35 35 9