RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE
The hydrogeological conditions of a site are a key factor in selecting a productive aquifer for water-to-water heat pump systems, determining their optimal parameters, and assessing the impact of operation on natural processes and the environment. This study presents the results of a comprehensive i...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/591 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871104073010249728 |
|---|---|
| author | Barilo, A. Soroka , A. Lobanova , I. |
| author_facet | Barilo, A. Soroka , A. Lobanova , I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": " A. Barilo",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "A. Soroka ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "I. Lobanova ",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Barilo, A. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:23Z |
| description | The hydrogeological conditions of a site are a key factor in selecting a productive aquifer for water-to-water heat pump systems, determining their optimal parameters, and assessing the impact of operation on natural processes and the environment. This study presents the results of a comprehensive investigation of the hydrogeological conditions at the experimental site of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine. Based on geodetic measurements of surface elevations and analysis of drilling data, a hydrogeological cross-section of the site was constructed. It was determined that the Poltava aquifer is the most suitable for the application of heat pump technologies, and its main hydrogeological characteristics were defined. Long-term monitoring of groundwater temperature and level within the productive horizon allowed the determination of seasonal amplitude variations. Observations were conducted using a stationary automated monitoring system and a portable coil-type water level and temperature meter. Experimental data were processed in Surfer software to generate a formation pressure distribution map and identify the direction of groundwater flow. Test pumping and filtration experiments were used to construct an indicator curve showing the relationship between well discharge and drawdown, as well as to calculate the specific capacity of the well. The results indicate that the Poltava aquifer has relatively low filtration properties, making it more suitable for experimental studies and for partial coverage of the building’s thermal load at the Institute of Renewable Energy. The identified amplitudes of seasonal fluctuations in groundwater temperature and level should be considered when designing and operating groundwater-source heat pump systems. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2025.4(83).299-311 |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
299
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
УДК 504.062.2; 697.975 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.4(83).299-311
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ УМОВ ДІЛЯНКИ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПОЛІГОНУ ІВЕ НАНУ
Отримано 14 жовт. 2025 р.; рекомендовано до публікації 09 груд. 2025 р.
Доступно онлайн 31 груд. 2025 р.
Барило А. А.1, Сорока А. В.2, Лобанова І. В.3
Автор для кореспонденції: Барило Анастасія,
e-mail: geotherm@ukr.net
Гідрогеологічні умови ділянки є ключовим чинником під
час вибору продуктивного горизонту для теплонасосних
систем типу «вода–вода», визначенні їх оптимальних па-
раметрів і оцінці впливу експлуатації на природні про-
цеси та стан довкілля. У роботі наведено результати комплексного дослідження гідрогеологічних умов
ділянки експериментального полігона Інституту відновлюваної енергетики НАН України. На основі ге-
одезичних вимірювань абсолютних відміток поверхні та аналізу бурових даних побудовано гідрогеоло-
гічний розріз ділянки. Встановлено, що продуктивним для застосування теплонасосних технологій є
Полтавський водоносний горизонт, для якого визначено основні гідрогеологічні характеристики. За ре-
зультатами режимних спостережень за температурою та рівнем підземних вод у продуктивному го-
ризонті встановлено амплітуди річних коливань параметрів. Моніторинг здійснювався за допомогою
стаціонарної автоматизованої системи та переносного глибинного рівнеміра-термометра котушко-
вого типу. На основі експериментальних даних у програмі Surfer побудовано карту розподілу пластових
тисків і визначено напрямок руху підземних вод. За результатами дослідно-фільтраційних робіт побу-
довано індикаторний графік залежності дебіту свердловини від зниження рівня та розраховано пито-
мий дебіт. Проведені дослідження показали, що Полтавський водоносний горизонт характеризується
невисокими фільтраційними властивостями, тому є доцільним його використання переважно для екс-
периментальних робіт і часткового покриття теплового навантаження будівлі ІВЕ НАН України. Ви-
значені амплітуди сезонних коливань температури та рівня підземних вод необхідно враховувати під
час проведення експериментів і розрахунку теплонасосних систем, що використовують підземні води
як джерело теплоти.
Ключові слова: низькопотенційні геотермальні ресурси, параметри водоносного горизонту, дослі-
дно- фільтраційні роботи.
Вступ. Низькопотенційна енергія верхніх шарів землі є
найперспективнішим з погляду доступності та пошире-
ності видом геотермальної енергії. Її формування не по-
требує специфічних геотермічних умов, високих геотер-
мічних градієнтів чи значних припливів глибинної
теплоти, що значно спрощує можливості її практичного
використання. Теплонасосні установки, за допомогою
яких використовується цей ресурс, стабільно й ефекти-
вно працюють навіть за низьких температур водоносних
горизонтів, забезпечуючи високий коефіцієнт перетво-
рення енергії. Порівняно невелика глибина залягання
таких горизонтів знижує капітальні витрати на буріння
та облаштування свердловин, що робить технологію
економічно привабливою як для індивідуального спо-
живання, так і для промислового чи комунального.
За даними Міжнародного енергетичного агентства (IEA),
станом на 2023 рік близько 10 % глобальних потреб у
теплопостачанні покривалося теплонасосними техноло-
гіями, з яких 5–10 % становили системи типу «вода –
вода», що використовують енергію верхніх водоносних
горизонтів [1]. До 2030 року очікується зростання вста-
новлених потужностей теплових насосів до 2600 ГВт, а
частка низькопотенційних ресурсів підземних вод може
зрости до 15–20 % [2].
В Україні офіційна статистика щодо теплонасосних сис-
тем практично відсутня, проте відомі приклади їх успіш-
ного впровадження. Зокрема, в Києві (житловий масив
Осокорки) функціонує теплонасосна установка потужні-
стю 16 кВт, що забезпечує опалення приміщень площею
270 м²[3]. На ТЕЦ-6 у Києві експлуатується теплонасосна
система типу «вода – вода» потужністю 3,5 МВт, яка ви-
користовує скидну теплоту технологічних вод. Фармаце-
втична компанія «Дарниця» використовує теплоту верх-
1 наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
2 пров. інж.
https://orcid.org/0009-0007-0388-5704
3 мол. наук. співроб.
https://orcid.org/0009-0007-0625-8052
1, 2, 3 Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
300
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
нього горизонту для охолодження технологічного обла-
днання та системи кондиціонування повітря [4].
Попри позитивні тенденції, темпи впровадження тепло-
насосних технологій в Україні залишаються нестабіль-
ними. Їх розвиток стримується високою вартістю облад-
нання, коливаннями цін на природний газ та непослі-
довністю державної політики у сфері відновлюваної
енергетики. Водночас кількість теплонасосних систем
поступово зростає, що підтверджує актуальність дослі-
дження цієї технології [5, 6].
Для вивчення процесів, які відбуваються під час викори-
стання низькопотенційної енергії верхніх водоносних
горизонтів та ненасичених водою ґрунтів, в Інституті від-
новлюваної енергетики НАН України створено експери-
ментальний полігон [7]. Метою досліджень є підви-
щення енергоефективності теплонасосних установок
застосуванням різних типів ґрунтових зондів і пристроїв
для інтенсифікації відбору теплоти з надр, а також оці-
нка можливостей сезонного акумулювання надлишко-
вої сонячної енергії у водоносному горизонті. Парале-
льно вивчається вплив експлуатації геотермальних
систем на природні умови масиву порід, температурно-
гідродинамічні характеристики водоносних горизонтів
та довкілля.
Визначення початкових гідрогеологічних умов ділянки
полігона є ключовим етапом цих досліджень, що забез-
печує основу для оцінки оптимальних експлуатаційних
параметрів теплонасосних систем, прогнозу їх динаміки
в часі, розрахунку теплоакумулювальної здатності водо-
носного горизонту та аналізу впливу природного потоку
підземних вод на збереження теплової енергії. Без цих
вихідних даних неможливо об’єктивно оцінити зміни,
що відбуваються під час експериментів, і визначити
ефективність застосування окремих технологій.
Постановка завдання. Метою цього дослідження є ком-
плексне вивчення природних гідрогеологічних умов ді-
лянки експериментального полігона ІВЕ НАН України та
визначення вихідних параметрів водоносного горизо-
нту, що використовується в теплонасосних установках як
джерело низькопотенційної енергії.
Для досягнення цієї мети було необхідно виконати такі
завдання:
1. На основі результатів бурових робіт охарактеризувати
геологічну будову ділянки дослідження, літологічний
склад і стратиграфічні особливості порід, що форму-
ють водоносні горизонти та водотривкі товщі, а також
визначити глибини їх залягання. На основі геодезич-
них вишукувань провести узгодження глибин до єди-
ної системи координат і побудувати гідрогеологічний
розріз ділянки;
2. На основі режимних спостережень дослідити гідро-
динамічні й температурні особливості продуктив-
ного водоносного горизонту та визначити амплітуди
річних змін рівня й температури підземних вод;
3. Встановити напрямок природного руху підземних
вод продуктивного горизонту, умови його живлення
та розвантаження;
4. За результатами дослідно-фільтраційних робіт ви-
значити основні гідрогеологічні параметри водонос-
ного горизонту.
Для реалізації цих завдань було застосовано комплекс
методів: аналіз результатів буріння, геодезичні вишуку-
вання та побудова гідрогеологічного розрізу ділянки, гі-
дрогеологічне опробування свердловин, режимні спо-
стереження за рівнем і температурою підземних вод, а
також математичне моделювання розподілу пластових
тисків у водоносному горизонті.
1. Геологічна будова та гідрогеологічний розріз діля-
нки дослідження
Геологічна будова ділянки дослідження була достатньо
детально вивчена під час буріння п’яти свердловин гли-
биною від 50 до 117 м.
Для приведення даних до єдиної системи висотних ко-
ординат було виконано нівелювання устя свердловин та
реперних точок за допомогою лазерного рівня
PRACMANU WR3D-12. Вихідною основою слугувала кон-
трольна точка фундаменту споруди з відомою абсолют-
ною відміткою («абсолютний нуль»), отриманою з проє-
ктної документації [8].
Сітку горизонтальних координат та відстані між сверд-
ловинами визначали за допомогою лазерного дально-
міра FLUKE 414D. Для контролю точності координати пе-
ревіряли розрахунком гіпотенуз відповідно до теореми
Піфагора та порівняння отриманих теоретичних значень
з фактично виміряними відстанями від початкової точки
системи координат.
Внаслідок проведених робіт, відповідно до ГСТУ [9],
було побудовано гідрогеологічний розріз ділянки полі-
гону, зображений на рис. 1.
На території експериментального полігона продуктив-
ним для створення теплонасосних установок типу
«вода – вода» є водоносний горизонт, якій розташова-
ний у відкладах полтавської світи міоцену.
Полтавський горизонт у межах ділянки дослідження ро-
зташований на глибині 32–54 м від поверхні землі. Тов-
щина горизонту змінюється від 18 до 22 м. Горизонт
складається із сірого дрібнозернистого піску. Зверху го-
ризонт перекритий 20-метровою товщею щільної бурої
глини. Знизу горизонт підстилається товщею водотрив-
ких щільних мергелів зеленувато-блакитного кольору.
Товщина горизонту мергелів становить 34 м.
Продуктивний горизонт безнапірний. Верхня частина
його «суха», товщина насиченої підземними водами ча-
стини горизонту змінюється протягом року залежно від
умов його живлення та розвантаження, що обумовлює
сезонні коливання кількості підземних вод у горизонті.
301
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Рис. 1. Гідрогеологічний розріз ділянки полігону ІВЕ НАНУ по лінії І-І (масштаб: 1 см = 3,2 м)
2. Зміни рівня та температури підземних вод у часі
Для визначення амплітуди та особливостей сезонних
коливань параметрів Полтавського водоносного гори-
зонту, згідно з методикою [10], на дослідній ділянці в
період від 15.01.25 до 24.09.25 проводилися режимні
спостереження за рівнем і температурою підземних вод
у свердловинах № 11 та № 10.
У свердловині № 11 спостереження здійснювалися за
допомогою стаціонарної автоматизованої системи мо-
ніторингу, яка виконувала щоденні вимірювання пара-
метрів з інтервалом 15 с. Абсолютна похибка вимірю-
вання становила: за температурою – 0,05 °С; за рівнем –
0,005 м. Отримані дані система моніторингу обробляла
шляхом поділу доби на дев’ять інтервалів, для кожного
з яких визначались максимальні, мінімальні та середні
часозважені значення рівня і температури підземних
вод у водоносному горизонті.
У свердловині № 10 режимні спостереження виконува-
лися з використанням переносного глибинного рівне-
міра-термометра «UniWell Dolphin» (котушковий тип) з
періодичністю один вимір на тиждень. Крім глибини рі-
вня фіксувалися температура повітря, температура під-
земних вод на забої свердловини (50 м) та на глибині
41 м. Абсолютна похибка вимірювання становила: за те-
мператур–ою – 0,05 °С; за рівн–ем – 0,005 м.
Результати режимних спостережень наведено на рис. 2.
Рис. 2. Результати режимних спостережень за параметрами Полтавського водоносного горизонта у
свердловинах № 11 і № 10: а) – зміни рівня підземних вод у свердловині № 11; b) – зміни рівня підземних вод у
свердловині № 10; с) – зміни температури підземних вод у свердловині № 11; d) – зміни температури підзем-
них вод у свердловині № 10
302
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Як видно на рис. 2,а) і б), для обох свердловин найбі-
льша кількість підземних вод у горизонті (відповідно
найвищі рівні) фіксується в березні – квітні, а восени (ве-
ресень – жовтень) вони помітно зменшуються [11–13]. У
свердловині № 11 амплітуда коливань рівня за рік ста-
новила близько 0,33 м, тоді як у свердловині № 10 –
майже втричі більше, 0,91 м. Така розбіжність поясню-
ється застосуванням у свердловині № 11 автоматизова-
ної системи моніторингу, яка виконує усереднення да-
них у межах інтервалів вимірювання. Для побудови
графіка ми додатково усереднили данні за добу. Внаслі-
док цього амплітуда, отримана у свердловині № 11, не
відображає реальної величини коливань і не може вва-
жатися репрезентативною.
За результатами вимірювань температурні характерис-
тики водоносного горизонту виявилися значно стабіль-
нішими. У свердловині № 11 річна амплітуда становила
0,26 °С, тоді як у свердловині № 10 на глибині 41 м вона
досягла 0,8 °С, а на глибині 50 м – 0,2 °С. Як видно на
рис. 2, d), зміни температур мають однаковий характер,
проте з глибиною амплітуда коливань зменшується.
3. Визначення напрямку руху підземних вод у продук-
тивному горизонті
Встановлення напрямку руху підземних вод є важливою
гідрогеологічною характеристикою, на основі якої ви-
значаються умови закачування відпрацьованого тепло-
носія, оцінюється здатність горизонту до акумулювання
та збереження теплової енергії, а також прогнозуються
зони поширення впливу відбору та техногенного тепло-
вого поля [14].
Для визначення напрямку руху підземних вод у Полтав-
ському водоносному горизонті було проведено одночас-
не вимірювання рівнів у свердловинах № 1, № 8, № 10,
№ 11 та рівня у ставку, що розташований у Новоселківсь-
кій балці. За допомогою програми Surfer [15] було побу-
довано карту розподілу пластових тисків у горизонті. Як
відомо, гідродинамічний потік завжди рухається від ви-
щих значень рівня (тиску) до нижчих значень. Напрямок
руху визначався за лініями токів, які проводяться перпен-
дикулярно до ліній рівного напору (ізогіпс).
Як видно на рис. 3, потік має південно-західний напря-
мок, а швидкість цього руху є дуже низькою через не-
значні напірні градієнти. Навколо свердловини № 1 фо-
рмується зона підвищених тисків, що вибивається із
загальної картини руху підземних вод. На нашу думку,
це зумовлено додатковим локальним живленням Пол-
тавського горизонту, пов’язаним з конструктивними
особливостями свердловини. На відміну від інших свер-
дловин, свердловина № 1 має двоколонну будову. На
глибині 27 м від гирла свердловини колони з’єдну-
ються. Місце з’єднання не було зацементоване, що
створює умови для підживлення горизонту з водонос-
них відкладів четвертинного віку, які залягають вище
продуктивного горизонту (див. рис. 1).
Рис. 3. Розподіл пластових тисків у Полтавському горизонті в межах ділянки дослідження
303
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Слід зазначити, що під час вимірювань у свердловині
№ 1 датчик рівнеміра фіксує наявність насиченої водою
ділянки стовбура на глибині близько 27 м, що підтвер-
джує наведене припущення.
4. Визначення гідрогеологічних параметрів продукти-
вного горизонту
Для визначення продуктивності горизонту було прове-
дено відкачування зі свердловини № 11 на три зниження
рівня. Параметри відкачування наведено у табл. 1.
Таблиця 1. Параметри тристадійного відкачування зі свердловини № 11
№ Час
Рівень, м Зниження рівня, м Витрата,
л/с Мін Ср Мах Мін Ср Мах
1 11:10–12:30 0,79 0,97 1,1 0,42 0,34 0,25 0,13
2 12:30–13:32 0,49 0,78 1,13 0,72 0,53 0,22 0,24
3 13:32–14:42 0,15 0,21 0,4 1,06 1,1 0,95 0,54
На основі отриманих експериментальних даних було
побудовано графік залежності дебіту свердловини від
зниження рівня у водоносному горизонті (рис. 4). Цей
графік використовують для оцінки продуктивності свер-
дловини; визначення питомих дебітів (Q/s); екстраполя-
ції до умов експлуатації; розрахунку оптимального ре-
жиму відкачки без надмірного зниження рівня.
Питомий дебіт є індикатором визначення продуктивно-
сті свердловини. Він показує кількість води, яку можна
отримати з горизонту в разі зниження рівня на 1 м. Цей
показник використовують для порівняння свердловин і
для первинної оцінки фільтраційних властивостей гори-
зонту. Розрахований за експериментальними даними
питомий дебіт свердловини № 11 становив 0,44 л/с·м⁻¹.
Тобто горизонт має низьку водовіддачу, яка прита-
манна для дрібнозернистих пісків та супісків [16, 17].
Визначення максимального дебіту, який можна отри-
мати зі свердловини № 11 за умов використання наяв-
ного насосного обладнання та дотримання вимог його
безперебійної роботи, виконано на основі розрахунку
гранично допустимого зниження рівня підземних вод.
Згідно з паспортом свердловини № 11, глибинний насос
марки «Водолій» встановлено на глибині 4 м від устя
свердловини (абсолютна відмітка 139,31 м). Для забез-
печення стабільної роботи насос повинен бути повністю
занурений у воду, при цьому висота водяного стовпа
над ним має становити не менше 40 см [18]. При існую-
чому статичному рівні 139,71 м гранично допустиме
зниження рівня становить 1,23 м. Графік залежності де-
біту свердловини від зниження рівня було продовжено,
і за апроксимованою кривою, відповідно до визначе-
ного гранично допустимого зниження, визначено мак-
симальний дебіт свердловини, який становить 0,61 л/с
(2,2 м3/год). Орієнтовну теплову потужність свердло-
вини розрахуємо за залежністю [19]:
)( 12 ttQсN вв −= , (1)
деN – теплова потужність, Вт; ρв – густина води, кг/м3;
св – питома теплоємність, Дж/(кг·°C); Q – об’ємна ви-
трата, м³/с; t2-t1 – різниця температур на вході та виході
контуру теплового насоса, °C. Температурний перепад у
теплонасосному обладнанні приймається рівним 5 °C.
За таких умов теплова потужність свердловини стано-
вить 12,8 кВт. Результати експериментальних робіт по-
казали, що глибинний насос у свердловині № 11 встано-
влений занадто високо, що суттєво обмежує її
продуктивність. Рекомендується опустити насос на бі-
льшу глибину, що дасть змогу здійснювати відкачування
з більшим дебітом.
Рис. 4. Графік залежності дебіту свердловини від зниження рівня в горизонті
0,0
0,5
1,0
1,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Зн
и
ж
ен
н
я
р
ів
н
я,
м
Дебіт, л/с
експериментальні дані прогнозні дані
304
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Висновки
На території Київського плато, розташованого на пра-
вому березі Дніпра в межах Київської, частково Черка-
ської та Житомирської областей, перспективним для
створення теплонасосних установок типу «вода – вода»
є Полтавський водоносний горизонт, який є першим від
поверхні землі. Цей горизонт має повсюдне поширення,
відсутній лише в долинах річок та глибоко врізаних ярах
[11, 12].
У межах ділянки експериментального полігона ІВЕ НАН
України Полтавський водоносний горизонт залягає на
глибинах до 50–54 м. Горизонт безнапірний, його вер-
хня частина є ненасиченою підземними водами, скла-
дений горизонт переважно дрібнозернистими пісками.
Результати режимних спостережень за сезонними змі-
нами параметрів Полтавського горизонту дали змогу
визначити амплітуди річних коливань: зміна рівня під-
земних вод становила 0,91 м, а температури – 0,2 °C.
Отримані амплітуди сезонних коливань необхідно вра-
ховувати під час проведення експериментальних робіт
та розрахунків теплонасосних систем, що використову-
ють підземні води як джерело теплоти.
Визначений напрямок руху підземних вод у горизонті
необхідно враховувати під час проєктування на ділянці
експериментального полігона систем закачування відп-
рацьованого теплоносія, а також під час проведення
експериментів, спрямованих на оцінку акумулювальної
здатності горизонту.
Розрахований за результатами експериментальних ро-
біт питомий дебіт свердловини № 11 становить
0,44 л/с·м⁻¹, що свідчить про низьку водовіддачу водо-
носного горизонту. Встановлено, що глибинний насос у
свердловині розташований занадто високо, що суттєво
обмежує її продуктивність. Рекомендується опустити
насос на більшу глибину, що дасть змогу збільшити де-
біт відкачування.
На основі гранично допустимого зниження рівня в гори-
зонті визначено максимальну кількість підземної води,
яку можна отримати зі свердловини № 11. Розрахунки
показали, що використання підземних вод цієї свердло-
вини дає змогу забезпечити теплове навантаження бли-
зько 12,8 кВт, що є недостатнім для повного опалення
приміщень інституту, проте цього вистачить для підтри-
мання працездатності системи в умовах відсутності еле-
ктропостачання.
ПОСИЛАННЯ
1. Сайт міжнародного енергетичного агентства (IEA).
https://www.iea.org/energy-system/buildings/heat-
pumps
2. Сайт міжнародного енергетичного агентства (IEA).
https://www.iea.org/reports/the-future-of-heat-
pumps/executive-summary
3. https://geosun.com.ua/uk/category/works/
4. Перепелиця І., Зурян О. (2024). ПРИКЛАДНА МЕТО-
ДОЛОГІЯ КОМПЛЕКСНОГО ЗАСТОСУВАННЯ ТЕХНО-
ЛОГІЙ ВІЛЬНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ТА ТЕПЛОВИХ НА-
СОСІВ. Відновлювана енергетика, (1(76), 109–117.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.1(76).109-
117
5. Water Source Heat Pump Market Size and Share
Forecast Outlook (2025 to 2035).
https://www.futuremarketinsights.com/reports/water
-source-heat-pump-market?
6. Сайт міжнародного енергетичного агентства (IEA).
https://www.reddit.com/r/neoliberal/comments/12m
4vne/global_heat_pump_sales_continue_doubledigit
7. Відновлювані джерела енергії: монографія / за заг.
ред. С. О. Кудрі. Інститут відновлюваної енергетики
НАН України. Київ: ІВЕ НАН України, 2025. 493 с.
https://www.ive.org.ua/wp-
content/uploads/monograph2024.pdf
8. Виконавча документація «Житлове та культурно-по-
бутове будівництво по вулиці Метрологічній в Голо-
сіївському районі м. Києва. Архітектурні рішення».
МЛ-0733/0325. ПП КТМ «Левчук і К». 2011 р.
9. Галузевий стандарт України. Геологічне картографу-
вання. Типові умовні позначення. Основні вимоги.
Видання офіційне. Міністерство екології та природ-
них ресурсів. Київ 2002. С. 106.
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/umovni_poznachenn
ja.pdf
10. Корнєєнко С. В. Методика гідрогеологічних дослі-
джень. Основні методи і види гідрогеологічних дос-
ліджень: Навч. посібник. К.: ВПЦ “Київський універ-
ситет”, 2001. 69 с.
https://www.geology.knu.ua/media/library/docs/posi
bnyk.pdf
11. Ситников А. Б., Головченко Ю. Г., Ткаченко К. Д. Ги-
дрогеологическая станция «Феофания»: многолет-
ние исследования и результаты. Монография. Ин-
ститут геологических наук НАН Украины. Київ: ІГН
НАН України, 2003. 199 с.
12. Звіт ДНВП « Геоінформ» Отчет по детальной разве-
дке подземных вод для хозяйственно-питьевого во-
доснабжения г. Киева (участок Бортничи І-ІІ) за
1980–1984 гг.» ГО «Севукргеология», Правобереж-
ная геологоразведочная експедиція, фондові мате-
ріали № 46506 в 7 томах. Том І, 1984.
13. Камзіст Ж. С. Гідрогеологія України : навч. посібик
для студентів геол., геогр. та екол. спец. вищ. навч.
закл. / Ж. С. Камзіст, О. Л. Шевченко; М-во освіти і
науки України. Київ: ІНКОС, 2009. 613 c.
14. Іськов С. C. Гідрогеологія. Ч. І. Основи гідрогеології:
навч. посібник / С. С. Іськов. Житомир: ЖДТУ, 2012.
348 с.
305
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
15. Жуков М. Методичні вказівки до лабораторної ро-
боти. Пакет наукової графіки «Surfer». Київський на-
ціональний університет імені Тараса Шевченка Гео-
логічний факультет. Київ, 2009. 62 c.
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhukov_n_n/Tema_1
0_Surfer.pdf
16. Зоценко М. Л. Основи гідрогеології та інженерної ге-
ології: навч. посібник / М. Л. Зоценко, Ю. Л. Винни-
ков. Полтава: НУ «Полтавська політехніка імені Юрія
Кондратюка», 2023. 258 с ISBN 978-966-616-189-8
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561
/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%9
8%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0
%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%
86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9
D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9
E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
17. Newman, C. P., Kisfalusi, Z. D., Holmberg, M. J., 2021.
Assessing specific-capacity data and short-term aquifer
testing to estimate hydraulic properties in alluvial
aquifers of the Rocky Mountains, Colorado, USA. J.
Hydrol. Reg. Stud. 38, 100949.
https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2021.100949.
18. Руководство по эксплуатации бытового центробеж-
ного погружного электронасоса «Водолей».
https://www.dommax.com.ua/dokum/vodoley05.pdf
19. Morozov, Y., Barylo, A., Chalaev, D., & Dobrovolskyi, M.
(2019). ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИКОРИС-
ТАННЯ ПЕРШИХ ВІД ПОВЕРХНІ ВОДОНОСНИХ ГОРИ-
ЗОНТІВ ДЛЯ ТЕПЛО- І ХЛАДОПОСТАЧАННЯ. Віднов-
лювана енергетика, (2(57), 70–78.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhukov_n_n/Tema_10_Surfer.pdf
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhukov_n_n/Tema_10_Surfer.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://reposit.nupp.edu.ua/bitstream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
https://www.dommax.com.ua/dokum/vodoley05.pdf
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
306
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
UDC 504.062.2; 697.975 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.4(83).299-311
RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE
INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE
Received Oct. 14, 2025; accepted Dec. 09, 2025
Available online Dec. 31, 2025
Barilo A.1, Soroka A.2, Lobanova I.3
Author for correspondence: Barilo Anastasiia,
e-mail: geotherm@ukr.net
The hydrogeological conditions of a site are a key factor in
selecting a productive aquifer for water-to-water heat pump
systems, determining their optimal parameters, and assessing
the impact of operation on natural processes and the
environment. This study presents the results of a comprehensive investigation of the hydrogeological conditions
at the experimental site of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine.
Based on geodetic measurements of surface elevations and analysis of drilling data, a hydrogeological cross-
section of the site was constructed. It was determined that the Poltava aquifer is the most suitable for the
application of heat pump technologies, and its main hydrogeological characteristics were defined. Long-term
monitoring of groundwater temperature and level within the productive horizon allowed the determination of
seasonal amplitude variations. Observations were conducted using a stationary automated monitoring system
and a portable coil-type water level and temperature meter. Experimental data were processed in Surfer software
to generate a formation pressure distribution map and identify the direction of groundwater flow. Test pumping
and filtration experiments were used to construct an indicator curve showing the relationship between well
discharge and drawdown, as well as to calculate the specific capacity of the well. The results indicate that the
Poltava aquifer has relatively low filtration properties, making it more suitable for experimental studies and for
partial coverage of the building’s thermal load at the Institute of Renewable Energy. The identified amplitudes of
seasonal fluctuations in groundwater temperature and level should be considered when designing and operating
groundwater-source heat pump systems.
Keywords: low-potential geothermal resources, aquifer parameters, pumping and filtration tests.
Introduction
The low-potential energy of the upper layers of the Earth is
the most promising type of geothermal energy in terms of
availability and distribution. Its formation does not require
specific geothermal conditions, high geothermal gradients,
or significant inflows of deep heat, which greatly simplifies
the possibilities of its practical use. Heat pump systems that
utilize this resource operate stably and efficiently even at
low aquifer temperatures, providing a high coefficient of
energy conversion. The relatively shallow depth of such aq-
uifers reduces capital costs for drilling and well construc-
tion, making the technology economically attractive for in-
dividual, industrial, and municipal applications alike.
According to the International Energy Agency (IEA), as of
2023, approximately 10% of global heating demand was met
by heat pump technologies, of which 5–10% were “water-to-
water” systems that utilize the energy of shallow aquifers [1].
By 2030, the total installed capacity of heat pumps is ex-
pected to reach 2,600 GW, while the share of low-potential
groundwater resources may increase to 15–20% [2].
In Ukraine, official statistics on heat pump systems are al-
most nonexistent; however, several examples of their
successful implementation are known. In Kyiv (Osokorky
residential district), a 16 kW heat pump system provides
heating for a 270 m² building [3]. At Kyiv’s CHP-6 plant, a
3.5 MW “water-to-water” heat pump system operates us-
ing waste heat from process water. The pharmaceutical
company Darnytsia utilizes the heat of shallow groundwa-
ter for cooling technological equipment and air-condition-
ing systems [4].
Despite positive trends, the pace of heat pump technology
implementation in Ukraine remains unstable. Their devel-
opment is hindered by the high cost of equipment, fluctua-
tions in natural gas prices, and inconsistent state policy in
the field of renewable energy. At the same time, the num-
ber of heat pump systems is gradually increasing, confirm-
ing the relevance of studying this technology [5,6].
To investigate the processes occurring during the utilization
of low-potential energy from shallow aquifers and unsatu-
rated soils, an experimental testing site was established at
the Institute of Renewable Energy of the National Academy
of Sciences of Ukraine [7]. The aim of the research is to im-
prove the energy efficiency of heat pump systems through
the use of various types of ground probes and devices for
1 Researcher
https://orcid.org/0000-0001-7981-6464
2 Lead Engineer
https://orcid.org/0009-0007-0388-5704
3 Junior Researcher
https://orcid.org/0009-0007-0625-8052
1, 2, 3 Institute of Renewable Energy of NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine
307
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
enhancing heat extraction from the subsurface, as well as
to assess the potential for seasonal storage of excess solar
energy in an aquifer. In parallel, studies are being con-
ducted on the impact of geothermal system operation on
the natural conditions of the rock mass, the thermal and
hydrodynamic characteristics of aquifers, and the environ-
ment.
Determining the initial hydrogeological conditions of the
test site is a key stage of these studies. It provides the basis
for assessing the optimal operational parameters of heat
pump systems, forecasting their performance dynamics
over time, calculating the heat storage capacity of the aq-
uifer, and analyzing the influence of natural groundwater
flow on thermal energy retention. Without these baseline
data, it is impossible to objectively evaluate the changes oc-
curring during experiments or to determine the effective-
ness of specific technologies.
Problem statement
The purpose of this study is to conduct a comprehensive
investigation of the natural hydrogeological conditions of
the experimental site of the Institute of Renewable Energy
of the National Academy of Sciences of Ukraine (IRE NASU)
and to determine the baseline parameters of the aquifer
used in heat pump systems as a source of low-potential en-
ergy. To achieve this goal, the following tasks were set:
1. Based on drilling results, to characterize the geological
structure of the study area, the lithological composition
and stratigraphic features of the formations that
constitute the aquifers and aquitards, and determine
their depths. Using geodetic survey data, to align the
depth measurements within a unified coordinate
system and construct a hydrogeological cross-section of
the site.
2. Based on monitoring observations, to investigate the
hydrodynamic and temperature characteristics of the
productive aquifer and determine the amplitudes of
annual fluctuations in groundwater levels and
temperature.
3. To determine the direction of natural groundwater flow
within the productive aquifer and identify the
conditions of its recharge and discharge.
4. According to the results of pumping and filtration tests,
to determine the main hydrogeological parameters of
the aquifer.
To accomplish these tasks, a comprehensive set of methods
was applied, including the analysis of drilling data, geodetic
surveying and construction of a hydrogeological cross-sec-
tion, hydrogeological testing of wells, monitoring of
groundwater levels and temperature, as well as mathemat-
ical modeling of formation pressure distribution within the
aquifer.
1. Geological Structure and Hydrogeological Profile of the
Study Area
The geological structure of the study area was examined in
detail during the drilling of five boreholes with depths rang-
ing from 50 to 117 meters. To unify the data within a single
elevation coordinate system, the wellheads and benchmark
points were leveled using a PRACMANU WR3D-12 laser
level. The reference point was a control mark on the build-
ing foundation with a known absolute elevation (“zero
level”) obtained from the project documentation [8].
The horizontal coordinate grid and distances between
boreholes were determined using a FLUKE 414D laser
rangefinder. To verify measurement accuracy, coordinates
were checked by calculating hypotenuses using the Pythag-
orean Theorem and comparing the theoretical values with
the actual measured distances from the origin of the coor-
dinate system. As a result of these works, and in accord-
ance with GOSTU [9], a hydrogeological cross-section of the
test site was constructed (Fig. 1).
Within the experimental site, the productive aquifer suita-
ble for “water-to-water” heat pump systems is located in
the deposits of the Poltava Formation of the Miocene age.
The Poltava aquifer within the study area occurs at depths
of 32–54 m below the ground surface and has a thickness
of 18–22 m. It is composed of gray, fine-grained sand, over-
lain by a 20 m layer of dense brown clay and underlain by a
34 m layer of impermeable greenish-blue marl.
The productive aquifer is unconfined. Its upper part is un-
saturated (“dry”), and the thickness of the saturated zone
varies seasonally with recharge and discharge conditions,
resulting in periodic fluctuations in groundwater volume
within the aquifer.
Fig. 1. Hydrogeological cross-section of the IRE NASU test site along line I–I (scale: 1 cm = 3.2 m)
308
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
2. Temporal Variations of Groundwater Level and Temper-
ature
To determine the amplitude and characteristics of seasonal
fluctuations in the parameters of the Poltava aquifer, ac-
cording to the methodology [10], regular monitoring of
groundwater level and temperature was carried out at the
test site from January 15, 2025, to September 24, 2025, in
observation wells No. 11 and No. 10.
At well No. 11, observations were performed using a sta-
tionary automated monitoring system, which recorded
measurements at 15-second intervals throughout the day.
The absolute measurement accuracy of the monitoring sys-
tem was ±0.05 °C for temperature and ±0.005 m for
groundwater level. The monitoring system processed the
obtained data by dividing each day into nine intervals, for
each of which the maximum, minimum, and time-weighted
average values of groundwater level and temperature in
the aquifer were determined.
In well No. 10, monitoring was carried out using a portable
depth level and thermometer “UniWell Dolphin” (reel
type), with a measurement frequency of once per week. In
addition to the water level depth, measurements included
air temperature, groundwater temperature at the well bot-
tom (50 m), and at a depth of 41 m. The absolute measure-
ment accuracy of the monitoring system was ±0.05 °C for
temperature and ±0.005 m for groundwater level.
The results of the monitoring observations are shown in
Fig. 2.
Fig. 2. Results of monitoring observations of the parameters of the Poltava aquifer in wells No.°11 and No.°10: a) -
changes in the groundwater level in well No.°11; b) - changes in the groundwater level in well No.°10; c) - changes in the
temperature of groundwater in well No. 11; d) - changes in the temperature of groundwater in well No.°10
As shown in Fig. 2a and 2b, the highest groundwater levels
(corresponding to the greatest amount of groundwater in
the aquifer) for both wells were recorded in March–April,
while in autumn (September–October) the levels noticea-
bly decreased [11–13]. In well No. 11, the annual amplitude
of level fluctuations was about 0.33 m, whereas in well No.
10 it was almost three times higher, reaching 0.91 m. This
difference is explained by the use of an automated moni-
toring system in well No. 11, which averages the data
within the measurement intervals. For plotting the graph,
the data were additionally averaged over 24 hours. As a re-
sult, the amplitude obtained for well No. 11 does not reflect
the actual magnitude of fluctuations and cannot be consid-
ered representative.
According to the temperature measurements, the thermal
characteristics of the aquifer proved to be much more sta-
ble. In well No. 11, the annual amplitude was 0.26 °C, while
in well No. 10 it reached 0.8 °C at a depth of 41 m and 0.2
°C at a depth of 50 m. As shown in Fig. 2d, the temperature
variations follow a similar pattern, but their amplitude de-
creases with depth.
3. Determination of Groundwater Flow Direction within
the Productive Aquifer
Determining the direction of groundwater flow is an im-
portant hydrogeological characteristic that provides the ba-
sis for defining the conditions of used heat carrier reinjec-
tion, assessing the aquifer’s capacity to accumulate and
309
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
retain thermal energy, and predicting the extent of zones
affected by water extraction and the anthropogenic ther-
mal field [14].
To determine the groundwater flow direction within the
Poltava aquifer, simultaneous measurements of groundwa-
ter levels were taken in wells No. 1, 8, 10, and 11, as well as
in the pond located in the Novoselky ravine. Using Surfer
software [15], a pressure head distribution map for the aq-
uifer was constructed. As is well known, groundwater flow
always moves from areas of higher head (pressure) toward
areas of lower head. The flow direction was determined
along flow lines, which are drawn perpendicular to equipo-
tential lines (head contours).
As shown in Fig. 3, the groundwater flow is generally di-
rected southwestward, and its velocity is very low due to
minor hydraulic gradients. A zone of elevated pressure is
observed around well No. 1, which deviates from the
overall groundwater flow pattern. In our opinion, this
anomaly is caused by local recharge of the Poltava aqui-
fer, associated with the structural design of the well. Un-
like the other wells, well No. 1 has a two-casing construc-
tion. The casings are connected at a depth of about 27 m
from the wellhead. This connection point was not ce-
mented, creating conditions for upward recharge from
Quaternary aquifers located above the productive hori-
zon (see Fig. 1).
It should be noted that during measurements in well No.
1, the level sensor detected a water-saturated interval at
a depth of approximately 27 m, which supports this as-
sumption.
Fig. 3. Distribution of formation pressures in the Poltava aquifer within the study area
4. Determination of Hydrogeological Parameters of the
Productive Aquifer
To determine the productivity of the aquifer, pumping tests
were carried out in well No. 11 at three drawdown stages.
The pumping parameters are presented in Table 1.
Table 1. Parameters of three-stage pumping from well No. 11
No. Time
Water level, m Drawdown, m
Discharge, L/s
Min Avg Мах Min Avg Мах
1 11:10 -12:30 0.79 0.97 1.1 0.42 0.34 0.25 0.13
2 12:30 -13:32 0.49 0.78 1.13 0.72 0.53 0.22 0.24
3 13:32 -14:42 0.15 0.21 0.4 1.06 1.1 0.95 0.54
310
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
Based on the experimental data obtained, a graph showing
the relationship between the well discharge and drawdown
in the aquifer was constructed (Fig. 4).
This graph is used to evaluate well productivity, determine
specific discharge values (Q/s), extrapolate to operational
conditions, and calculate the optimal pumping regime with-
out excessive drawdown.
Fig. 4. Graph of the dependence of well discharge on drawdown in the aquifer
The specific discharge is an indicator used to assess well
productivity. It represents the amount of water that can be
extracted from the aquifer when the water level is lowered
by 1 meter. This parameter is used for comparing wells and
for the preliminary evaluation of the aquifer’s filtration
properties.
Based on the experimental data, the specific discharge of
well No. 11 was calculated as 0.44 L/s·m⁻¹, indicating low
yield, which is typical for fine-grained sands and sandy
loams [16, 17].
The maximum discharge that can be obtained from well No.
11 under the conditions of the existing pumping equipment
and continuous operation requirements was determined
based on the calculation of the maximum permissible
drawdown of groundwater level.
According to the well passport, the submersible pump of
the “Vodoliy” brand is installed at a depth of 45 m from the
wellhead (absolute elevation 139.31 m). To ensure stable
operation, the pump must remain fully submerged, with a
minimum water column height of 40 cm above it [18].
Given the current static water level of 139.71 m, the
maximum permissible drawdown is 1.23 m.
The graph of the relationship between well discharge and
drawdown was extended, and based on the approximated
curve corresponding to the permissible drawdown, the
maximum discharge of the well was determined to be 0.61
L/s (or 2.2 m³/h).
The estimated thermal capacity of the well is calculated
using the following relationship [19]:
)( 12 ttQсN вв −= (1)
Where N – thermal capacity, W; ρₙ – water density, kg/m³;
cₙ – specific heat capacity of water, J/(kg·°C); Q – volumetric
flow rate, m³/s; t₂ – t₁ – temperature difference between
the inlet and outlet of the heat pump circuit, °C.
The temperature difference in the heat pump equipment is
assumed to be 5 °C. Under these conditions, the thermal
capacity of the well is 12.8 kW.
The results of experimental tests showed that the
submersible pump in well No. 11 is installed too high, which
significantly limits its productivity. It is recommended to
lower the pump to a greater depth to enable pumping at a
higher discharge rate.
Conclusions
1. Within the Kyiv Plateau, located on the right bank of the
Dnipro River and extending across parts of the Kyiv,
Cherkasy, and Zhytomyr regions, the Poltava aquifer—
the uppermost groundwater-bearing horizon—is
considered promising for the development of “water-
to-water” heat pump systems. The aquifer is widely
distributed, being absent only within river valleys and
deeply incised ravines [11, 12].
2. Within the experimental site of the Institute of
Environmental Geochemistry of the NAS of Ukraine, the
Poltava aquifer occurs at depths of up to 50–54 m. The
aquifer is unconfined; its upper part is unsaturated with
groundwater and consists mainly of fine-grained sands.
3. The results of long-term monitoring of seasonal
variations in the parameters of the Poltava aquifer
made it possible to determine the annual fluctuation
amplitudes: groundwater level variations reached 0.91
m, while temperature variations amounted to 0.2 °C.
These seasonal amplitudes should be taken into
account when conducting experimental studies and
designing heat pump systems that use groundwater as
a heat source.
311
Відновлювана енергетика. № 4/2025 | Геотермальна енергетика
4. The identified direction of groundwater flow within the
aquifer should be considered when designing the
reinjection systems for spent heat carrier fluids at the
experimental site, as well as during experiments aimed
at assessing the thermal storage capacity of the aquifer.
5. The specific capacity of well No. 11, calculated from
experimental data, equals 0.44 L/s·m⁻¹, indicating low
transmissivity of the aquifer. It was established that the
submersible pump in the well is installed too high,
significantly limiting its productivity. It is recommended
to lower the pump to a greater depth to increase the
pumping rate.
6. Based on the maximum permissible drawdown, the
maximum water yield from well No. 11 was determined.
Calculations showed that groundwater use from this
well can provide a thermal load of approximately 12.8
kW, which is insufficient for full heating of the
Institute’s facilities, but sufficient to maintain the
system operability during power outages.
REFERENCES
1. Website of the International Energy Agency (IEA).
https://www.iea.org/energy-system/buildings/heat-
pumps
2. Website of the International Energy Agency (IEA).
https://www.iea.org/reports/the-future-of-heat-
pumps/executive-summary
3. https://geosun.com.ua/uk/category/works/
4. Perepelytsia, I., Zurian, O. (2024). Applied methodology for
comprehensive use of free cooling technologies and heat
pumps. Vidnovliuvana enerhetyka, (1(76), pp. 109-117
5. Water Source Heat Pump Market Size and Share Fore-
cast Outlook (2025 to 2035). https://www.future-
marketinsights.com/reports/water-source-heat-pump-
market
6. Website of the International Energy Agency (IEA).
https://www.reddit.com/r/neoliberal/com-
ments/12m4vne/global_heat_pump_sales_con-
tinue_doubledigit
7. Renewable Energy: Monograph, ed. by Kudria S.O. Insti-
tute of Renewable Energy of the National Academy of
Sciences of Ukraine. Kyiv: IRE NAS of Ukraine, 2025. —
493 p.
https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/mono-
graph2024.pdf
8. Executive documentation “Residential and cultural-
community construction on Metrolohichna Street in the
Holosiiv District of Kyiv. Architectural solutions.” ML-
0733/0325. PP KTM “Levchuk & Co.”, 2011.
9. Industry Standard of Ukraine. Geological Mapping.
Standard Symbols. Basic Requirements. Official edition.
Ministry of Ecology and Natural Resources. Kyiv 2002.
106 p. http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/umovni_poz-
nachennja.pdf
10. Methods of hydrogeological investigations. Basic meth-
ods and types of hydrogeological studies: Textbook.
Kyiv, Kyiv University, 2001. – 69 p. https://www.geol-
ogy.knu.ua/media/library/docs/posibnyk.pdf
11. Sytnykov A.B., Holovchenko Yu.H, Tkachenko K.D. Hy-
drogeological Station “Feofania”: long-term studies and
results. Monograph. Institute of Geological Sciences of
the NAS of Ukraine. Kyiv: IGS NAS of Ukraine. — 199 p.
12. Report of SE “Geoinform”: “Detailed exploration of
groundwater for domestic and drinking water supply of
Kyiv (Bortnychi I–II site) for 1980–1984.” SE “Sevukrge-
ologia”, Right-Bank Geological Exploration Expedition,
archival materials No. 46506, 7 volumes, Vol. I, 1984.
13. Kamzist Zh. S. Hydrogeology of Ukraine: Textbook for
students of geological, geographic and ecological spe-
cialties / Zh. S. Kamzist, O. L. Shevchenko; Ministry of
Education and Science of Ukraine. – Kyiv: INKOS, 2009.
– 613 p.
14. Iskov S.C. Hydrogeology. Part I. Fundamentals of hydro-
geology: Textbook/ S.S. Iskov. - Zhytomyr: ZHDTU, 2012.
— 348 p.
15. Zhukov M. Guidelines for laboratory work. Scientific
graphics package “Surfer”. Taras Shevchenko National
University of Kyiv, Faculty of Geology, Kyiv, 2009. – 62 p.
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhu-
kov_n_n/Tema_10_Surfer.pdf
16. Zotsenko M.L. Fundamentals of hydrogeology and engi-
neering geology: Textbook. Poltava: National University
“Yuri Kondratyuk Poltava Polytechnics”, 2023. – 258 p.
ISBN 978-966-616-189-8
https://reposit.nupp.edu.ua/bit-
stream/PoltNTU/11561/1/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%
D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%93%D0%86%D0%94
%D0%A0%D0%9E%D0%93%D0%95%D0%9E%D0%9B%
D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87%20%D0%A2%D0%90
%20%D0%86%D0%9D%D0%96_%D0%93%D0%95%D0
%9E%D0%9B%D0%9E%D0%93%D0%86%D0%87.pdf
17. Newman, C.P., Kisfalusi, Z.D., Holmberg, M.J., 2021. As-
sessing specific-capacity data and short-term aquifer
testing to estimate hydraulic properties in alluvial aqui-
fers of the Rocky Mountains, Colorado, USA. J. Hydrol.
Reg. Stud. 38, 100949.
https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2021.100949.
18. User manual for the household centrifugal submersible
electric pump “Vodolei“.
https://www.dommax.com.ua/dokum/vodoley05.pdf
19. Morozov, Y., Barylo, A., Chalaev, D., & Dobrovolskyi, M.
(2019). Energy efficiency of using upper water-bearing
horizons for heating and cooling supply. Vidnovliuvana
enerhetyka, (2(57), P. 70-78.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
https://www.iea.org/energy-system/buildings/heat-pumps
https://www.iea.org/energy-system/buildings/heat-pumps
https://www.futuremarketinsights.com/reports/water-source-heat-pump-market
https://www.futuremarketinsights.com/reports/water-source-heat-pump-market
https://www.futuremarketinsights.com/reports/water-source-heat-pump-market
https://www.reddit.com/r/neoliberal/comments/12m4vne/global_heat_pump_sales_continue_doubledigit
https://www.reddit.com/r/neoliberal/comments/12m4vne/global_heat_pump_sales_continue_doubledigit
https://www.reddit.com/r/neoliberal/comments/12m4vne/global_heat_pump_sales_continue_doubledigit
https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/monograph2024.pdf
https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/monograph2024.pdf
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/umovni_poznachennja.pdf
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/umovni_poznachennja.pdf
https://www.geology.knu.ua/media/library/docs/posibnyk.pdf
https://www.geology.knu.ua/media/library/docs/posibnyk.pdf
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhukov_n_n/Tema_10_Surfer.pdf
http://www.geol.univ.kiev.ua/lib/zhukov_n_n/Tema_10_Surfer.pdf
https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2021.100949
https://www.dommax.com.ua/dokum/vodoley05.pdf
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).70-78
|
| id | veorgua-article-591 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:18:17Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/2a/e5a973b9623f153dd930bd118f2dd22a.pdf |
| spelling | veorgua-article-5912026-07-18T06:32:23Z RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE Barilo, A. Soroka , A. Lobanova , I. low-potential geothermal resources, aquifer parameters, pumping and filtration tests. низькопотенційні геотермальні ресурси, параметри водоносного горизонту, дослідно- фільтраційні роботи. The hydrogeological conditions of a site are a key factor in selecting a productive aquifer for water-to-water heat pump systems, determining their optimal parameters, and assessing the impact of operation on natural processes and the environment. This study presents the results of a comprehensive investigation of the hydrogeological conditions at the experimental site of the Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine. Based on geodetic measurements of surface elevations and analysis of drilling data, a hydrogeological cross-section of the site was constructed. It was determined that the Poltava aquifer is the most suitable for the application of heat pump technologies, and its main hydrogeological characteristics were defined. Long-term monitoring of groundwater temperature and level within the productive horizon allowed the determination of seasonal amplitude variations. Observations were conducted using a stationary automated monitoring system and a portable coil-type water level and temperature meter. Experimental data were processed in Surfer software to generate a formation pressure distribution map and identify the direction of groundwater flow. Test pumping and filtration experiments were used to construct an indicator curve showing the relationship between well discharge and drawdown, as well as to calculate the specific capacity of the well. The results indicate that the Poltava aquifer has relatively low filtration properties, making it more suitable for experimental studies and for partial coverage of the building’s thermal load at the Institute of Renewable Energy. The identified amplitudes of seasonal fluctuations in groundwater temperature and level should be considered when designing and operating groundwater-source heat pump systems. Гідрогеологічні умови ділянки є ключовим чинником під час вибору продуктивного горизонту для теплонасосних систем типу «вода–вода», визначенні їх оптимальних параметрів і оцінці впливу експлуатації на природні процеси та стан довкілля. У роботі наведено результати комплексного дослідження гідрогеологічних умов ділянки експериментального полігона Інституту відновлюваної енергетики НАН України. На основі геодезичних вимірювань абсолютних відміток поверхні та аналізу бурових даних побудовано гідрогеологічний розріз ділянки. Встановлено, що продуктивним для застосування теплонасосних технологій є Полтавський водоносний горизонт, для якого визначено основні гідрогеологічні характеристики. За результатами режимних спостережень за температурою та рівнем підземних вод у продуктивному горизонті встановлено амплітуди річних коливань параметрів. Моніторинг здійснювався за допомогою стаціонарної автоматизованої системи та переносного глибинного рівнеміра-термометра котушкового типу. На основі експериментальних даних у програмі Surfer побудовано карту розподілу пластових тисків і визначено напрямок руху підземних вод. За результатами дослідно-фільтраційних робіт побудовано індикаторний графік залежності дебіту свердловини від зниження рівня та розраховано питомий дебіт. Проведені дослідження показали, що Полтавський водоносний горизонт характеризується невисокими фільтраційними властивостями, тому є доцільним його використання переважно для експериментальних робіт і часткового покриття теплового навантаження будівлі ІВЕ НАН України. Визначені амплітуди сезонних коливань температури та рівня підземних вод необхідно враховувати під час проведення експериментів і розрахунку теплонасосних систем, що використовують підземні води як джерело теплоти. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-28 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/591 10.36296/1819-8058.2025.4(83).299-311 Vidnovluvana energetika ; No. 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 299-311 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 299-311 Відновлювана енергетика; № 4(83) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 299-311 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.4(83) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/591/502 Copyright (c) 2025 A. Barilo, A. Soroka , I. Lobanova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | low-potential geothermal resources aquifer parameters pumping and filtration tests. Barilo, A. Soroka , A. Lobanova , I. RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title | RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_full | RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_fullStr | RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_full_unstemmed | RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_short | RESULTS OF THE STUDY OF HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF THE EXPERIMENTAL SITE OF THE INSTITUTE OF RENEWABLE ENERGY OF THE NAS OF UKRAINE |
| title_sort | results of the study of hydrogeological conditions of the experimental site of the institute of renewable energy of the nas of ukraine |
| topic | low-potential geothermal resources aquifer parameters pumping and filtration tests. |
| topic_facet | low-potential geothermal resources aquifer parameters pumping and filtration tests. низькопотенційні геотермальні ресурси параметри водоносного горизонту дослідно- фільтраційні роботи. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/591 |
| work_keys_str_mv | AT bariloa resultsofthestudyofhydrogeologicalconditionsoftheexperimentalsiteoftheinstituteofrenewableenergyofthenasofukraine AT sorokaa resultsofthestudyofhydrogeologicalconditionsoftheexperimentalsiteoftheinstituteofrenewableenergyofthenasofukraine AT lobanovai resultsofthestudyofhydrogeologicalconditionsoftheexperimentalsiteoftheinstituteofrenewableenergyofthenasofukraine |