Warunki lokalizacji PROGÓW PIĘTRZĄCYCH STABILIZUJĄCYCH DNO na przykładzie rzeki Dunajec

Wojciech Bartnik

ZAKRES1.Wprowadzenie2.Zrównoważony stan środowiska cieku 3.Negatywne skutki erozji wgłębnej4. Przyczyny wcięcia się rzek i potoków Karpackich 5.System oceny zmian hydromorfologicznych6.Warunki lokalizacji progów7.Podsumowanie – wnioski

W Karpatach i na przedpolu ma miejsce przeobrażenie rzek i potoków.

W obszarach antropopresji potoki i rzeki dopasowują strukturę systemów korytowych

do zmienionych warunków w dolinach na skutek:• regulacji rzek - wzrost zdolności transportowej

cieków• budowy zbiorników zaporowych – brak alimentacji rumowiska na dolnym odcinku

• eksploatacji rumowiska bezpośrednio z koryt,• zmian w charakterze użytkowania zlewni.

Zmiany systemów kortowych polegają głownie na

erozyjnym modelowaniu.Raba, Skawa, Dunajec Wisłoka są pogłębiane w

ostatnim wieku od 2-4 m, a w wyniku erozji wstecznej pogłębiają się również koryta w dolinach

bocznych.Od roku 1989 można zauważyć pojawienie się

impulsu erozji wgłębnej w wyniku zmian użytkowania.

Współczesne pogłębianie mniej intensywne w obrębie gór, a bardziej na ich przedpolu jest falą regresyjnego odmładzania koryt:• zmiana kształtu koryt na węższe i głębsze

• zaprzestania funkcjonowania równin zalewowych• pojawienie się cokołów skalnych

• zmiana koryt aluwialnych na skalne

Obniżenie się minimalnych rocznych stanów wody głównych rzek polskich Karpat i przedgórza w ciągu XX wieku

Lp.Rzeka Przekrój

Maksymalne obniżenie dna

w XXw.

1 Soła Oświęcim 1.9

2 Skawa Wadowice 2.8

3 Raba Gdów 3.3

4 Dunajec Żabno 2.0

5 Poprad Stary Sącz 1.8

6 Biała Koszyce 1.4

7 Wisłoka Brzeźnica 3.8

8 Wisłok Dąbrówki 3.2

9 San Jarosław 3.1

10 Wisła Strumień 2.7

Procesy erozji i akumulacji - Czchów

Rysunek 6.1. Zmienność położenia dna w profilu wodowskazowym Czchów.

0

20

40

60

80

100

120

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

T [lata]

H [c

m]

H(T) = - 4,41 T + 8650,3

H(T) = - 0,24 T + 537,7

H(T) = - 3,8 T + 7639,2

Procesy erozji i akumulacji - Żabno

Rysunek 6.3. Wykres zmienności polożenia dna w profilu wodowskazowym Żabno .

0

50

100

150

200

250

300

350

1905 1925 1945 1965 1985 2005

T [lata]

H [c

m]

H(T) = - 6,4 T + 12502,9

H(T) = - 2,2 T + 4357,9

H(T) = - 1,2 T + 2388,5

Zrównoważony stan środowiska cieku:

wytworzenie lub odbudowa warunków cieku, który będzie w stanie równowagi hydrodynamicznej, tzn. będzie odprowadzał w dół swego biegu taką samą ilość rumowiska wleczonego jaka jest dostarczana do danego przekroju doliny, a profil podłużny dna nie będzie podlegał procesowi akumulacji ani erozji.

Negatywne skutki wcięcia się cieków widoczne w skali lokalnej:

Drenowanie wód gruntowych do koryt na skutek obniżenia się średnich i niskich stanów w ciekach, powoduje:

• podmywanie budowli regulacyjnych i filarów mostowych

• wynurzenie brzegowych ujęć

• obniżenie stanów wezbraniowych poniżej strefy korzeniowej

Negatywne skutki wcięcia się cieków widoczne w skali lokalnej

• nadmierne przesuszanie gruntów uprawnych w dnach dolin ,

• wysychanie starorzeczy i ubożenie roślinnych i zwierzęcych zbiorowisk nadrzecznych ekosystemów,

• wzrost temperatury wody w okresach upałów, wywołany zanikiem bieżącej wymiany pomiędzy wodami rzecznymi i wodami krążącymi w aluwiach szkodliwy dla ryb łososiowatych.

Ramowa Dyrektywa Wodna cele i zadania

Stan ekologiczny cieku podstawą zarządzanie wodami –

ocena stanu ekologicznego wód płynących;

• hydromorfologia - elementy jakości

• monitoring biologiczny - bezkręgowce wodne

ocena spójnej - biologicznej, morfologicznej i hydrologicznej klasyfikacji wartości ekosystemu wodnego rz. Dunajec

Hydromorfologiczne elementy jakości:

• Połączenie z częściami wód podziemnych

• Ciągłość rzeki (w funkcji korytarza ekologicznego)

• Zmienność głębokości i szerokości rzeki

• Struktura i skład podłoża rzeki

• Struktura strefy nadbrzeżnej

• Wielkość i dynamika przepływu wód

Przekrój hydrogeologiczny Dunajec-Żabno

Przekrój poprzeczny – schemat zbiorowisk

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Odl [m]

Rzę

dn

e te

ren

u [

m]

n.p

. m

Przekrój poprzeczny – schemat zbiorowisk

186

188

190

192

194

196

198

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440

Odl [m]

Rzę

dn

e te

ren

u [

m]

n.p

. m

Przekrój poprzeczny – schemat zbiorowisk

Trzcinnik piaskowy (Calamagrostis epigeios

L.)Siedlisko: Wyróżnia się

bardzo małymi wymaganiami wobec

siedliska. Pełnię rozwoju osiąga na glebach

piaszczystych, kwaśnych, ubogich o bardzo niskim

poziomie wód gruntowych.

Zbiorowiska roślinne

Gatunki pionierskie!

- Brzoza brodawkowata, brzoza zwisła (Betula pendula ROTH)- Olsza czarna (Alnus glutinosa L.GAERTN.) -Wierzba iwa (Salix Kaprea L.)

Efekt oddziaływania koryta w nowych warunkach

Zbiorowiska roślinne

Dane archiwalneDane archiwalne

Opracowanie Lwowskie

– rok 1894

Dane archiwalneDane archiwalne

Próba 27:620 Ilkowice

Analiza profilu podłużnego

- 1903 rok

Atrybuty warunków posadowienia progów Atrybuty warunków posadowienia progów

Analiza warunków

posadowienia progów

Koryto główne rzeki Strefa brzegowa

Ocena hydrodynamiczna i morfodynamiczna

Umocnienia brzegowe

Układ poziomy cieku w planie,

odtworzenie meandrowania

Atrybuty naturalności: Ukształtowanie skarp

Profil podłużny Ukształtowanie linii brzegowej

Przekrój poprzeczny Roślinność brzegowa

Zróżnicowanie struktur

rzecznych Elementy habitatowe

Aktualne badania

- opracowanie dla Dunajca

Dunajec

Odcinek górny

Dunajec

25:650

27:620

15:300

27:620

23:800

Krzywa przesiewu-rzeka Dunajec - prb 7PA

0

20

40

60

80

100

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16d[m]

%

Próba 27:620 Sanoka-Ilkowice

15:300

Próba 15:300 Biskupice Radłowskie

Odcinek dolny

Dunajec

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05di [m]

% z

aw.

frak

cji

k. pocz.h=0,7 [m]h=0,9 [m]h=1,1 [m]h=1,3 [m]h=1,5 [m]h=1,7 [m]h=1,9 [m]h=2,1 [m]h=2,3 [m]h=2,5 [m]h=2,7 [m]h=2,9 [m]h=3,1 [m]h=3,3 [m]h=3,5 [m]h=3,7 [m]h=3,9 [m]h=4,1 [m]h=4,3 [m]h=6,3 [m]

Modelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzącychModelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzących

Reżim przepływu

Średnia prędkości przepływu wody na odcinku rzeki Dunajec pomiędzy progami Żabno i Sanoka, Q=120 m3 s-1

Modelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzącychModelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzących

Reżim przepływu

Naprężenia styczne o na odcinku rzeki Dunajec powyżej progu Żabno przy przepływie Q=120 m3 s-1 i rzędnej piętrzenia wody 176,75 zasięg cofki będzie

widoczny na długości ok. 2,1 km powyżej progu

Modelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzącychModelowanie numeryczne oddziaływania progów piętrzących

Reżim przepływu

Średnia prędkość przepływu wody na odcinku rzeki Dunajec, Q=940 m3 s-1

Modelowani numeryczne pracy przepławki biologicznejModelowani numeryczne pracy przepławki biologicznej

Reżim przepływu

Średnia prędkość przepływu wody oraz wektory prędkości, Q=940 m3 s-1

Modelowani numeryczne pracy przepławki biologicznejModelowani numeryczne pracy przepławki biologicznej

Reżim przepływu

Średnia prędkość przepływu w rejonie ujęcia wody do elektrowni dla przepływu Q=940 m3 s-1

Modelowani numeryczne pracy przepławki biologicznejModelowani numeryczne pracy przepławki biologicznej

Intensywność transportu rumowiska wleczonego

Intensywność transportu rumowiska w rozwidleniu kanału 135º, Q=940 m3s-1

PODSUMOWANIE

1. Poniżej zbiorników retencyjnych, będzie zachodził proces

erozji wgłębnej, wywołany odcięciem dopływu rumowiska i

zaburzeniem równowagi hydrodynamicznej

2. Koryta rzek na przedpolu Karpat ulegają na skutek

procesów erozyjnych stałemu pogłębianiu się z

intensywnością ok. 5 cm/rok. Obniżenie dna osiągnęło

lokalnie od 2 m do 4 m. Zachodzi konieczność powstrzymania

dalszych procesów erozyjnych przy pomocy budowy progów

stabilizujących

3.Po zakończeniu procesu sedymentacji progi będą spełniały

rolę stabilizującą położenie dna koryta,

4.Zwiększenie minimalnego przepływu wody będzie miało duże

znaczenie przyrodnicze dla rzeki, a podniesienie zwierciadła

wody będzie oddziaływać na wzrost poziomu wód gruntowych i

zwiększenie retencji aluwialnych zbiorników wód podziemnych,

5.Przy ustalaniu lokalizacji progów oraz poziomów ich

normalnych piętrzeń, należy unikać budowy progów

pojedynczych bez wzajemnych powiązań lokalizacyjnych

dziękuję za uwagę

Roczne amplitudy wezbrań 1870-2000 (Wodowskaz Żabno)