ZMIENNO ŚĆ ODPŁYWU W ZLEWNI ROLNICZEJ … · wyst ąpił, a w krótkim okresie pi ętrzenia...

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 15-21 ZMIENNO ŚĆ ODPŁYWU W ZLEWNI ROLNICZEJ ANTROPOGENICZNIE PRZEKSZTAŁCONEJ 1 Mariusz Adynkiewicz-Piragas 1, Alicja Krzemińska 2 1 Zakład Badań Regionalnych, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Oddział we Wrocławiu 2 Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

W badaniach zlewni rzecznych istotnym parametrem wymagającym poznania jest odpływ. Badania odpływu są waŜnym krokiem do poznania prawidłowości rządzących procesem obiegu wody w zlewniach rzecznych. Antropogeniczne oddziaływania, szczególnie regulacja cieku i zabudowa hydrotechniczna, mają wpływ na zmienność odpływu. Jazy, progi i stopnie są budowlami poprzecznymi obejmującymi całą szerokością koryto rzeczne, które w mniejszym lub większym stopniu piętrzą wody powierzchniowe, przyczyniając się tym samym do poprawy stosunków powietrzno-wodnych terenów przyległych oraz zwiększenia moŜliwości retencyjnych rzeki i doliny [ADYNKIEWICZ-PIRAGAS 2002; BAJKOWSKI 1998; SMOLUCHOWSKA 1992]. Na skutek piętrzenia zwiększa się powierzchnia i głębokość wody w cieku oraz czas trwania przepływu, natomiast zmniejszeniu ulega przepływ i wahania zwierciadła wody, a tym samym odpływ rzeczny.

W pracy przedstawiono zmienność odpływu rzecznego w zlewni rolniczej na przykładzie rzeki Smortawy na odcinku uregulowanym i nieuregulowanym w latach charakterystycznych (rok suchy, normalny i mokry). Materiał i metody badań

1 Praca finansowana ze środków projektu badawczego nr 2P06500429 finansowanego ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego.

Rzeka Smortawa jest przykładem rzeki nizinnej, w której przewaŜają grunty orne z liczną zabudową hydrotechniczną. Smortawa stanowi prawobrzeŜny dopływ Odry o długości 39 km. Wypływa z okolic Namysłowa na wysokości 175 m n.p.m. Do Odry uchodzi w km 223 + 350, w rejonie Jelcza, na wysokości 124 m n.p.m. Zlewnia rzeki o powierzchni 445 km2 charakteryzuje się małymi spadkami, średnio 1,31‰. Głównymi dopływami Smortawy są: Łoza, Minkowski Potok, Śmieszka. Zlewnia rzeki Smortawy ma charakterystyczny kształt, w górnym i środkowym biegu jest rozbudowana i zwęŜa się w dolnym odcinku, przepływając przez pradolinę Odry (rys. 1). Na dolnym odcinku Smortawy zlokalizowano szereg inwestycji hydrotechnicznych: jaz Hanna w km

M. Adynkiewicz-Piragas, A. Krzemińska

16

5 + 050, stopień drewniany w km 8 + 030, stopień betonowy w km 9 + 058 i jaz stały betonowo-kamienny w km 9 + 676. Budowle te mają na celu powstrzymanie niekorzystnych zmian zachodzących w korycie rzecznym w wyniku przeprowadzonej regulacji cieku zakończonej w roku 1993. Większości wykonanych budowli ma stałe piętrzenie poza jazem w km 5 + 050. Jest to jaz ruchomy zbudowany z 2 przelewów stałych i dwóch części ruchomych z zamykanymi zasuwami. Rzędna korony przelewów stałych wynosi 127 m n.p.m., które zabezpieczają jaz przed niekontrolowanym spiętrzeniem w przypadku zamkniętych zasuw [ADYNKIEWICZ-PIRAGAS, DRABIŃSKI 2001].

Rys. 1. Zlewnia rzeki Smortawy wraz z lokalizacją posterunku wodowskazowego Janików Fig. 1. Smortawa basin with the localization of water level Janików

Do oceny zmienności odpływu rzeki Smortawy wytypowano rok suchy (2003), przeciętny (2005) i wilgotny (2006). Przekrój pomiarowy zlokalizowany jest w km 7 + 105, gdzie zainstalowano limnigraf pływakowy tygodniowy (MB-2) oraz łatę wodowskazową. Obserwacje stanów wody prowadzone są ciągle od 1 XI 1997 r. W tym samym przekroju prowadzone są równieŜ okresowe pomiary natęŜenia przepływu za pomocą młynka hydrometrycznego. PoniewaŜ przekrój znajduje się pod wpływem okresowego piętrzenia na jazie Hanna w km 5 + 050, obliczono spiętrzenie w przekroju pomiarowym za pomocą wzoru Rühlmana. Następnie opracowano krzywą natęŜenia przepływu w warunkach spiętrzenia. Ponadto do oceny odpływu rzecznego obliczono sumy opadów za pomocą wieloboku równomiernego zadeszczenia ze stacji: Miodary, Lubisz, Brzeg i Oława. Do oceny nadmiarów i niedoborów opadów w badanej zlewni wykorzystano klasyfikację KACZOROWSKIEJ [1962] (rok suchy, normalny i wilgotny). Następnie dla badanego przekroju w Jankowie obliczono dla wybranych lat odpływ (H, mm), współczynnik odpływu (c) oraz objętość odpływu (V, mln m3) i obliczono surowy bilans wodny (P-H).

Wyniki

Œmieszka

Pijawka

Miñ

kowsk

i Pot

ok

Biestrzychowicki

£oza

Dop³yw w Rogalicach

Smortawa

Smortawa

Janików km 7+105

ZMIENNOŚĆ ODPŁYWU W ZLEWNI ROLNICZEJ ...

17

Opady atmosferyczne

W roku suchym (2003) roczna suma opadów w zlewni Smortawy wynosiła 442 mm, w roku przeciętnym (2005) 514 mm, a roku wilgotnym (2006) 624 mm. Maksymalne sumy miesięczne opadów wahały się od 67-140 mm i występowały w lipcu (2003, 2005) i sierpniu (2006). Natomiast minimalne sumy opadów wystę-powały w lutym (2003) oraz w we wrześniu i październiku (2005, 2006) i wahały się od 3 mm do 4 mm. Stany wody

Stany średnie roczne wahały się od 66 cm w roku suchym do 123 cm w roku wilgotnym. Stany maksymalne wynosiły: 121 cm w roku suchym (11 II 02), 126 cm w roku normalnym (10 VIII 05) i 171 cm w roku wilgotnym (07 VI 06). Stany minimalne wahały się od 40 cm w roku suchym (25 VI 03) do 51 cm w roku normalnym. Ponadto w wybranych latach stany wody w przekroju pomiarowym były okresowo podpiętrzone. W roku suchym (2003) piętrzenie było ograniczone ze względu na małe zasoby, a maksymalne piętrzenie na rzędnej 127 m n.p.m. nie wystąpiło, natomiast ograniczone piętrzenie na rzędnej 126,5 m n.p.m. wystąpiło w okresie letnim w lipcu. W roku przeciętnym maksymalne piętrzenie na rzędnej 127 m n.p.m. występowało w okresie luty/marzec i w sierpniu, a ograniczone piętrzenie na rzędnej 126,5 na przełomie czerwca i lipca. W roku wilgotnym maksymalne piętrzenie występowało na przełomie luty/marzec, kwiecień/maj i sierpień/wrzesień oraz ograniczone piętrzenia na przełomie czerwiec/lipiec. Z przeprowadzonych obliczeń spiętrzenia wody w przekroju pomiarowym Janików (7 + 105) wynika, Ŝe przy piętrzeniu maksymalnym (127 m n.p.m.) na jazie Hanna (5 + 050) spiętrzenie wynosi 0,7 m, a w okresie ograniczonego piętrzenia na rzędnej 126,50 m n.p.m. – 0,28 m. Odpływ rzeczny

Roczny odpływ w przekroju pomiarowym w roku suchym wyniósł 27,56 mln m3, w roku normalnym 53,89 mln m3, a w roku wilgotnym 106,57 mln m3. W roku suchym miesięczne wartości odpływu wahały się od 0,24 mln m3 w marcu do 8,02 mln m3 w listopadzie, w roku normalnym od 1,54 mln m3 w październiku do 8,21 mln m3 w czerwcu. Natomiast w roku wilgotnym odpływy były znacznie większe i wahały się od 1,07 mln m3 w listopadzie do 25,07 mln m3 w czerwcu (rys. 2). Odpływy dobowe w roku suchym wahały się od 3 m3⋅d-1 do 359 000 m3⋅d-1, średnio 69000 m3⋅d-1. W roku normalnym średnio dobowy przepływ wynosił 134000 m3⋅d-1 i zawierał się w przedziale od 810 do 389 000 m3⋅d-1. W roku wilgotnym odpływy dobowe były największe i wahały się od 824 m3⋅d-1 do 11 929 m3⋅d-1, średnio 262 000 m3⋅d-1. Odpływy dobowe w roku normalnym przy maksymalnym piętrzeniu na rzędnej 127 m n.p.m. wynosiły średnio 19 700 m3⋅d-1, a w okresie ograniczonego piętrzenia na rzędnej 126,5 m n.p.m. 62 700 m3⋅d-1. Natomiast w okresie bez piętrzenia średni odpływ był większy i wynosił 159 000 m3⋅d-1. W roku wilgotnym średni dobowy odpływ podczas maksymalnego piętrzenia wynosił 114 000 m3⋅d-1, a w okresie ograniczonego piętrzenia 176 000 m3⋅d-1. W okresie bez piętrzenia na jazie w km 5 + 050 (Hanna) wynosił 347000 m3⋅d-1. W roku suchym w związku z małymi zasobami wodnymi okres piętrzenia maksymalnego nie wystąpił, a w krótkim okresie piętrzenia ograniczonego przepływ średni dobowy wynosił 26000 m3⋅d-1, a w pozostałym okresie wynosił średnio 76000 m3⋅d-1. Surowy bilans wodny


18

W celu zobrazowania i oceny odpływu i zasobów wodnych obliczono surowe

bilanse wodne dla roku suchego, normalnego i wilgotnego. Odpływ powierzchniowy (H) wyraŜony w mm w roku suchym wynosił 56 mm, w roku normalnym 109 mm, a w roku wilgotnym 214 mm. Minimalne odpływy występowały w marcu 2003, październiku 2005 i 2006, a maksymalne w listopadzie 2002 i 2004 oraz w styczniu 2006. Roczne wartości deficytu odpływu (P-H) wynosiły odpowiednio 386 mm w roku suchym, 405 mm w roku normalnym i 410 mm w roku wilgotnym. Współczynnik odpływu c, który przedstawia stosunek ilości wody odpływającej do ilości wody z opadów atmosferycznych waha się w roku suchym od 0,031 w kwietniu do 0,527 w lutym.

Rys. 2. Miesięczne sumy odpływu w Smortawie w przekroju Janików w roku suchym (2003),

normalnym (2005) i wilgotnym (2006) Fig. 2. Monthly sum of runoff at the Smortawa river at cross-section Janików in drought

(2003), normal (2005) and wet year (2006)

W roku normalnym waha się od 1,26 w X do 0,07 w VII, a w roku wilgotnym od 2,68 w IX do 0,09 w XI (rys. 3). Dyskusja

Z przeprowadzonych obserwacji stanów wody w roku suchym (2003), nor-malnym (2005) i wilgotnym (2006) w przekroju pomiarowym Janików km 7 + 105 wynika, Ŝe rzeka Smortawa jest ciekiem o zasilaniu głównie opadowym. Jednak duŜe znaczenie na kształtowanie się poziomu zwierciadła wody ma piętrzenie na jazie Hanna w km 5 + 050.


19

H wskaźnik odpływu; total runoff ratio P opad; precipitation c współczynnik odpływu; total runoff coefficient Rys. 3. Surowy bilans wody w przekroju Janików w roku: A - suchym (2003), B - normalnym

(2005), C - wilgotnym (2006) Fig. 3. Water balance at cross-section Janików at: A) - drought (2003), B - normal (2005), C

- wet year (2006)

Roczny odpływ ze zlewni w przekroju km 7 + 105 Janików (A = 404 km2) w roku suchym 2003 był niŜszy aŜ o 50% od roku normalnego, natomiast w roku wilgotnym 2006 o 100% wyŜszy. Tak duŜe róŜnice wynikają głównie z sumy opadów w tych latach, w roku 2003 opad wynosił 442 mm, a w roku wilgotnym 624 mm. Z analizy miesięcznych wartości ze zlewni Smortawy w badanym przekroju wynika, Ŝe w okresach z maksymalnym piętrzeniem (127-126,5 m n.p.m.) maleje odpływ ze zlewni. Największe redukcje odpływu wystąpiły szczególnie w roku mokrym w lutym, kwietniu, lipcu i wrześniu 2006 r oraz w roku normalnym 2005 w lutym i lipcu oraz w lipcu 2003 r. Potwierdzają to równieŜ obliczone średnie dobowe wartości odpływu.


20

W zlewni Smortawy moŜna zauwaŜyć zdecydowaną koncentrację opadów w miesiącach letnich (VI-VIII), ale mimo to nie powodują one istotnego zwiększenia odpływu rzecznego. Jest to typowe zjawisko na terenie Polski, w tym przypadku wiąŜe się to równieŜ z piętrzeniem i hamowaniem odpływu.

Rozkład czasowy składowych bilansu wodnego zmienia się dość znacznie. Najmniejsze sumy miesięczne opadu przypadają na miesiące zimowo-wiosenne (styczeń-marzec) oraz jesienne (wrzesień-październik), a największe na miesiące letnie (lipiec-sierpień). Odpływ natomiast, odwrotnie niŜ opad, największy jest w listopadzie lub styczniu, a najmniejszy jest w miesiącach letnio-jesiennych. Nieco inaczej jest w roku suchym 2003, kiedy to minimalny odpływ wystąpił w marcu.

Wnioski

W oparciu o badania przeprowadzone dla lat charakterystycznych moŜna wysnuć następujące wnioski: 1. ObniŜenie odpływu w okresach podpiętrzenia rzeki jest wywołane przede

wszystkim czasowym retencjonowaniem części odpływu w rozlewiskach Smortawy, a retencjonowane zasoby odpływają od maja do czerwca i od lipca do września.

2. W okresie piętrzenia odpływ średni w roku normalnym był ośmiokrotnie

mniejszy od odpływu swobodnego, a w roku wilgotnym trzykrotnie mniejszy. NajniŜsze odpływy dobowe notowano w roku suchym, co wynika głównie z małego zasilania opadowego.

3. RozbieŜności między zasilaniem zlewni a odpływem rzecznym i ich zmiennością

są spowodowane większym parowaniem latem i włączeniem się wiosną znacznych ilości wód zmagazynowanych w pokrywie śnieŜnej oraz hamowaniem odpływu w okresach piętrzenia i retencjonowania wód.

Literatura ADYNKIEWICZ-PIRAGAS M. 2002. Wpływ zmiennego piętrzenia na kształtowanie się od-pływu ze zlewni Smortawy. Wiadomości IMGW, Tom XXV(4): 51-62.

ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., DRABIŃSKI A. 2001 Wpływ inwestycji hydrotechnicznych na ekosystem rzeki Smortawy. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Melioracja 417: 9-29.

BAJKOWSKI S. 1998. Wpływ budowli wodnych na warunki tlenowe w rzece. Przyrodnicze i techniczne problemy gospodarowania wodą dla zrównowaŜonego rozwoju obszarów wiejskich. Przegląd Naukowy SGGW, Warszawa: 145-152.

KACZOROWSKA Z. 1962. Opady w Polsce w przekroju wieloletnim. Inst. Geogr. PAN, Prace Geogr. nr 33, Warszawa.

SMOLUCHOWSKA A. 1992. Sposoby przywrócenia i utrzymania równowagi wyerodowa-nego odcinka małej rzeki nizinnej. Wiadomości Instytutu Melioracji i UŜytków Zielonych, PWRiL, Warszawa, XVII(1): 139-148.

Słowa kluczowe: rzeka nizinna, odpływ, budowle hydrotechniczne Streszczenie

W pracy przedstawiono wynik badań odpływu ze zlewni rolniczej antropo-


21

genicznie przekształconej na przykładzie rzeki Smortawy. Ponadto scharakteryzowano w przekroju badawczym km 74 + 105 przebieg stanów wody oraz obliczono bilans wodny dla roku suchego (2003), normalnego (2005) i wilgotnego (2006). RUNOFF VARIABILITY AT AGRICULTURAL BASIN WITH ANTHROPOGENIC IMPACT Mariusz Adynkiewicz-Piragas 1, Alicja Krzemińska 2 1 Regional Research Department, Institute of Meteorology and Water Management, Branch Wrocław 2 Institute of Landscape Architecture, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: lower river, runoff, hydrotechnical structures Summary

The paper presents some results of runoff from agriculture basin with anthro-pogenic changes on the example of Smortawa basin. Furthermore, daily hydrographs of water level in the river section km 7 + 105 were characterized and additionally water balance for drought (2003), normal (2005) and wet (2006) year was calculated. Dr inŜ. Mariusz Adynkiewicz-Piragas Zakład Badań Regionalnych Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Oddział we Wrocławiu ul. Parkowa 30 51-616 WROCŁAW e-mail: [email protected] Dr Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24A 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 23-31 SYSTEMOWE UJĘCIE OCHRONY ŚRODOWISKA W KONSERWOWANYCH CIEKACH WODNYCH ElŜbieta Bondar-Nowakowska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Projektowanie, wykonawstwo i eksploatacja koryt cieków powinny spełniać, oprócz wymaganej zdolności przepustowej, takŜe wymagania związane z kształto-waniem i ochroną środowiska przyrodniczego. Wszystkie te fazy oraz kaŜda z nich osobno, muszą tworzyć pewien system, którego sprawne i efektywne działanie zaleŜy od stopnia uwzględnienia jego elementów składowych [BONDAR-NOWAKOWSKA 2000].

Celem pracy jest zastosowanie grafu zorientowanego do przedstawienia powiązań występujących między elementami wchodzącymi w skład systemu ochrony środowiska w konserwowanych ciekach wodnych. UmoŜliwi to określenie znaczenia poszczególnych elementów w tym systemie, a w konsekwencji pozwoli na przewidywanie i ocenę przyrodniczych skutków rozwiązań technologiczno-organizacyjnych, zastosowanych podczas planowania i realizacji robót. Projekt systemu

Na rysunku 1 przedstawiono system ochrony środowiska w ciekach objętych robotami konserwacyjnymi. Składa się on z 4 podsystemów - P.1, P.2, P.3, P.4 zawierających elementy, które naleŜy uwzględniać, gdy chcemy chronić florę i faunę koryta cieku podczas wykonawstwa robót. Opis elementów systemu

Podsystem 1 obejmuje elementy, które kształtują środowisko przyrodnicze w korycie cieku, wskazują kierunki rozwiązań techniczno-organizacyjnych na etapie planowania oraz warunkują wykonawstwo robót konserwacyjnych. Podsystem ten zawiera 4 podsystemy niŜszego rzędu P.1.1, P.1.2, P.1.3, P.1.4, w których pogrupowane zostały elementy o podobnych cechach. Elementy oznaczone zostały e.1 do e.34 (tab. 1). P.1.1 obejmuje szerokość dna cieku (e.1), głębokość (e.2), spadek dna (e.3) oraz nachylenie skarp (e.4). Elementy te mają wpływ na poziom wody w cieku, jej przepływ, prędkość, temperaturę, przenikanie światła oraz stęŜenie tlenu. Decydują one o rozmieszczeniu organizmów w korycie cieku, liczbie gatunków i ich osobników, mają wpływ na aktywność i cykle Ŝyciowe organizmów. Rodzaj podłoŜa w dnie cieku (e.5)

E. Bondar-Nowakowska

24

oraz jakość wody (e.6), wywierają wpływ na obecność w cieku wielu gatunków glonów, bezkręgowców i ryb. Ubezpieczenie skarp (e.7) oraz budowle na cieku (e.8) regulują przepływ, ograniczając nagłą zmianę warunków wpływających na rozmieszczenie i liczebność organizmów w korycie. Mogą one takŜe zaburzyć te warunki, spowodować zmienność ruchu rumowiska, erozję lub sedymentację oraz przerwać drogi naturalnego przemieszczania się fauny wodnej.

Podsystem 1 Koryto cieku Subsystem 1

Water-course bed

Podsystem 2 Realizacja

robót Subsystem 2 Execution of

works

Podsystem 3 Eksploatacyjny

Subsystem 3

Operational use

Podsystem 4 Ekonomiczny

Subsystem 4 Economical

question

P.1.1 charakterystyka

koryta river bed

characteristic

P.2.1 warunki

wykonawstwa conditions for

the works execution

P.1.2 zagospodarowanie strefy przybrzeŜnej management of the

bank zone

P.2.2 technologia

robót production technology

P.1.3

stan koryta river bed condition

P.2.3 organizacja

robót organization of

works

P.1.4 flora i fauna koryta i strefy przybrzeŜnej

flora and fauna in the water-course bed

on the bank zone

P.2.4 pracownicy workmen

Rys. 1. System ochrony środowiska w robotach konserwacyjnych na ciekach Fig. 1. System of environmental protection in the maintenance work on water-courses P.1.2 - strefa przybrzeŜna. Ekologiczne znaczenie strefy przybrzeŜnej w duŜym stopniu uzaleŜnione jest od rodzaju jej zagospodarowania (e.9). MoŜe ona być uŜytkowana jako grunty orne lub uŜytek zielony, mogą znajdować się na niej pojedyncze drzewa i krzewy lub las. W strefie tej przebywają i osiadają liczne zwierzęta. Roślinność strefy przybrzeŜnej ogranicza naświetlenie wody, oddziałując przez to na jej temperaturę i nasycenie tlenem, powoduje zatrzymanie materiałów erozyjnych, łagodzi skutki działania wiatru, deszczu i spływu lodów. Ponadto podnosi walory rekreacyjne i krajobrazowe terenu. P.1.3 - stan cieku przed wykonaniem robót konserwacyjnych. Zamulenie (e.10) oraz

SYSTEMOWE UJĘCIE OCHRONY ŚRODOWISKA ...

25

materiał zalegający w dnie cieku, jak np. duŜe kamienie, zwalone pnie i korzenie (e.11), powodują zróŜnicowanie jego warunków siedliskowych. Zgodnie z zasadą biocenotyczną Thienemanna, wpływa to dodatnio na liczbę gatunków w tym środowisku. Miejsca o duŜej miąŜszości zamulenia sprzyjają rozwojowi roślinności naczyniowej w dnie, która obniŜa temperaturę wody, oddziałuje na jej skład chemiczny, jest źródłem pokarmu dla organizmów roślinoŜernych oraz materiału do budowy gniazd. W miejscach uszkodzeń dna, powierzchni i umocnień skarp oraz budowli (e.12), powstają nisze ekologiczne, które, zasiedlane po pewnym czasie, tworzą kolejne mikrosiedliska. P.1.4 - obejmuje florę i faunę w dnie cieku (e.13), na skarpach (e.14) oraz w strefie przybrzeŜnej (e.15). Ochrona środowiska przyrodniczego koryta cieku wymaga, aby te elementy systemu nie uległy zmianom wskutek wykonania robót konserwacyjnych.

Podsystem 2 zawiera elementy, które naleŜy brać pod uwagę projektując technologię i organizację robót konserwacyjnych. Ze względu na ich duŜą liczbę i zróŜnicowany charakter, zostały one pogrupowane w 4 podsystemy niŜszego rzędu - P.2.1, P.2.2, P.2.3, P.2.4. P.2.1 - obejmuje warunki wykonawstwa, w tym głębokość wody (e.16) i zjawiska pogodowe w czasie prowadzenia robót (e.17). Elementy z podsystemu P.2.2 są związane z maszynami, które realizują proces technologiczny i wyposaŜone są w specjalistyczny, o określonych parametrach, osprzęt (e.18) do odmulania dna i usuwania roślinności dennej, koszenia roślinności na skarpach i pasach przybrzeŜnych oraz do rozplantowania materiału pochodzącego z odmulenia dna cieku. Wykonując pracę ingerują one w przestrzeń Ŝyciową fauny cieku. Są to działania gwałtowne, powodujące zranienia lub nawet pozbawienie Ŝycia wielu organizmów i likwidację ich siedlisk w korycie cieku. Nacisk podwozia maszyny na grunt (e.19) oraz jej jazda w czasie zmiany stanowisk pracy powodują uszkodzenia roślinności łącznie z systemami korzeniowymi oraz zagęszczenie gleb w strefie przybrzeŜnej. Gabaryty maszyny w skrajnych przypadkach mogą wymusić konieczność wycięcia drzew i krzewów ze strefy przybrzeŜnej. Rodzaj i moc maszyny wykonującej roboty, to czynnik wpływający na poziom hałasu zakłócającego warunki Ŝycia fauny (e.20). Stan techniczny maszyny (e.21) wpływa na wydajność i jakość robót. P.2.3 - podsystem niŜszego rzędu organizacyjny, obejmuje terminy wykonywania robót (e.22), liczbę jednocześnie pracujących jednostek wykonawczych (e.23), schemat technologiczny robót (e. 24), wydajność pracy (e.25) oraz jakość robót (e.26). Poprzez elementy te moŜna wpływać na ochronę przyrody w korycie cieku, wykonując roboty konserwacyjne z góry ku dołowi cieku, poza okresami ochronnymi organizmów występujących w korycie cieku i w strefie przybrzeŜnej oraz stworzenie im moŜliwości migracji dla przetrwania na niekonserwowanych odcinkach cieku. P.2.4 - podsystem pracowniczy łączy się z bezpieczeństwem i higieną robót, z od-powiedzialnością i kulturą techniczną osób zaangaŜowanych w projektowanie i wykonawstwo robót. Obejmuje on takŜe kwalifikacje nadzoru do zarządzania pro-cesem inwestycyjnym (e.27), kwalifikacje zawodowe pracowników (e.28), świadomość ekologiczną nadzoru i pracowników (e.29), zaopatrzenie w odzieŜ roboczą i ochronną (e.30), bezpieczeństwo prac (e.31), wynagrodzenie pracowników (e.32). Elementy e.27-e.29 uczestniczą w ekologicznym kształtowaniu koryta cieku poprzez ograniczenie robót konserwacyjnych do minimum, wybór maszyn i dostosowanie ich osprzętów roboczych do parametrów cieku, wyłączenie z robót konserwacyjnych odcinków cieku szczególnie cennych przyrodniczo. Elementy e.30-e.32 mają charakter motywacyjny, pobudzający zespół roboczy do pracy wydajnej, bezpiecznej i dobrej jakościowo.


26

Podsystem 3 uwzględnia częstość i zakres robót konserwacyjnych na ciekach

(e.33). Ekologiczny skutek tych robót jest uzaleŜniony od flory i fauny występującej w korycie cieku i od przyjętych rozwiązań technologiczno-organizacyjnych.

Podsystem 4 - ekonomiczny, obejmuje nakłady finansowe na realizację robót oraz na ochronę środowiska przyrodniczego w korycie cieku (e.34).

Przedstawiony system, składający się z 4 posystemów i 7 podsystemów niŜszego rzędu, zawiera 34 elementy. Zbiór ten jest otwarty, moŜe być uzupełniany o dodatkowe elementy, które mogą być scalane lub teŜ dzielone na szczegółowe.

Analiza systemu

W celu określenia miejsca i znaczenia przedstawionych elementów w systemie, utworzono z nich macierz oddziaływań [M ICHNOWSKI 1985]. Krawędź poziomą i pionową stanowi w niej zbiór rozpatrywanych elementów. Zatem macierz liczy 34 kolumny i 34 wiersze. Związki między poszczególnymi elementami oznaczono w macierzy jako 1 lub 0, przy czym 1 oznacza oddziaływanie jednego elementu na drugi, 0 oznacza jego brak. Na 1156 występujących w macierzy przypadków, w 149 stwierdzono, Ŝe istnieje związek między elementami systemu, a w pozostałych w 1007, Ŝe takiego związku nie ma. Wskazuje to, Ŝe system ochrony środowiska w ciekach, na których planowane jest wykonanie robót konserwacyjnych, jest złoŜony, gdyŜ obejmuje duŜą liczbę elementów i zarazem jest skomplikowany, bo między tymi elementami występuje nie jedna, tylko szereg zaleŜności. To dowodzi równieŜ, Ŝe analizowane zagadnienie wymaga kompleksowego ujęcia, ukierunkowanego na elementy systemu, wzajemne ich oddziaływanie oraz na skutki tych oddziaływań.

W tabeli 1 przedstawiono część macierzy, która dotyczy oddziaływania poszczególnych elementów analizowanego systemu na florę oraz faunę koryta cieku i strefy przybrzeŜnej.

Określone w macierzy oddziaływania między elementami przedstawiono, w formie grafu, na rysunku 2 [M ICHNOWSKI 1985]. Dla podniesienia czytelności tego rysunku graf jest uproszczony. Elementy systemu, będące wyznacznikami stanu środowiska przyrodniczego w korycie cieku, tj. e.13, 14, 15, przedstawione są w nim na ciemnym tle.

Z rysunku wynika, Ŝe elementy ujęte w przedstawionym systemie mają zróŜnicowane znaczenie dla ochrony środowiska przyrodniczego koryta cieku. Szerokość i głębokość cieku (e.1, e.2), rodzaj podłoŜa w dnie cieku (e.5), warunki pogodowe panujące w czasie realizacji robót (e.17), kwalifikacje nadzoru do za-rządzania procesem inwestycyjnym (e.27) oraz częstość i zakres robót konserwacyjnych (e.33) bezpośrednio lub pośrednio wpływają na pozostałe 28 elementów systemu, same zaś nie podlegają ich oddziaływaniu. Z tego powodu czynniki te, juŜ na etapie planowania robót, powinny być szczegółowo rozpoznane, a ich cechy uwzględnione w projektowanych rozwiązaniach technologiczno-organizacyjnych. Tabela 1; Table 1 Fragment macierzy oddziaływań elementów systemu na florę i faunę koryta cieku i strefy przybrzeŜnej Matrix fragment for the interaction of system elements on the flora and fauna in the water-course-bed and on its bank zone


27

Elementy systemu System elements

Flora i fauna w dnie cieku

Flora and fauna on the

bottom

Flora i fauna na skarpach cieku; Flora and fauna on

the slope

Flora i fauna w strefie

przybrzeŜnej Flora i fauna on the bank

zone

e.13

e.14

e.15

P.1

P.1.1

szerokość dna; bottom width

e.1

0

0

0

głębokość cieku; water-course depth

e.2

1

1

0

spadek podłuŜny; longitudinal profile

e.3

1

1

0

nachylenie skarp; inclination of the slope

e.4

0

1

0

rodzaj podłoŜa w dnie cieku sort of bottom subsoil

e.5

1

0

0

jakość wody; water quality

e.6

1

1

0

ubezpieczenie skarp; slope protection

e.7

0

1

0

budowle na cieku i ich stan buildings on the water-course and their condition

e.8

1

1

0

P.1.2

zagospodarowanie strefy przybrzeŜnej development of bank area zone

e.9

1

1

1

P.1.3

poziom zamulenia; silt up level

e.10

1

1

0

materiał zalegający w dnie cieku material on the bottom

e.11

1

1

0

uszkodzenia dna i skarp bottom and slope damage

e.12

1

1

0

P.1.4

flora i fauna w dnie cieku flora and fauna on the bottom

e.13

0

1

1

flora i fauna na skarpach cieku flora and fauna on the slopes

e.14

0

0

1

flora i fauna w strefie przybrzeŜnej flora and fauna on the bank area zone

e.15

0

0

0

P.2

P.2.1

poziom wody w cieku w czasie robót water level during the work execution

e.16

0

0

0

warunki pogodowe w czasie robót weather conditions during the work execution

e.17

0

0

0

P.2.2

rodzaj i parametry osprzętu roboczego; type and parameter of working fittings

e.18

1

1

1

rodzaj podwozia; type of chassis

e.19

0

0

1

gabaryty i moc maszyny; overall dimensions and horse-power

e.20

0

0

1

stan techniczny maszyny; technical condition of machine

e.21

0

0

1

P.2.3

terminy wykonywania robót; period of work execution

e.22

1

1

1

liczba jednostek wykonawczych number of working groups

e.23

0

0

1

schemat technologiczny technological scheme

e.24

1

1

1

wydajność pracy; productivy

e.25

0

0

0


28

jakość robót; quality of works e.26 0 0 0

P.2.4

kwalifikacje nadzoru do zarządzania realizacją robót; professional qualifi-cations of supervisors

e.27

0

0

0

kwalifikacje zawodowe pracowników professional qualifications of workers

e.28

0

0

0

świadomość ekologiczna nadzoru i pracowników; the ecological knowledge of supervisiors and workers

e.29

1

1

1

zaopatrzenie w odzieŜ roboczą i och-ronną; supply on protective and working clothing

e.30

0

0

0

bezpieczeństwo prac; work safety

e.31

0

0

0

wynagrodzenie pracowników; worker’s payment

e.32

0

0

0

P.3

uŜytkowanie cieku; exploitation of water-course

e.33

1

1

1

P.4

koszt robót; cost of execution works

e.34

0

0

0

Szczególnie naleŜy tu wyróŜnić e.27, obejmujący wiedzę i doświadczenie nadzoru technicznego. Z przedstawionego rysunku 2 wynika, Ŝe oddziaływanie tego elementu na rozpatrywany system jest najbardziej rozległe. Inne natomiast znaczenie ma w tym systemie e.25 - wydajność pracy. W węźle grafu, oznaczającym ten element, zbiega się największa liczba krawędzi. Wskazuje to, Ŝe na element ten (e.25) wpływa szereg innych elementów. Z rysunku 2 wynika, Ŝe są to elementy związane z wielkością koryta cieku - e.1, e.2, realizacją robót - e.18, e.19, e.20, e.21 oraz przyjętym zakresem ochrony środowiska. Oddziaływania te naleŜy bardzo szczegółowo przeanalizować pod kątem zwiększenia rangi elementu - e.25 ze względu na jego marketingowe i ekonomiczne znaczenie dla przedsiębiorstwa wykonawczego. Z rysunku moŜna wywnioskować, gdzie znajdują się źródła informacji, potrzebne do prawidłowego oszacowania tej wielkości. Jedno z tych źródeł stanowi charakterystyka maszyny wykonującej proces technologiczny, a zwłaszcza wykorzystywany w procesie technologicznym osprzęt roboczy i jego parametry techniczno-eksploatacyjne (e.18).


29

Rys. 2. System ochrony środowiska w konserwowanych ciekach w postaci grafu Fig. 2. Environmental protection of water-courses as a system in the form of a graph

Na dobór osprzętu roboczego ma wpływ wielkość zamulenia (e.10), głębokość i szerokość dna cieku (e.1, e.2) oraz przyjęty do realizacji schemat technologiczny (e.24). Z rysunku 2 wynika równieŜ, Ŝe poprzez element - e.18 odbywa się oddziaływanie podsystemu technicznego na florę i faunę koryta cieku. Dlatego właściwy dobór osprzętu roboczego warunkuje stan środowiska przyrodniczego koryta cieku w czasie i

e.1

e.29 e.21 e.19 e.28 e.16

e.17

e.22

e.12 e.23

e.13

e.10

e.20

e.24

e.18

e.14

e.30 e.15

e.26

e.34

e.32

e.31

e.25

e.33 e.27 e.2

e.3 e.4

e.5

e.8 e.7

e.9

e.6

e.11


30

po wykonaniu robót konserwacyjnych. Zbiorowiska roślinne i zwierzęce występujące w korycie cieku podlegają głównie

oddziaływaniom elementów środowiskowych (e.1-1.12). Wskazują na to powiązania elementów w przedstawionym na rysunku 2 grafie. Oznacza to, Ŝe zmiany w strukturach tych zbiorowisk wystąpią równieŜ wtedy, gdy w cieku nie będą prowadzone roboty konserwacyjne. Wnioski i zalecenia 1. Przeprowadzona analiza pozwala stwierdzić, Ŝe ochrona środowiska w kon-

serwowanych ciekach jest zagadnieniem złoŜonym, wymagającym podejmo-wania decyzji, uwzględniających czynniki o charakterze przyrodniczym, technicznym, organizacyjnym, społecznym i ekonomicznym. Ze względu na powiązania między tymi czynnikami, rozpoznanie i rozwiązanie tego problemu wymaga ujęcia systemowego.

2. Opracowany system ochrony środowiska w konserwowanych ciekach zawiera 4

podsystemy, w których zidentyfikowano 34 elementy. System ten powinien być w dalszym ciągu modelowany i weryfikowany pod kątem uwzględnienia zróŜnicowania warunków przyrodniczych i wykonawczych.

3. Przedstawienie, w formie macierzy oraz grafu, wzajemnych oddziaływań

i podporządkowań miedzy wyszczególnionymi elementami systemu, umoŜliwiło jakościową analizę wpływu zastosowanych rozwiązań technologiczno-organizacyjnych na florę i faunę koryta cieku. Pozwoliło równieŜ wskazać elementy, które wykonawca robót moŜe kształtować pod kątem ochrony zbiorowisk roślinnych i zwierzęcych występujących w korycie cieku, elementy które podlegają licznym oddziaływaniom i wymagają przez to szczególnej uwagi podczas realizacji robót (e.18, e.25) oraz wyróŜnić elementy systemu, na które wykonawca robót nie ma wpływu (e.1, e.2, e.5, e.17, e.27, e.33).

4. Kolejnym etapem, przed wdroŜeniem opracowanego modelu do praktycznego

stosowania, powinno być zaprojektowanie systemu wartościowania poszczególnych elementów. UmoŜliwi to analizę ilościową i sprawi, Ŝe po-zyskane zostanie korzystne narzędzie wspomagające proces decyzyjny na styku przyroda - technika.

Literatura BONDAR-NOWAKOWSKA E. 2000. Oddziaływanie robót konserwacyjnych na florę i faunę koryt wybranych cieków nizinnych. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu 391: 100 ss.

M ICHNOWSKI Z. 1985. Elementy inŜynierii systemów, w: Podstawy organizacji zarzą-dzania i technologii w budownictwie. Praca zbiorowa. Arkady: 77-101.

Słowa kluczowe: ochrona środowiska, roboty konserwacyjne, analiza systemowa Streszczenie

Problem ochrony środowiska w konserwowanych ciekach jest złoŜony. Jego analiza wymaga więc podejścia systemowego. Praca zawiera projekt systemu, w którym wyszczególniono 34 elementy o charakterze przyrodniczym, technicznym, organizacyjnym i ekonomicznym, mające związek z wykonywaniem robót


31

konserwacyjnych. Powiązania między tymi elementami przedstawiano w formie macierzy i jej grafu. UmoŜliwiło to określenie znaczenia poszczególnych elementów w utworzonym systemie. MANAGEMENT OF SYSTEM PROCEDURE IN MAINTENANCE WORK ON WATER COURSES ElŜbieta Bondar-Nowakowska Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: environmental protection, maintenance works, system analysis Summary

The environmental protection problem applying to maintenance of water-courses is complicated. The analysis of the problem need to approach it as a system.. This paper gives an example of a system plan where 34 elements - natural, technical, organizational and economical have a relationship to the execution of maintenance work. The connections between these elements are presented with the help of a matrix and the graph. It makes possible to determine the meaning of each element of this system. Dr hab. inŜ. ElŜbieta Bondar-Nowakowska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Plac Grunwaldzki 24 50-365 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POST’PÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 33S40 WYKORZYSTANIE METODY DRZEWA ZDARZE ¼¼¼¼ DO PODEJMOWANIA DECYZJI W WYKONAWSTWIE ROBÓT KONSERWACYJNYCH W CIEKACH Elóóóóbieta Bondar-Nowakowska Instytut Kszta»towania i Ochrony Ðrodowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroc»awiu Wst““““p

Roboty konserwacyjne w ciekach, obejmuj�ce koszenie skarp i stref przybrzeónych oraz odmulenie dna wraz z usuni“ciem roÑlinnoÑci dennej, mog� byƒ przyczyn� zmian w zbiorowiskach roÑlinnych i zwierz“cych. Ryzyko tych zmian moóna znacznie ograniczyƒ, podejmuj�c dzia»ania o charakterze przyrodniczym, technologicznym i organizacyjnym. Naleó� do nich m.in.: 1. badania florystyczne i faunistyczne w korycie cieku, 2. sporz�dzenie ekologicznych harmonogramów robót, które uwzgl“dniaj� okresy

ochronne organizmów wyst“puj�cych w korycie cieku, 3. zastosowanie w»aÑciwych schematów technologicznych, 4. odpowiedni dobór Ñrodków produkcji realizuj�cych proces technologiczny.

Dzia»ania te mog� wp»yn�ƒ na ograniczenie przyrodniczych skutków robót konserwacyjnych lecz takóe na ich koszt i czas trwania. Z tego powodu powinny byƒ uwzgl“dniane przed podj“ciem decyzji o wykonaniu robót. Powoduje to koniecznoÑƒ przeprowadzenia analizy i oceny wariantowych rozwi�za½ wykonawczych, co wp»ywa na wyd»uóenie procesu decyzyjnego, zwi�zanego z planowaniem i wykonywaniem robót.

Celem pracy jest wykazanie moóliwoÑci zastosowania metody drzewa zdarze½ jako narz“dzia wspomagaj�cego podejmowanie decyzji dotycz�cych proekologicznego wykonawstwa robót konserwacyjnych. Budowa drzewa zdarze½½½½

Konstrukcj“ drzewa zdarze½ uwzgl“dniaj�cego cztery wymienione wyóej dzia»ania, przedstawiono w schemacie 1.

Pierwsze dzia»anie, polegaj�ce na wykonaniu bada½ florystycznych i faunistycznych, ma na celu dostarczenie informacji o jakoÑciowym i iloÑciowym sk»adzie zbiorowisk roÑlinnych i zwierz“cych, wyst“puj�cych w korycie cieku. Jest ono niezb“dne, aby móc zastosowaƒ skuteczne sposoby ochrony cennych gatunków flory i fauny. Badania te s� równieó podstaw� do nast“pnego dzia»ania, obejmuj�cego sporz�dzenie harmonogramu robót, z uwzgl“dnieniem okresów ochronnych gatunków roÑlin i zwierz�t, znajduj�cych si“ w korycie cieku. Trzecie dzia»anie to podj“cie decyzji o przyj“ciu schematu

E. Bondar-Nowakowska 34

technologicznego. Moóe on zak»adaƒ pe»n� konserwacj“ cieku, na ca»ej jego d»ugoÑci, lub cz“Ñciow� w cyklu dwuletnim. Przy wyborze sposobu wykonania robót B dzia»anie czwarte, wyst“puj� 3 moóliwoÑci B sposób r“czny, mechaniczny z zastosowaniem koparko-odmularki o pracy cyklicznej oraz mechaniczny z zastosowaniem koparko-odmularki o dzia»aniu ci�g»ym. Najkorzystniejszy, z punktu widzenia ochrony cennych gatunków roÑlinnych i zwierz“cych, jest sposób r“czny. Jednak nie w kaódych warunkach moóliwe jest jego zastosowanie. W przypadku robót konserwacyjnych, wykonywanych mechanicznie, bardziej przyjazne dla Ñrodowiska przyrodniczego koryta cieku jest wprowadzenie maszyny o pracy cyklicznej. Schemat 1; Scheme 1 Schemat drzewa zdarze½ dla planowania robót konserwacyjnych w ciekach Scheme of the event tree at the maintenance works planning on water courses

Działania proekologiczne w robotach konserwacyjnych na cieku Pro-ecological actions in maintenance works on water-courses

I. Badania florystyczne i faunistyczne Studiem of flora and fauna P(Ś) P(C) P(K)

II. Wykonywanie robót wg harmonogramu ekologicznego Execution of work in accordance with the ecological schedule P(Ś) P(C) P(K)

III. Wykonywanie robót w cyklu dwuletnim Execution of work in accordance with a two-year cycle P(Ś) P(C) P(K)

IV. Wybór sposobu wykonania robót � kop. wielonacz.

(k.w.) � kop. jednonacz.

(k.j.) � ręcznie (r.) Selection the execution of work � bucket lauder

excavator (k.w.) � single bucket

excavator (k.j.) � hand operated (r.)

k.w. 0,05 0,05 0,10 1 Nie 0,10 0,01 0,40 k.j. 0,30 0,25 0,30 2 r. 0,65 0,70 3 Nie 0,40 0,10 0,45 k.w. 0,05 0,05 0,10 4 Tak 0,90 0,99 0,60 k.j. 0,30 0,25 0,30 5 r. 0,65 0,70 6 Nie 0,70 0,05 0,05

k.w. 0,05 0,05 0,10

7 Nie 0,10 0,01 0,40 k.j. 0,30 0,25 0,30 8 r. 0,65 0,70 9 Tak 0,60 0,90 0,55

k.w. 0,05 0,05 0,10

10 Tak 0,90 0,99 0,60 k.j. 0,30 0,25 0,30 11 r. 0,65 0,70 12

P(S)=1

k.w. 0,05 0,05 0,10

13 Nie 0,10 0,01 0,40 k.j. 0,30 0,25 0,30 14 r. 0,65 0,70 15 Nie 0,40 0,10 0,45

k.w. 0,05 0,05 0,10

16 Tak 0,90 0,99 0,60 k.j. 0,30 0,25 0,30 17 r. 0,65 0,70 18 Tak 0,30 0,95 0,95 k.w. 0,05 0,05 0,10 19 Nie 0,10 0,01 0,40 k.j. 0,30 0,25 0,30 20 r. 0,65 0,70 21 Tak 0,60 0,90 0,55 k.w. 0,05 0,05 0,10 22 Tak 0,90 0,99 0,60 k.j. 0,30 0,25 0,30 23 r. 0,65 0,70 24

WYKORZYSTANIE METODY DRZEWA ZDARZE¼ ...

35

W drzewie przedstawionym w schemacie 1, przechodz�c od zdarzenia inicjuj�cego roboty konserwacyjne do zdarze½ oznaczaj�cych ich zako½czenie, moóna okreÑliƒ 24 ci�gi reprezentuj�ce róóne warianty dzia»a½. Kaódy z nich zako½czony jest przez oznaczone numerem zdarzenie wyjÑciowe.

Pierwsze zdarzenie wyjÑciowe odpowiada decyzjom o wykonaniu robót kon-serwacyjnych z pomini“ciem bada½ florystycznych i faunistycznych oraz okresów ochronnych organizmów, na ca»ej powierzchni dna, skarp, d»ugoÑci koryta cieku, z zastosowaniem maszyny o pracy ci�g»ej. Zdarzenie wyjÑciowe B dwudziesteczwarte ko½czy wykonanie robót z uwzgl“dnieniem wszystkich wymienionych dzia»a½ maj�cych na celu ochron“ przyrody w korycie cieku. Zdarzenia poÑrednie odpowiadaj� decyzjom, o wykonaniu jednego, dwu, lub trzech z tych dzia»a½. Ilo ÑÑÑÑciowa ocena drzewa zdarze½½½½

Porównanie pod wzgl“dem ekologicznym poszczególnych wariantów wykonania robót wymaga okreÑlenia, dla przyj“tych w nich dzia»a½, prawdopodobie½stw ograniczenia zmian jakoÑciowych i iloÑciowych w zbiorowiskach roÑlinnych i zwierz“cych koryta cieku. W przypadku porównywania tych wariantów pod wzgl“dem czasu realizacji, wymagane jest oszacowanie prawdopodobie½stw wyd»uóenia robót wskutek zastosowania analizowanych dzia»a½. Natomiast przyj“cie do oceny kryterium ekonomicznego wymaga oszacowania prawdopodobie½stw wzrostu kosztów wykonania robót wskutek podj“cia kolejnych dzia»a½. Podstaw� do oceny tych prawdopodobie½stw by»y prace: [BONDAR-NOWAKOWSKA, DEJAS 1994, 1995; BONDAR-NOWAKOWSKA i in. 1996, 1997a, b, c; BOSTELMANN, MENZE 1987; NYC 1995; POºO¼SKI 1995; BONDAR-NOWAKOWSKA 2000].

Dla ga»“zi drzewa reprezentuj�cych korzystne dla Ñrodowiska przyrodniczego dzia»ania (Tak) przypisano prawdopodobie½stwa Pi, a dla ga»“zi drzewa reprezentuj�cych niekorzystne w tym zakresie decyzje (Nie) przypisano prawdopodobie½stwa 1 B Pi [RAK TCHÓRZEWSKA-CIEÐLAK 2006]. WartoÑci te s� przedstawione w schemacie 1. Wskazuj� one, óe kaóde z proponowanych dzia»a½ wp»ywa na ograniczenie zmian jakoÑciowych i iloÑciowych w zbiorowiskach roÑlinnych i zwierz“cych wyst“puj�cych w konserwowanym cieku. RównoczeÑnie dzia»ania te powoduj� wyd»uóenie czasu trwania robót i wzrost ich kosztów. Wp»yw ten, w zaleónoÑci od przyj“tych rozstrzygni“ƒ, jest zróónicowany.

W przyj“tej metodzie prawdopodobie½stwo zdarzenia wyjÑciowego jest iloczynem prawdopodobie½stw na danym ci�gu od zdarzenia pocz�tkowego P(S), które inicjuje roboty konserwacyjne, do zdarzenia wyjÑciowego oznaczaj�cego ich zako½czenie. Dla zdarze½ wyjÑciowych oznaczonych numerem 1 i numerem 24 wynosz� one: P1 = P(S)⋅[1 S P(Dz.I)]⋅[1 S P(Dz.II)]⋅[1 S P(Dz.III)]⋅[1 S P(r. + k.j.)] P24 = P(S)⋅P(Dz.I)⋅P(Dz.II)⋅P(Dz.III)⋅P(r.)

Zastosowanie analizy iloÑciowej pozwala, uwzgl“dniaj�c przyj“te kryteria, tj. ochron“ Ñrodowiska, czas wykonania i koszt robót, na porównanie i okreÑlenie hierarchii przedstawionych w drzewie wariantów wykonawczych. KolejnoÑƒ ta, przedstawiona w schemacie 2, wynika z porównania otrzymanych w wyniku oblicze½ prawdopodobie½stw skutków dzia»a½ uwzgl“dnionych na poszczególnych ci�gach. Dotyczy ona przyj“tych kryteriów osobno oraz w po»�czeniu, tj. ochrona Ñrodowiska + czas wykonania robót, ochrona Ñrodowiska + koszt robót, ochrona Ñrodowiska + czas wykonania robót + koszt


robót. W schemacie 2 w kolumnie oznaczonej liter� ̀ Ð@ przedstawiono, uzyskan� Schemat 2; Scheme 2 KolejnoÑƒ poszczególnych wariantów realizacji robót Sequence of each of the work execution variants

Działania proekologiczne

Pro-ecological actions Kolejność rozwiązań wg

kryterium

Działanie

Action I

Działanie Action

II

Działanie Action

III

Działanie Action

IV

Ś C K ŚC ŚK ŚCK

kop. wiel. 1 22 1 1 2 1 1

Nie

kop. jedn. 2 18 2 5 3 12 3

ręcznie 3 16 4 9 13 10 10

Nie

kop. wiel. 4 17 8 3 3 11 4

Tak

kop. jedn. 5 8 12 7 15 2 6

ręcznie 6 6 15 11 5 5 5

Nie

kop. wiel. 7 21 3 2 7 6 11

Nie

kop. jedn. 8 17 6 6 1 6 2

ręcznie 9 13 9 10 14 7 8

Tak

kop. wiel. 10 15 14 4 19 16 21

Tak

kop. jedn. 11 7 18 8 16 9 16

Decyzja o ręcznie 12 4 20 12 7 15 14

kop. wiel. 13 20 5 13 18 19 23

wykonaniu robót

Nie

kop. jedn. 14 14 7 17 9 14 17

ręcznie 15 11 11 21 8 18 15

Nie

kop. wiel. 16 12 16 15 12 17 20

Tak

kop. jedn. 17 5 19 19 6 3 13

ręcznie 18 2 22 23 4 8 12

Tak

kop. wiel. 19 19 10 14 10 13 18

Nie

kop. jedn. 20 12 13 18 2 4 7

ręcznie 21 9 17 22 19 21 24

Tak

kop. wiel. 22 10 21 16 17 20 22

Tak

kop. jedn. 23 3 23 20 13 12 19

ręcznie 24 1 24 24 2 1 9 Ð S Ñrodowisko; environment, C S czas; time, K S koszt; cost z obliczeń, kolejnoÑƒ ci�gów dzia»a½ podporz�dkowanych kryterium ochrony Ñrodowiska; w kolumnie ̀ C@ kolejnoÑƒ ci�gów podporz�dkowanych kryterium najkrótszego czasu robót; w kolumnie ̀ K@ najniószym kosztom realizacji. Kolumna ` ÐC@ przedstawia


37

hierarchi“ ci�gów z uwzgl“dnieniem kryterium ochrony Ñrodowiska i czasu trwania robót; ` ÐK@ z uwzgl“dnieniem kryterium ochrony Ñrodowiska oraz kosztów robót. W kolumnie ` ÐCK@ ustalono kolejnoÑƒ ci�gów z uwzgl“dnieniem wszystkich 3 kryteriów. W poszczególnych kolumnach 1 oznacza rozwi�zanie najlepsze, kolejne liczby rozwi�zania coraz mniej korzystne. Wyniki bada½½½½

Z przedstawionych danych wynika óe: P najbardziej korzystny dla flory i fauny koryta cieku jest przebieg robót

uwzgl“dniaj�cy dzia»ania na ci�gu, które ko½czy zdarzenie wyjÑciowe 24. Jest to jednak rozwi�zanie najbardziej wyd»uóaj�ce czas przygotowania i wykonania robót oraz charakteryzuj�ce si“ najwyószym kosztem ich realizacji,

P najkrótszy czas oraz najniószy koszt robót wyst�pi w przypadku wykonania

konserwacji pe»nej, maszyn� o pracy ci�g»ej bez uwzgl“dniania terminów realizacji okreÑlonych w ekologicznym harmonogramie robót B ci�g 1. Rozwi�zania te prezentuj� skrajne podejÑcia do rozpatrywanego problemu i mog�

byƒ zastosowane w sytuacjach szczególnych, np. w terenie obj“tym ochron� przyrody, gdy narzucony jest bardzo krótki czas realizacji robót lub ograniczone nak»ady finansowe. W przeci“tnych warunkach i Ñrodkach na wykonawstwo robót naleóy zwróciƒ uwag“ na dzia»ania uwzgl“dnione w pozosta»ych 22 ci�gach, ich oddzia»ywania na przyrod“ koryta cieku, czas i koszt robót. Post“puj�c kolejno naleóy braƒ pod uwag“ przede wszystkim moóliwoÑƒ zrealizowania przez wykonawc“ wyszczególnionych w pracy dzia»a½. JeÑli np. wykonawca robót: P nie ma moóliwoÑci wykonania bada½ florystycznych i faunistycznych (dzia»anie I), a

zaleóy mu na ochronie Ñrodowiska przyrodniczego w korycie cieku powinien zaplanowaƒ wykonanie robót zgodnie z ci�giem 12,

P nie moóe wykonaƒ robót z uwzgl“dnieniem okresów ochronnych flory i fauny

(dzia»anie II), to wykonanie prac zgodnie z ci�giem 18 zapewni mu w maksymalnym stopniu ich ochron“,

P planuje wykonanie pe»nej konserwacji (rezygnuje z dzia»ania III), powinien

zastosowaƒ sekwencj“ dzia»a½ wg ci�gu 21, P ma do dyspozycji tylko kopark“ wielonaczyniow�, najkorzystniejsze dla Ñrodowiska

przyrodniczego koryta cieku b“dzie post“powanie wg zada½ na ci�gu 22.

Rozwi�zania te naraó� jednak inwestorów i wykonawców na wyd»uóenie czasu i wzrost kosztu robót. Dlatego teó w celu okreÑlenia najlepszego w danych warunkach rozwi�zania naleóy przeanalizowaƒ kolejne, przedstawione w schemacie 2 warianty dzia»a½.


Wnioski 1. Przedstawiona analiza wskazuje na znaczn� przydatnoÑƒ metody drzewa zdarze½ do

rozwi�zywania problemów zwi�zanych z planowaniem i wykonawstwem robót konserwacyjnych w ciekach. Metoda ta pozwala uwzgl“dniƒ z»oóonoÑƒ problemu wymagaj�cego kompromisu pomi“dzy przyrod�, technik� i ekonomi�. Pozwala ona równieó na usystematyzowanie danych b“d�cych podstaw� planowania robót oraz u»atwia wybór najkorzystniejszego w danych warunkach wariantu ich realizacji.

2. Z przeprowadzonych oblicze½ wynika, óe wybór dzia»a½ maj�cych na celu ochron“

flory i fauny w konserwowanych ciekach powinien byƒ rozpatrywany z uwzgl“dnieniem czasu realizacji i kosztu robót. Warunkiem pe»nego wykorzystania metody drzewa zdarze½ do planowania i realizacji robót konserwacyjnych jest okreÑlenie prawdopodobie½stw ograniczenia zmian florystycznych i faunistycznych w korycie cieku oraz wyd»uóenia czasu realizacji i wzrostu kosztu robót wskutek zastosowania przedstawionych w pracy dzia»a½ proekologicznych. W celu pozyskania takich danych do dalszych prac naleóy prowadziƒ monitoring zmian jakoÑciowych i iloÑciowych zbiorowisk roÑlinnych i zwierz“cych w konserwowanych ciekach. Obserwacje powinny dotyczyƒ równieó rozwi�za½ technologiczno-organizacyjnych stosowanych podczas wykonywania robót.

3. Przyjmuj�c jako równorz“dne kryterium ochrony Ñrodowiska i czasu wykonania

robót najbardziej korzystna jest realizacja robót z uwzgl“dnieniem dzia»a½ wyst“puj�cych, w przedstawionym drzewie zdarze½, na ósmym ci�gu. W przypadku równorz“dnego rozpatrywania ochrony Ñrodowiska i kosztu robót naleóy zastosowaƒ dzia»ania na ci�gach pierwszym, dwudziestym czwartym, a nast“pnie pi�tym. Przyj“cie podczas planowania robót za»oóenia, óe wszystkie trzy rozpatrywane w pracy kryteria B ochrona Ñrodowiska, czas wykonania oraz koszt robót s� równorz“dne, wymaga by konserwacj“ cieku realizowaƒ wg ci�gu dzia»a½ oznaczonego przez zdarzenie wyjÑciowe nr 1. W nast“pnej kolejnoÑci powinny byƒ rozpatrywane ci�gi B ósmy, drugi, czwarty i szósty.

Literatura BONDAR-NOWAKOWSKA E. 2000. Oddzia»ywanie robót konserwacyjnych na flor“ i faun“ koryt wybranych cieków nizinnych. Zeszyty Naukowe AR we Wroc»awiu 391: 100 ss.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D. 1994. WydajnoÑƒ pracy niektórych maszyn do kon-serwacji cieków melioracyjnych i wykonawstwo robót na tle Ñrodowiska przyrodniczego. Zesz. Nauk. AR we Wroc»awiu 246: 11S15.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D. 1995. Wp»yw uwarunkowa½ ekologicznych na czas pracy maszyn konserwacyjnych. Zesz. Nauk. AR we Wroc»awiu 266: 253S260.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D., POLECHO ¼¼¼¼SKI R. 1997a. Zmiany w sk»adzie bez-kr“gowców wodnych wskutek odmulenia dna cieku Dobra (dop»yw Widawy) Rocz. AR w Poznaniu CCXCIV, Melior. Inó. Ðrod. 19, Cz. 1: 227S233.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D., ROJEK S. 1996. Sukcesja roÑlin po wykonaniu konserwacji na przyk»adzie cieku Leniwka S dop»yw Widawy. Zesz. Nauk. AR we


39

Wroc»awiu 283: 123S128.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D., ROJEK S. 1997b. Oddzia»ywanie robót konserwacyjnych na zbiorowisko roÑlinne w korycie cieku Dobra (dop»yw Widawy.). Rocz. AR w Poznaniu CCXCIV, Melior. Inó. Ðrod. 19, Cz. 1: 235S242.

BONDAR-NOWAKOWSKA E., DEJAS D., ZAººººUCKI A. 1997c. Wp»yw koszenia skarp na zmiany w entomofaunie na przyk»adzie cieku Dobra (dop»yw Widawy). Rocz. AR w Poznaniu CCXCIV, Melior. Inó. Ðrod. 19, Cz. 1: 243S251.

BOSTELMANN R., MENZE R. 1987. Auswirkugen von Maβnahmen der Gewässerunterhaltung auf Gewässerlebensgemeinschaften. DVWK Schriften. P. Parey. Hamburg u. Berlin: 76S77: 114S118.

NYC K. 1995. Ekologiczne konsekwencje melioracji wodnych B spojrzenie meliorantów. Wydawn. Inst. Ochr. Przyr. PAN: 13S25.

POººººO¼¼¼¼SKI M. 1995. Planowanie realizacji inwestycji melioracyjnych w funkcji czasu i Ñrodków na podstawie harmonogramów sieciowych. Wydawn. SGGW, Warszawa: 117 ss.

RAK J., TCHÓRZEWSKA -CIEÐÐÐÐLAK B. 2006. Standaryzacja iloÑciowa w metodzie drzewa zdarze½. Gaz, Woda i Technika Sanitarna: 16S19.

S»»»»owa kluczowe: roboty konserwacyjne, ochrona Ñrodowiska, czas realizacji robót,

koszt robót Streszczenie

Planowanie i realizacja robót konserwacyjnych w ciekach z uwzgl“dnieniem ochrony Ñrodowiska jest zagadnieniem bardzo z»oóonym. W pracy wykazano na znaczn� przydatnoÑƒ metody drzewa zdarze½ do rozwi�zywania tego problemu. Przypisuj�c jednakowe znaczenie przyrodzie, technice i ekonomii, metoda pozwala usystematyzowaƒ dane b“d�ce podstaw� planowania robot konserwacyjnych oraz u»atwia wybór najkorzystniejszego w danych warunkach wariantu realizacji robót. UTYLIZATION OF THE EVENT TREE TO MAKE A DECISION FOR EXECUTION OF MAINTENANCE WORK ON WATER COURSES Elóbieta Bondar-Nowakowska Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wroc»aw Key words: maintenance works, environmental protection, time and cost of work

execution Summary

The problem of planning and execution of work on water courses taking the


environmental protection into account is very complicated. This paper presents, the event tree method wchich is very useful to solve this problem. Ascribing the same meaning to the nature, the technical procedure and the economical questions, this method gives the possibility to systematize the basic dates for the planning of the maintenance works and the choice of the best alternative to the execution of these works. Dr hab. inó. Elóbieta Bondar-Nowakowska Instytut Kszta»towania i Ochrony Ðrodowiska Uniwersytet Przyrodniczy Plac Grunwaldzki 24 50S365 WROCºAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 41-47

KSZTAŁTOWANIE SI Ę ODPŁYWU WODY I ZANIECZYSZCZE Ń Z MAŁYCH ZLEWNI ROLNICZYCH

Tadeusz Durkowski1,2, Piotr Wesołowski1 1 Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach, Zachodniopomorski Ośrodek Badawczy 2 Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa, Akademia Rolnicza w Szczecinie Wstęp

Ocena zanieczyszczenia wód powierzchniowych i ładunków składników che-micznych wynoszonych z małych zlewni rolniczych do większych rzek i to przewaŜnie na ich odcinkach ujściowych, jest utrudniona z powodu ograniczenia zakresu pomiarów przez instytucje monitorujące. O genezie substancji chemicznych transportowanych przez wody rzek decyduje sposób zasilania oraz istnienie wielu źródeł zanieczyszczeń, zróŜnicowanych pod względem natęŜenia i charakteru emisji [KOC 1998; WINKLER i in. 2001; DURKOWSKI 2004]. Skład chemiczny wód powierzchniowych w zlewniach rolniczych uwarunkowany jest przede wszystkim tłem geochemicznym oraz jej uŜytkowaniem warunkującym dopływ zanieczyszczeń obszarowych. Badania wskazują, Ŝe o stęŜeniach i ich zmianach decydują czynniki naturalne i antropogeniczne [DURKOWSKI i in. 1996; SAPEK 1996; KOC, SIDORUK 2005]. Według danych WIOŚ [RAPORT

2004], jakość wód powierzchniowych na terenie Pomorza Zachodniego ulega poprawie na skutek znacznego zwiększenia ilości oczyszczalni ścieków i długości sieci kanalizacyjnej, a takŜe zmniejszenia ilości ścieków przemysłowych oraz zmian w rolnictwie. NajwyŜsze stęŜenia składników biogennych obserwuje się w wodach małych rzek i cieków w zlewniach typowo rolniczych [DURKOWSKI, WORONIECKI 2001]. Biorąc pod uwagę wielorakość przyczyn zanieczyszczenia wód, waŜnym do rozwiązania problemem jest szczegółowa ocena ich jakości na obszarach wiejskich. Pozwoli to na wybór skutecznych sposobów ograniczania ładunku zanieczyszczeń pochodzących z działalności rolniczej oraz na poprawę jakości lokalnych zasobów wodnych [SAPEK 1999; DURKOWSKI 2004]. Zmiana systemu gospodarki rolnej w latach dziewięćdziesiątych XX wieku tylko w minimalnym stopniu poprawiła złą sytuację na obszarach wiejskich z lat poprzednich. Obecnie pojawia się coraz większa ilość gospodarstw z intensywną produkcją roślinną oraz zwierzęcą. Produkcja zwierzęca prowadzona często jest bez odpowiedniego zabezpieczenia urządzeń do gromadzenia stałych i płynnych odchodów zwierzęcych. NaleŜy więc spodziewać się dalszych negatywnych skutków dla środowiska wodnego.

Celem badań, których wybrane wyniki zaprezentowano w opracowaniu, była ocena odpływu wody i zmian stęŜeń składników nawozowych i ładunków z dwóch małych zlewni rolniczych, w latach 2002-2005, w rejonie Niziny Pyrzyckiej.

T. Durkowski, P. Wesołowski

42

Obiekt i metody badań

Badania prowadzono na małych rzekach nizinnych: Kanale Młyńskim (Sicina) i Gowienicy. Zlewnie obu rzek połoŜone są w makroregionie PobrzeŜe Szczecińskie (313.2-3), mezoregionie Równina Pyrzycko-Stargardzka (313.31), a południowa część zlewni Kanału Młyńskiego leŜy w makroregionie Pojezierze Zachodniopomorskie (314.40) w mezoregionie Pojezierze Myśliborskie (314.41).

Kanał Młyński jest lewobrzeŜnym dopływem rzeki Płoni, do której wpada przed ujściem do jeziora Miedwie. Posiada zlewnię o pow. około 88,3 km2, połoŜoną na terenie gmin Pyrzyce, Lipiny. Średni roczny przepływ (SSQ) wynosi 0,28 m3⋅s-1, w okresie zimowym 0,38 m3⋅s-1, a w letnim tylko 0,18 m3⋅s-1. NajwyŜszy spośród naj-wyŜszych przepływ wynosił 2,22 m3⋅s-1, a najniŜszy spośród najniŜszych tylko 0,021 m3⋅s-1. Dla poszczególnych miesięcy najwyŜsze współczynniki zmienności przepływów zanotowano w grudniu i lutym, a najniŜsze we wrześniu. Średnie odpływy jednostkowe wynoszą: dla roku 3,21 dm3⋅s-1⋅km-2, półrocza zimowego 4,36 dm3⋅s-1⋅km-2 i letniego 2,06 dm3⋅s-1⋅km-2 [BOREK i in. 2000]. Zlewnia charakteryzuje się znacznymi deniwelacjami, szczególnie w części źródłowej. Obszar zlewni w znacznej części zajmują uŜytki rolne (87%), z czego ponad 74% grunty orne o wysokich klasach bonitacyjnych, a tylko 13% uŜytki zielone. Kanał Młyński przepływa przez miasto Pyrzyce (około 13 tys. mieszkańców). W zlewni połoŜonych jest 10 wsi. Wszystkie wsie są częściowo skanalizowane, a ścieki odprowadzane są do 4 oczyszczalni o róŜnej skuteczności oczyszczania ścieków.

Rzeka Gowienica posiada zlewnię o powierzchni 63,65 km2, połoŜoną na terenie dwóch gmin: Stargard Szczeciński i Warnice. Średni przepływ (SSQ) wynosi 0,08 m3⋅s-1, w okresie zimowym 0,10 m3⋅s-1, a w okresie letnim tylko 0,05 m3⋅s-1. NajwyŜszy spośród najwyŜszych przepływ wynosił 0,42 m3⋅s-1, a najniŜszy spośród najniŜszych tylko 0,012 m3⋅s-1. Średnie odpływy jednostkowe wynoszą: dla roku 1,27 dm3⋅s-1⋅km-2, półrocza zimowego 1,78 dm3⋅s-1⋅km-2, a letniego tylko 0,82 dm3⋅s-1⋅km-2. Zlewnia charakteryzuje się niewielkimi deniwelacjami. Jest typową zlewnią rolniczą o intensywnym sposobie gospodarowania, w której dominują gleby bardzo dobre i dobre (czarne ziemie pyrzyckie), stanowiące blisko 96% uŜytków rolnych, z czego na grunty orne przypada 86%, a na łąki i pastwiska tylko 10%. Ścieki komunalne z 6 wsi (na 8 leŜących w zlewni) oczyszczane są w 3 oczyszczalniach ścieków. Odcieki ze wszystkich oczyszczalni odprowadzane są bezpośredni do obu omawianych rzek.

Od roku 2002 na rzece Gowienicy prowadzone są ciągłe pomiary stanu wód (automatyczna stacja pomiarowa – Data Logger MDS-Dipper). Próbki wody do analiz chemicznych pobierano co miesiąc. W próbkach oznaczano stęŜenie jonów NO3-, NH4

+, PO4

3-, K+ oraz wartość pH i przewodności elektrolitycznej (EC). Parametry jakości wód oznaczano metodami: odczyn – elektrochemicznie wg PN-90/C-04540.01, azot amono-wy metodą fotometryczną indofenolową, azotany metodą fotometryczną indofenolową z nitrospektralem, fosforany metodą fotometryczną z molibdenianem amonu wg PN-83/C-04537.02, potas fotometrycznie.

Wyniki i dyskusja

W latach 2002-2005 zanotowano sumy opadów rocznych od 339,4 mm (2003) do

456,3 mm (2004) przy średniej w okresie badań 411,0 mm (średnia z lat 1956-1980 -

KSZTAŁTOWANIE SIĘ ODPŁYWU WODY ...

43

512 mm). Warunki klimatyczne, a szczególnie niskie sumy opadów, decydowały o wielkości odpływów wód powierzchniowych. W warunkach dominacji gleb cięŜkich i średnich w obu zlewniach dynamika odpływu w małym stopniu związana była z warunkami opadowymi, szczególnie w okresie wegetacji. W roku 2004 tylko w miesiącach zimowych: styczeń (opad - 37 mm), luty (43,2 mm), listopad (50,0 mm), grudzień (39 mm) zaobserwowano wzrost przepływów w okresach występowania większych opadów (opady deszczu na przemian z opadami śniegu). W okresach wiosennych i letnich nawet przy opadach dobowych w granicach 20 mm nie zanotowano wzrostu przepływów w przekroju badawczym (rys. 1). W roku 2005 tylko w okresie styczeń – luty zanotowano wzrost przepływów jako reakcję na opady śniegu i deszczu (wzrost spływów powierzchniowych).

pomiary; measurements Rys. 1. Przepływy (Q - podano odczyt, za co drugi dzień) w rzece Gowienicy w roku 2004 na tle

sum opadów codziennych (P) Fig. 1. Water flow (Q - every two days measurements) in the Gowienica river in 2004

against the background of rainfall sum (P) W pozostałych miesiącach obserwowano brak reakcji rzek (wzrostu przepływów)

na znaczne sumy opadów przekraczające nawet 20 mm (dziennie). Średnie miesięczne przepływy w obu rzekach miały podobny przebieg: wzrastały w okresach zimowych, a malały znacznie w okresie wegetacji (rys. 2).

UŜytkowanie ziemi w zlewni (bardzo mały udział uŜytków zielonych, brak lasów) w zasadniczy sposób kształtowało stosunki hydrologiczne oraz ilość i formę zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych.

W wodach badanych rzek zaobserwowano duŜe zróŜnicowanie stęŜeń badanych składników chemicznych. Okresowo notowane były wysokie stęŜenia, szczególnie azotanów i fosforanów.


44

kolejne miesiące; successful months Rys. 2. Średnie miesięczne przepływy w Gowienicy (1) i Kanale Młyńskim (2) na tle sum opadów

miesięcznych (P), (lata 2002-2005) Fig. 2. Monthly mean water flow in the Gowienica (1) and Kanał Młyński (2) against the

background of monthly precipitation sums (P), (years 2002-2005)

W wodach Kanału Młyńskiego notowano zacznie wyŜsze stęŜenia potasu, azotu amonowego i fosforanów, a w Gowienicy azotanów. W latach 2002-2005 w wodach Gowienicy i Kanału Młyńskiego zanotowano średnie stęŜania azotanów, odpowiednio 6,8 g⋅m-3 (przy wahaniach 0,9-42,0 g⋅m-3) i 9,1 g⋅m-3 przy zmianach 1,2-61,0 g⋅m-3; azotu amonowego 0,25 g⋅m-3 (przy wahaniach 0,05-1,40) i 0,29 g⋅m-3 (wahania 0,10-1,50 g⋅m-3); fosforanów 0,35 g⋅m-3 (wahania 0,01-1,6 g⋅m-3) i 0,36 g⋅m-3 (wahania 0,02-1,6 g⋅m-3) oraz potasu 13,4 g⋅m-3 (wahania 6,5-28,6 g⋅m-3) i 14,4 g⋅m-3 (zmiana 4,4-24,0 g⋅m-3). Tabela 1; Table 1 Ładunki jednostkowe (kg⋅ha-1⋅rok-1) składników nawozowych wynoszonych w wodach powierzchniowych z badanych zlewni rolniczych Loads of nutrients (kg⋅ha-1⋅year-1) carried out with the surface water from the investigated agricultural basins

Rok Year

NO3-

NH4

+

PO43-

K+

1

2

1

2

1

2

1

2

2002

4,5

24,8

0,20

0,30

0,08

0,40

4,9

19,4

2003

1,4

3,6

0,06

0,30

0,05

0,10

3,4

7,2

2004

4,9

11,0

0,10

0,10

0,21

0,30

6,3

16,5

2005

3,4

3,5

0,08

0,20

0,15

0,20

4,1

12,8

Średnie; Means

3,6

10,7

0,11

0,22

0,12

0,25

4,7

14,0

1 zlewnia Gowienicy; Głowienica catchment 2 zlewnia Kanału Młyńskiego; Kanał Młynski catchment

Pomimo małych przepływów z wodami badanych rzek (Gowienicy i Kanału Młyńskiego) wynoszone były znaczne ładunki składników nawozowych, np. z wodami


45

Gowienicy wypływało średnio rocznie 22,4 t azotanów przy wahaniach od 8,7 t (rok 2003) do 31 t (rok 2004). Z wodami Kanału Młyńskiego wyprowadzany był ładunek azotanów od 30,9 t (rok 2003) do 215,4 t (rok 2002), średnio około 93,1 t rocznie. Wynoszony ładunek azotu amonowego ze zlewni Gowienicy wahał się w granicach od 0,35 t (rok 2003) do 1,2 t (rok 2002), średnio 0,73 t rocznie, a dla Kanału Młyńskiego od 1,2 t (rok 2004) do 2,5 t (rok 2002), średnio 1,95 t rocznie. W przypadku fosforanów dla Kanału Młyńskiego wynoszone ładunki wahały się w granicach 0,87 t (2003) do 3,3 4 (rok 2002), średnio wynosiły około 2,28 t. Z wodami Gowienicy wynoszony był znacznie mniejszy ładunek fosforanów od 0,30 t (2003) do 1,36 t (2004), średnio 0,77 t. Ładunki potasu wynoszonego w wodach Gowienicy wahały się w granicach 21,7 t (2003) do 39,0 t (2004), średnio wynosiły 29,6 t. Kształtowanie się jednostkowych ła-dunków biogenów wynoszonych ze zlewni rolniczych przedstawiono w tabeli 1.

W latach 2002-2005 średnie ładunki jednostkowe azotanów wynosiły 3,6 kg⋅ha-1⋅rok-1 dla Gowienicy (wahania od 1,4 do 4,9) i 10,7 kg⋅ha-1⋅rok-1 (zmiany od 3,5 do 24,8) dla Kanału Młyńskiego. Ładunki azotanów moŜna wiązać z poziomem nawoŜenia mineralnego (szczególnie azotem) w obu zlewniach. Z posiadanych danych wynika, Ŝe średni poziom nawoŜenia azotem wynosi 110 kg N⋅ha-1, a w wielu uprawach nawet 260 kg N⋅ha-1. W przypadku azotu amonowego i fosforanów znaczny udział mają oczyszczalnie ścieków odprowadzające odcieki o wysokich stęŜeniach obu składników do rzek. Wnioski 1. Wieloletnie badania w zlewniach małych rzek wykazały duŜą zmienność

przepływów oraz stęŜeń substancji nawozowych w wodach. 2. Okresowo notowano wysokie stęŜenia szczególnie azotanów (do 62 g⋅m-3)

i fosforanów (do 3,8 g⋅m-3). 3. Ze zlewni rzek wynoszone były znaczne ładunki składników nawozowych:

z wodami Gowienicy średnio rocznie odpływało 22,4 t azotanów przy wahaniach od 8,7 do 31,1 t, a z Kanału Młyńskiego odpowiednio 93,1 t i 30,7-215,4 t. Ładunki fosforanów wahały się tam w granicach od 0,48 do 1,36 t dla Gowienicy i od 0,87 do 3,38 t dla Kanału Młyńskiego.

4. W latach 2002-2005 wynoszone ładunki jednostkowe azotanów wynosiły rocznie

3,6 kg⋅ha-1 (Gowienica) i 10,7 kg⋅ha-1 (Kanał Młyński), oraz odpowiednio fos-foranów 0,12 i 0,25 kg⋅ha-1, azotu amonowego 0,11 i 0,22 kg⋅ha-1, a potasu 4,7 i 14,0 kg⋅ha-1.

Literatura BOREK L., KEPIŃSKA-KASPRZAK M., KUŹNICKA M. 2000. Zasoby wód powierzchniowych województwa zachodniopomorskiego. Hydrologia regionalna. Biuro Studiów, Opinii i Ekspertyz, Słupsk: 75 ss.

DURKOWSKI T. 2004. Zmiany jakości wód głównych dopływów jeziora Miedwie. V Konferencja naukowo-techniczna „Ochrona i rekultywacja jezior”. Grudziądz, 11-13 V 2004: 15-24.

DURKOWSKI T., BURAKIEWICZ B., BURCZYK P. 1996. Ocena wnoszenia azotu w wodach


46

powierzchniowych do jeziora Miedwie w latach 1997-1994. Międzynarodowa kon-ferencja „Nadmiar azotu w rolnictwie czynnikiem zagroŜenia zdrowia człowieka”. IMUZ, Falenty, 9-10 I 1997: 23-29.

DURKOWSKI T., WESOŁOWSKI P. 2000. Inwestycje proekologiczne a stan zanieczyszczenia środowiska wodnego w wybranych zlewniach cząstkowych jeziora Miedwie. IV Międzynarodowa konferencja „Ochrona i rekultywacja jezior”. Przysiek-Toruń, 12-14 VI 2000: 89-100.

DURKOWSKI T., WORONIECKI T. 2001. Jakość wód powierzchniowych obszarów wiejskich Pomorza Zachodniego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 476: 365-371.

KOC J. 1998. Wpływ intensywności uŜytkowania terenu na wielkość odpływu biogenów z obszarów rolniczych. Rocz. AR w Poznaniu 307, Rol. 52: 101-106.

KOC J., SIDORUK M. 2005. Wpływ uŜytkowania zlewni na ładunek fosforu dopływający do jezior z wodami powierzchniowymi. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 505: 159-167.

RAPORT 2004. Raport o stanie środowiska w województwie zachodniopomorskim w latach 2002-2003. Biblioteka Monitoringu Środowiska. IOŚ, Szczecin: 336 ss.

SAPEK A. 1996. Udział rolnictwa w zanieczyszczaniu wody składnikami nawozowymi. B. Sapek (red.). IMUZ, Falenty. Zeszyty Edukacyjne 1: 9-33.

SAPEK A. 1999. Nitrogen balance and cycling in Polish agriculture. Międzynarodowa konferencja „Obieg i bilans azotu w rolnictwie polskim”. IMUZ, Falenty, 1-2 XII 1998: 7-24.

WINKLER L., ROY M., KAMI ŃSKA G. 2001. PrzybliŜone ładunki niektórych form azotu, fosforu oraz zawiesiny wnoszone do jeziora Miedwie ze zlewni Płoni w latach 1998-2000. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 475: 513-525.

Słowa kluczowe: zlewnia rolnicza, odpływ, biogeny, jakość wód, ładunki Streszczenie

W pracy przedstawiono kształtowanie się odpływów wód i biogenów z dwóch małych zlewni rolniczych w latach 2002-2005. Obserwowano niskie odpływy z uwagi na małe sumy opadów w obu rzekach. Okresowo notowano wysokie stęŜenia azotanów i fosforanów. Ze zlewni wynoszone były znaczne ładunki jednostkowe azotanów do 10,7 kg⋅ha-1, potasu 14 kg⋅ha-1 i fosforanów 0,25 kg⋅ha-1.

FORMATION OF WATER AND POLLUTANT OUTFLOW FROM SMALL AGRICULTURAL CATCHMENTS

Tadeusz Durkowski 1, 2, Piotr Wesołowski 1 1 Westpomeranian Research Division in Szczecin, Institute for Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty


47

2 Department of Environmental Development and Agricultural, Agricultural University, Szczecin Key words: agricultural catchment, runoff, nutrient, water quality, loads Summary

Water flow and nutrients concentration were investigated on two small agricultural rivers in 2002-2005. Because of small precipitation sums, low amounts of outflow were noted. High concentrations of nitrates and phosphates were found periodically. Significant loads of nitrates (to 10.7 kg⋅ha-1), potassium (14 kg⋅ha-1) and phosphates (0.25 kg⋅ha-1) were flew out from the river basin. Doc. dr hab. inŜ. Tadeusz Durkowski Zachodniopomorski Ośrodek Badawczy w Szczecinie Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych ul. Czesława 9 71-504 SZCZECIN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POST’PÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 49S54 RÓòòòòNORODNOÐÐÐÐ‚‚‚‚ FLORY ROWÓW MELIORACYJNYCH W DOLINIE RZEKI INY Renata Gamrat, Róóóóóa Kochanowska, Urszula Arciuszkiewicz Katedra Ochrony i Kszta»towania Ðrodowiska, Akademia Rolnicza w Szczecinie Wst““““p

Uóytki zielone Niziny Szczeci½skiej zosta»y zmeliorowane w latach 50. XX wieku [WÓJCIK 1967] i do lat 80. by»y intensywnie uóytkowane. Uóywanie ci“ókiego sprz“tu mechanicznego przy piel“gnacji i zbiorze zielonej masy roÑlinnej z »�k, wymaga»o szybko odprowadzaj�cych wod“ S ̀ droónych@ rowów melioracyjnych. Podstawowym warunkiem tego by»a bieó�ca ich konserwacja, a zaniechanie jej w latach 80. XIX wieku spowodowa»o zamulenie i zarastanie roÑlinnoÑci� poboczy, skarp i dna rowów. Badania zlokalizowano nad kana»em Sowno i czterema rowami melioracyjnymi znajduj�cymi si“ na »�kach sporadycznie koszonych, po»oóonych w dolinie rzeki Iny, na odcinku mi“dzy Stargardem Szczeci½skim a Goleniowem. º�czna d»ugoÑƒ obiektów badawczych wynosi»a 1 450 m, w tym kana»u 1 i 2 (k1, 2) S 550 m, rowu nr 1 (r1) S 185 m, rowu nr 2 (r2) S 180 m, rowu nr 3 (r3) S 145 m i rowu nr 4 (r4) S 110 m. Nachylenie skarp rowów wynosi»o 1 : 1,5. Szero-koÑƒ pasa roÑlinnego po obu stronach dna rowu wynosi»a ok. 1,5 m. W okresie bada½ florystycznych poziom wody w poszczególnych rowach znacznie si“ róóni», g»“bokoÑƒ wody w kanale w pe»ni sezonu wegetacyjnego waha»a si“ od 0,3 do 0,5 m. Latem w rowach wody by»o jeszcze mniej (rów nr 4 S ze wzgl“du na znaczne zamulenie nie prowadzi» juó wody, w nast“pnych rowach g»“bokoÑƒ wody waha»a si“ od 0,2 do 0,3 m). W latach 2000S2002 na tym obszarze nie wykonywano zabiegów konserwacyjnych.

Celem bada½ by»o okreÑlenie aktualnego stanu flory i jej zróónicowanie na terenie kana»u Sowno oraz czterech rowów melioracyjnych. Materia »»»» i metody

W latach 2000S2002 przeprowadzono badania florystyczne roÑlinnoÑci zielnej i krzewiastej w nast“puj�cych strefach: na dnie, skarpach i poboczach kana»u i rowów. W rowach melioracyjnych pas skarpy i pobocza traktowano »�cznie i okreÑlono jako pobocze. Ca»y obszar podzielono na szeÑƒ odcinków: dwa na kanale (o wodzie p»yn�cej S k1 oraz stagnuj�cej S k2), trzy na rowach o wodzie p»ytkiej S r1S3 i jeden bezwodny S r4. Wykonano 30 spisów florystycznych, a nazewnictwo gatunków podano za MIRKIEM i in. [2002]. Klasyfikacj“ fitosocjologiczn� zbiorowisk roÑlinnych przyj“to za MATUSZKIEWICZEM

[2007]. G»“bokoÑƒ wody w ciekach mierzono sond� r“czn�.

R. Gamrat, R. Kochanowska, U. Arciuszkiewicz 50

Wyniki

Na ca»ym obszarze stwierdzono wyst“powanie 145 gatunków roÑlin naczyniowych, naleó�cych do 39 rodzin i 94 rodzajów. Przewaóa»y gatunki z rodziny Asteraceae (14 %), Poaceae (11 %) oraz Caryophyllaceae (8 %). Stwierdzono tylko jeden gatunek znajduj�cy si“ pod ochron� S Angelica archangelica subsp. litoralis (FR.) THELL. Drzewa i krzewy wyst“powa»y nielicznie, by»y to Alnus glutinosa (L.) GAERTN. i Tilia platyphyllos SCOP. oraz krzewy: Crataegus monogyna JACQ., Euonymus europaea L., Rubus caesius L., R. idaeus L., Salix caprea L., S. cinerea L., S. viminalis L. i Sambucus nigra L. Szata roÑlinna badanych cieków charakteryzowa»a si“ duó� mozaikowatoÑci�. Poszczególne gatunki roÑlin tworzy»y niewielkie, nieregularne skupienia, b�dï wyst“powa»y pojedynczo. Najwi“cej ga-tunków wyst“powa»o wzd»uó odcinka kana»u o wodzie p»yn�cej (79), a najmniej na terenie bezwodnego rowu (objaÑnienia; explanations: k1S2 S kana» na odcinku nr 1, 2; drainage ditch in the section 1, 2, p S pobocze; side-spaces, s S skarpa; slope, d S dno; bottom, r1S4 S rów nr 1S4; drainage ditch no. 1S4):

LiczebnoÑÑÑÑƒƒƒƒ gatunków wspólnych dla poszczególnych odcinków Numerous of species common in section Nazwa gatunku, rodzaj odcinka i strefy Name of species on the section and zones

6 odcinków (27 gatunków); 6 section (27 species): Achillea millefolium L. (k1, 2p, s, r1 4),

Alopecurus pratensis L. (k1, 2p, s, r1S4), Caltha palustris L. (k1s, 2p, s, r1S4), Calystegia sepium (L.) R. BR. (k1, 2p, s, r1S4), Carduus crispus L. (k1p, s, 2p, r1S4), Cirsium arvense (L.) SCOP. (k1p, 2p, s, r1S4), C. oleraceum (L.) SCOP. (k1p, s, 2s, d, r1S4), Conyza canadensis (L.) Cronquist (k1p, s, 2p, s» r1S4), Deschampsia caespitosa (L.) P. BEAUV. (k1p, 2p, s, r1S4), Elymus repens (L.) GOULD. (k1, 2p, s, r1S4), Filipendula ulmaria (L.) MAXIM . (k1p, s, 2p, r1S4), Galium aparine L. (k1, 2p, s, r1S4), Glechoma hederacea L. (k1, 2p, s, r1S4), Glyceria maxima (HARTM.) HOLMB. (k1s, 2p, s, r1S4), Holcus lanatus L. (k1, 2p, s, r1S4), Lamium purpureum L. (k1, 2p, s, r1S4), Lotus uliginosus SCHKUHR. (k1s, 2p, s, r1S4), Lycopus europaeus L. (k1, 2p, s, r1S4), Phalaris arundinacea L. (k1, 2p, s, r1-4), Phragmites australis (CAV.) TRIN. EX STEUD. (k1, 2p, s, r1S4), Potentilla anserina L. (k1p, s, 2p, r1S4), Ranunculus acris L. (k1, 2p, s, r1S4), Rumex acetosa L. (k1, 2p, s, r1S4), R. crispus L. (k1, 2p, s, r1S4), Sonchus oleraceus L. (k1, 2p, s, r1S4), Urtica dioica L. (k1, 2p, s, r1S4),

5 odcinków (5 gatunków); 5 section (5 species): Carex rostrata STOKES (k2p, s, r1S4), Nasturtium officinale R. BR. (k1d, 2p, s, d, r1, 3, 4), Phleum pratense L. (k1, 2p, s, r1, 2, 4), Scirpus sylvaticus L. (k2p, s, r1S4), Scrophularia umbrosa DUMORT. (k1, 2p, s, r1S3),

4 odcinki (16 gatunków); 4 section (16 species): Agrostis stolonifera L. (k1, 2p, s, r1, 2), Bromus inermis LEYSS. (k1p, 2p, s, r1, 4), Cirsium palustre (L.) SCOP. (k1, 2p, s, r1, 2), Dactylis glomerata L. (k1p, 2p, s, r1, 2), Ficaria verna HUDS. (k1, 2s, r1, 2), Galinsoga parviflora CAV. (k1p, 2p, s, r1, 3), Juncus conglomeratus L. EMED. LEERS (k1s, 2p, s, r2, 4), J. effuses L. (k1p, 2p, s, r1, 2), Myosotis palustris (L.) L. EMEND. RCHB. (k1, 2p, s, r1, 2), Myosoton aquaticum (L.) MOENCH. (k1, 2p, s, r2, 3), Poa trivialis L. (k1p, 2p, s, r3, 4), Polygonum bistorta L. (k1, 2p, s, r1, 2), Ranunculus repens L. (k1, 2p, s, r1, 3), Rorippa amphibia (L.) BESSER (k1s, 2p, s, r1, 3), Sonchus asper (L.) HILL . (k1, 2s, r2, 4), Symphytum officinale L. (k1, 2p, s, r1, 4),

3 odcinki (22 gatunki); 3 section (22 species): Anthriscus sylvestris (L.) HOFFM. (k1, 2p, s, r1), Artemisia vulgaris L. (k1p, s, 2p, r1), Carex elata ALL. (r2, 3, 4), Epilobium parviflorum SCHREB. (k1, 2p, s, r1), Equisetum palustre L. (k1s, 2p, r3), Galium mollugo L. (k1, 2p, s, r1), Geranium pratense L. (k1, 2p, r1), Geum rivale L. (k1p, 2p, s, r3), Lamium album L. (k1, 2p, s, r1), Lemna minor L. (k1, 2d, r4), Melandrium album (MILL .) GARCKE (k1s, 2p, s, r3), Poa pratensis L. (k1, 2p, s, r1), Sagittaria sagittifolia L. (k1, 2d, r1), Salix fragilis L. (k1p, 2s, r3), Saponaria officinalis L. (k1p, s, 2p, r3), Scrophularia nodosa L. (k1, 2p, s, r1), Silene vulgaris (MOENCH) GARKE (k1s, 2p, r3), Stachys palustris L. (k1, 2p, s, r1), Tanacetum vulgare L. (k1p, 2s, r1), Valeriana officinalis L. (k1, 2p, s, r3), Veronica longifolia L. (k1, 2p, s, r2),

2 odcinki (37 gatunków); 2 section (37 species): Achillea ptarmica L. (k1, 2p, s), Acorus calamus L. (k1, 2d), Alisma plantago-aquatica L. (k1, 2d), Angelica archangelica subsp. litoralis (FR.) THELL. (k1, 2p, s), Barbarea vulgaris R. Br. (k1p, r3), Bryonia dioica JACQ. (k1s, 2p), Cardamine pratensis L. (k1p, r1), Carex gracilis CURTIS (k1p, r3), Centaurea jacea L. (k1, 2p), Cerastium holostenoides FR. EMEND. HYL. (k1p, s, 2p), Crepis biennis L. (k1p, s, 2p), C. paludosa (L.) MOENCH (k1s, 2p, s), Elodea

RÓòNORODNOÐ‚ FLORY ROWÓW MELIORACYJNYCH ...

51

canadensis MICHX. (k1, 2d), Epilobium roseum SCHREB. (k1p, s, 2p), Equisetum pratense EHRH. (k1p, r1), Humulus lupulus L. (k1, 2p), Hypericum tetrapterum FR. (k1s, 2p, s), Iris pseudacorus L. (k1s, r2), Lathyrus pratensis L. (k1p, r2), Lychnis flos-cuculi L. (k1, 2p, s), Lysimachia vulgaris L. (k1s, 2p), Lythrum salicaria L. (k1p, s, 2p), Mentha aquatica L. (k1s, 2p, s), M. longifolia (L.) L. (k1, 2p), Myosotis caespitosa SCHULTZ. (k1s, 2p, s), Oenanthe aquatica (L.) POIR. (k1s, 2p, s), Plantago major L. (k1, 2p), Poa palustris L. (k1p, r1), Polygonum amphibium L. (k1, 2s, d), P. hydropiper L. (k1p, s, 2s), Potamogeton natans L. (k1, 2d), Potentilla reptans L. (k1p, s, 2p), Pulicaria dysenterica (L.) BERNH. (k1, 2p), Rumex hydrolapathum HUDS. (k1, 2s, d), Salix cinerea L. (k1s, r2), Sanquisorba officinalis L. (k1 p, s, 2p), Sium latifolium L. (k1, 2p, s, d), Sparganium erectum L. EMEDD. RCHB. (k2s, d), Stellaria graminea L. (k1p, s, 2s), S. palustris RETZ. (k1s, 2p, s), S. uliginosa MURRAY (k1s, 2p), Taraxacum officinale F. H. WIGG. (k1p, s, 2p), Thalictrum flavum L. (k1p, s, 2p), Trifolium repens L. (k1p, s, 2s), Veronica beccabunga L. (k1s, 2p), V. chamaedrys L. (k1, 2p, s).

Gatunki sporadyczne (33); Sporadic species (33): Alnus glutinosa (L.) GAERT . (k2s), Bellis perennis L. (k1p), Bidens cernua L. (k1p), Calamagrostis canescens (WEBER) ROTH (k1p, s), Capsella bursa-pastoris (L.) MEDIK. (k1p), Carduus crispus L. (k2s), Carex nigra REICHARD (r1), Cerastium arvense L., Erisimum cheiranthoides L. (k1p, s), Ceratophyllum demersum L. (k1d), Chrysosplenium alternifolium L. (k1s), Epilobium hirsutum L. (k2p, s), E. palustre L. (r1), Euonymus europaea L. (k1p), Festuca rubra L. (k1p), Galium verum L. (k2p, s), Geranium palustre L. (r1), Lysimachia nummularia L. (k1p), L. thyrsiflora L. (r2), Oxalis fontana BUNGE (k1p, s), Rubus caesius L. (r4), R. idaeus L. (r4), Salix caprea L. (r4), S. viminalis L. (k2s), Sambucus nigra L. (r3), Schoenoplectus lacustris (L.) PALLA (k2s), Solanum dulcamara L. (r1), Thlaspi arvense L. (k1p, s), Tilia platyphyllos SCOP. (k2p), Trifolium arvense L. (k1p), Vicia cracca L. (k2p, s), V. sepium L. (k2p).

Na badanym obszarze wyróóniono 27 zbiorowisk, w tym dziewi“ƒ nitrofilnych, osiem szuwarowych, siedem »�kowych, dwa wodne i jeden zaroÑlowy. Najwi“ksz� liczb“ zbiorowisk stwierdzono na obszarze kana»u (k1 S 18 fitocenoz), najmniej w bezwodnym, najsilniej zamulonym rowie (r4 S pi“ƒ). Na podstawie gatunków charakterystycznych moóna poszczególne zbiorowiska zaliczyƒ do siedmiu klas fitosocjologicznych: Artemisietea vulgaris, Epilobietea angustifolii, Lemnetea minoris, Molinio-Arrhenatheretea, Phragmitetea, Potametea i Salicetea purpureae. W obr“bie tych klas najcz“Ñciej wyst“powa»y fitocenozy: z Glyceria maxima, Lysimachia vulgaris-Filipendula ulmaria, Urtica dioica-Cirsium arvense. Rzadziej spotykano m.in. z: Calystegia sepium-Epilobium hirsutum, Phragmites australis, Urtica dioica. Sporadycznie wyst“powa»y fitocenozy z dominacj� Bryonia dioica, Deschampsia caespitosa czy Elodeum canadensis. Dyskusja

Specyfik� »�kowej szaty roÑlinnej zwi�zanej z ciekami wodnymi jest ich pasmowe po»oóenie i duóa mozaika wyst“puj�cych fitocenoz. Nawet w bardzo w�skich pasach roÑlinnych przy rowach melioracyjnych zaobserwowano wi“ksz� róónorodnoÑƒ florystyczn� nió na s�siaduj�cych obszarach »�kowych [KOCHANOWSKA i in. 2004; KIRYLUK 2005]. O bogactwie florystycznym cieków wodnych pisz� J“DRYKA i MISIAK [1995] oraz D�BKOWSKI

i PACHUTA [1996]. SzybkoÑƒ zarastania rowów zaleóy od wielu czynników, m.in. od cz“stotliwoÑci wykaszania i pog»“biania rowów, g»“bokoÑci i pr“dkoÑci przep»ywu wody, rodzaju gleby. W ostatnich latach obserwuje si“ na wielu »�kach zanik wody w rowach melioracyjnych oraz brak roÑlinnoÑci charakterystycznej dla zbiorowisk wodnych [GAMRAT

i in. 2007]. ZA»USKI i KAMI½SKA [1999] badaj�c szat“ roÑlinn� rowów na torfowisku Garbu Lu-bawskiego wykazali korelacj“ dominuj�cych tam gatunków torfowiskowych z rodzajem gleb powsta»ych na terenach torfowisk niskich.

Wnioski 1. Zaniechanie gospodarki na »�kach oraz brak konserwacji rowów melioracyjnych

R. Gamrat, R. Kochanowska, U. Arciuszkiewicz 52

spowodowa»y nieoczekiwane skutki. Nie spodziewano si“, óe w tak nieustabilizowanych warunkach nast�pi tak duóe zróónicowanie flory (145 gatunków roÑlin naczyniowych).

2. Morfologia kana»u (strefa dna, skarp, poboczy) wp»yn“»a na duó� mozaikowatoÑƒ

zbiorowisk strefowo rozmieszczonej roÑlinnoÑci. 3. Dominowa»y zbiorowiska nitrofilne oraz »�kowe, charakterystyczne dla siedlisk

wydeptywanych (10 fitocenoz), natomiast zbiorowiska wodne by»y w zaniku. Literatura D��BKOWSKI S.L., PACHUTA K. 1996. RoÑlinnoÑƒ i hydraulika koryt zaroÑni“tych. Bibl. Wiad. IMUZ 89: 61 ss.

GAMRAT R., BURCZYK P., WESO»»»»OWSKI P. 2007. Szata roÑlinna skarp i poboczy rowów melioracyjnych w centralnej cz“Ñci Równiny We»ty½skiej. WodaSÐrodowiskoSObszary Wiejskie 7, 1(19): 61S77.

J““““DRYKA G., M ISIAK W. 1995. Wp»yw maszyn i urz�dze½ melioracyjnych na Ñrodowisko. Wiad. Melior. º�k. 3: 9S11.

K IRYLUK A. 2005. RóónorodnoÑƒ gatunków i chemizm roÑlin w rowach melioracyjnych. Journal of Elementology 10(2): 333S340.

KOCHANOWSKA R., GAMRAT R., ººººYSKO A., SOTEK Z., STASI½½½½SKA M., PRAJS B. 2004. RoÑlinnoÑƒ strefy ekotonowej dolnego biegu Iny. WodaSÐrodowiskoSObszary Wiejskie 4, 2a(11): 321S334.

M ATUSZKIEWICZ W. 2007. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roÑlinnych Polski. PWN, Warszawa: 536 ss.

M IREK Z., PI““““KOÑÑÑÑ-M IREK H., ZAJ��C A., ZAJ��C M., BERNACKI L., CIESLAK E., G»»»»OWACKI Z., LEDA

M., M ITKA J., PAÑÑÑÑNIK A., PAUL W., RONIKIER M., ROSTA½½½½SKI K., SZEL ��G Z., WÓJCICKI J. J., ZALEWSKA -GA»»»»OSZ J., ZIELI ½½½½SKI J., òòòòUKOWSKI W. 2002. Flowering plants and pteridophytes of Poland. A checklist. Publisher Szafer Instit. Bot., Pol. Acad. Sci., Kraków: 442 ss.

WÓJCIK J. 1967. Melioracje i zagospodarowanie uóytków zielonych w latach 1945S1965 w województwie szczeci½skim. Wiad. Melior. º�k. 5(53): 97S100.

ZA»»»»USKI T., KAMI ½½½½SKA A. 1999. Rola rowów melioracyjnych jako refugiów flory torfo-wiskowej na przyk»adzie kompleksu »�k w Koszelewkach. Fol. Univ. Agricul. Stettin. 197, Agricult. 75: 373S376.

S»»»»owa kluczowe: flora, rowy melioracyjne, dolina Iny Streszczenie

W latach 2000S2002 przeprowadzono badania florystyczne w dolinie rzeki Iny nad kana»em Sowno oraz odchodz�cych od niego czterech rowach melioracyjnych (Nizina Szczeci½ska), których celem by»o okreÑlenie aktualnego stanu flory i jej zróónicowanie. Ca»y obszar, o »�cznej d»ugoÑci 1 450 m, podzielono na szeÑƒ odcinków: dwa na kanale (o wodzie p»yn�cej oraz stagnuj�cej), trzy na rowach o wodzie p»ytkiej i jeden bezwodny. Analiz� florystyczn� obj“to roÑlinnoÑƒ w strefach: na dnie, skarpach i poboczach rowów. Na

RÓòNORODNOÐ‚ FLORY ROWÓW MELIORACYJNYCH ...

53

ca»ym obszarze stwierdzono wyst“powanie 145 gatunków roÑlin naczyniowych. Najwi“cej gatunków roÑlin stwierdzono na obszarze kana»u. Najuboószy by» sk»ad gatunkowy na terenie rowu bezwodnego, najbogatszy w kanale o wodzie p»yn�cej. Szat“ roÑlinn� charakteryzowa»a mozaikowatoÑƒ: 9 zbiorowisk nitrofilnych, 8 szuwarowych, 7 »�kowych, 2 wodne i 1 zaroÑlowy. WÑród zbiorowisk dominowa»y fitocenozy nitrofilne oraz »�kowe (10), a najwi“ksz� ich liczb“ stwierdzono na obszarze kana»u, najmniejsz� w bezwodnym rowie. THE DIVERSITY OF THE FLORA OF DRAINAGE DITCH IN THE VALLEY OF THE INA RIVER Renata Gamrat, Róóa Kochanowska, Urszula Arciuszkiewicz Department of Protection and Environmental Management, Agricultural University, Szczecin Key words: flora, drainage ditches, Ina valley Summary

In the years 2000S2002, floristic investigations were conducted in the valley of the Ina river at the Sowno ditch and drainage ditches branched from it (The Western Pomerania) to determine the actual state of their flora and its diversification. The whole area of a total length of 1450 m was divided into six parts: two at the drainage ditch (of a flowing and standing water), three on the drainage ditches of shallow water and one with no water). The floristic analysis included the bottom, the slopes and the side-spaces of the drainage ditches. On the relatively small area, the occurrence of 145 species of vascular plants was found. The plant cover was mosaic, 27 plant communities, including 9 nitrophilous, 8 rush, 7 meadow, 2 water, and 1 scrubby. The highest number of plant communities was found on the area of the ditch, and the lowest in the drainage ditch with no water. Dr Renata Gamrat Katedra Ochrony i Kszta»towania Ðrodowiska Akademia Rolnicza ul. S»owackiego 17 71S434 SZCZECIN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 55-61 OPTYMALNE ODWODNIENIE GLEB Ł ĄKOWYCH W ŚWIETLE BADA Ń MODELOWYCH Edmund Kaca 1, Wiesława Kasperska-Wołowicz 2

1 Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach 2 Wielkopolsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy, Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach Wprowadzenie

Realizacja optymalnych odwodnień wymaga przerwania odpływu wody ze zmeliorowanego obszaru w momencie, gdy zwierciadło wody gruntowej w łanie osiągnie określony („optymalny”) poziom. Zbyt wczesne zatrzymanie odpływu nie likwiduje stanów nadmiernego uwilgotnienia gleby, zaś zbyt późne powoduje wzrost prawdopodobieństwa wystąpienia suszy glebowej w późniejszym okresie.

Celem pracy jest wyznaczenie takiej głębokości odwadniania łąk, nazywanej normą rolnośrodowiskową odwodnień [KACA i in. 2003], której odpowiada największa wartość średniej z rocznych sum czasów trwania dostatecznego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby, albo teŜ najmniejsza suma wartości średniej z rocznych sum czasów trwania nadmiernego i średniej z rocznych sum czasów trwania niedostatecznego uwilgotnienia gleby. Jest to norma, którą zgodnie z jej nazwą, powinno się przestrzegać m.in. w przypadku łąk, na których realizuje się programy rolnośrodowiskowe.

Osiągnięcie takiego celu pracy wiąŜe się z koniecznością przeprowadzenia badań nad wpływem głębokości odwodnień na czas występowania stanów nadmiernego, niedostatecznego i dostatecznego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby. Przyjęto, Ŝe nadmiernemu uwilgotnieniu korzeniowej trzydziestocentymetrowej warstwy gleby odpowiada nie więcej niŜ 6% obj. powietrza, zaś niedostatecznemu - wartość wskaźnik pF > 3. W pozostałych przypadkach gleba znajduje się w warunkach dostatecznego uwilgotnienia. Materiał badawczy, metodyka i wyniki badań Materiał badawczy

Do badań wytypowano glebę torfowo-murszową średnio zmurszałą rodzaju MtIIcb, uŜytkowaną dwukośnie i połoŜoną w otwartej, płaskiej dolinie górnej Noteci w kompleksie Łąk Łabiszyńskich, w bezpośrednim sąsiedztwie Kanału Górnonoteckiego. Gleba ta, średnio zmurszała w wierzchniej warstwie, do głębokości 55 cm podścielona jest torfem silnie rozłoŜonym, a do głębokości 90 cm - torfem szuwarowym średnio

E. Kaca, W. Kasperska-Wołowicz

56

rozłoŜonym. Gleba powstała w siedliskach pobagiennych na skutek melioracji i wieloletniego

uŜytkowania, jest okresowo mokra, po osuszeniu i nawodnieniu wilgotna, a bez nawodnień okresowo nadmiernie przesycha.

Łąki na tym obszarze są zmeliorowane, uŜytkowane kośnie. Siedlisko łąkowe jest zasilane wodami gruntowymi z Kanału Górnonoteckiego oraz systemem rowów w czasie prowadzenia nawodnień podsiąkowych. Wiosną i w czasie nawodnień poziom wody gruntowej podnosi się do 40-50 cm od powierzchni terenu. W okresie suchym woda gruntowa spada na głębokość 90-100 cm. Zmurszenie gleby powoduje w okresie posuchy atmosferycznej przesychanie poziomu darniowego do wilgotności niedostępnej dla traw, gdy lustro wody gruntowej utrzymuje się na głębokości około 60-80 cm. Jest to siedlisko podsiąkowo-posuszne. Gatunki roślin tam występujące są charakterystyczne dla siedlisk suchych, okresowo silnie nawilŜanych i świeŜych (z udziałem kupkówki pospolitej, tymotki łąkowej, kłosówki wełnistej, babki lancetowatej, gęsiówki piaskowej, krwawnika pospolitego, mniszka pospolitego).

Dolina Noteci, w której połoŜony jest obiekt badawczy, naleŜy do obszarów kraju o najmniejszej rocznej sumie opadów atmosferycznych. Metodyka badań

Podstawę badań stanowiło modelowanie matematyczne kształtowania się uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby pod wpływem odwodnienia, ewapotrans-piracji i opadów deszczu. Do obliczeń symulacyjnych wykorzystano model mate-matyczny opracowany przez autora [KACA 1999; KACA i in. 2003]. Model był kalibrowany w oparciu o wyniki obserwacji lizymetrycznych prowadzonych w 2002 roku na stacji IMUZ we Frydrychowie w dolinie Noteci górnej. Przebieg i wyniki kalibracji omówiono w pracy KACA i in. [2003]. Symulacje wykonano nie tylko dla warunków klimatycznych regionu Noteci górnej, lecz równieŜ dodatkowo dla warunków reprezentowanych przez 16 stacji meteorologicznych w kraju (1-Koszalin, 2-Bielnik, 3-Biebrza, 4-Chojnice, 5-Szczecin, 6-Frydrychowo, 7-Poznań, 8-Warszawa, 9-Zielona Góra, 10-Łódź, 11-Sosnowica, 12-Wrocław, 13-Opole, 14-Częstochowa, 15-Zamość, 16-Kraków, 17-Rzeszów). Do badań symulacyjnych wykorzystywano dane meteorologiczne z okresu wegetacyjnego (IV-IX) w latach 1970–1995.

Na podstawie wyników symulacji przebiegu zawartości powietrza oraz pF w korzeniowej warstwie gleby wykonano, dla kaŜdej stacji meteorologicznej i kaŜdego roku, obliczenia rocznych sum czasów trwania charakterystycznego uwilgotnienia: nadmiernego (nadm), niedostatecznego (ndst) i dostatecznego (dost), tej warstwy gleby, w warunkach czterech głębokości odwodnienia: na głębokość zerową (zo = 0), równą minimalnej (z1 = 25 cm), średniej (z2 = 40 cm) i maksymalnej (z3 = 70 cm) normy odwodnienia. Następnie wyniki tych obliczeń posłuŜyły do wykonania map rozkładu na terenie Polski średnich z rocznych sum czasów trwania charakterystycznych stanów uwilgotnienia, a takŜe do sporządzenia statystycznych rozkładów wartości rocznych sum czasów trwania charakterystycznego uwilgotnienia dla całego kraju. Wyniki badań

Syntetyczne wyniki badań modelowych zostały przedstawione na rys. 1 i 2. Rysunek 1 zawiera mapę rozkładu na terenie Polski średnich z rocznych sum czasów trwania nadmiernego (rys. 1a), niedostatecznego (rys. 1b) i dostatecznego (rys. 1c) uwilgotnienia badanej gleby, w warunkach jej odwadniania na głębokość zo, z1, z2 i z3.

OPTYMALNE ODWODNIENIE GLEB ŁĄKOWYCH ...

57

Rys. 1. Średnie z rocznych sum czasów trwania (w % okresu wegetacji) uwilgotnienia a)

nadmiernego, b) niedostatecznego, c) dostatecznego korzeniowej warstwy gleby MtIIcb, w przypadku jej odwadniania na głębokość z0, z1, z2 lub z3 w warunkach opadowego zasilania gleby w wodę. Przykład oznaczeń: • 01 - numer stacji meteorologicznej (01- Koszalin). 55; 73; 69; 51 – średnie z rocznych sum czasów trwania uwilgotnienia dostatecznego przy odwadnianiu na głębokość: z0 = 0; z1 = 25; zopt = 40; z3 = 70 cm [KACA i in. 2003]

Fig. 1. Means of the annual sums of the time periods (in % of the growing season) of

moisture a) excessive, b) insufficient, c) sufficient in the root zone of the MtIIcb soil, in the case of its draining to a depth of z0, z1, z2 or z3 and rainfall feeding. Example of notations: • 01 – the number of meteorological post (01- Koszalin). 55; 73; 69; 51 – means of the annual sums of time periods of the sufficient soil moisture at the draining to a depth: z0 = 0; z1 = 25; zopt = 40; z3 = 70 cm [KACA et al. 2003]


58

zo, z1, z2 i z3 objaśnienia jak w rys. 1; explanations see Fig. 1 Rys. 2. Statystyczne rozkłady wartości rocznych sum czasów trwania (w % okresu wegetacji)

nadmiernego (nadm), dostatecznego (dost) i niedostatecznego (ndst) uwilgotnienia gleby torfowo-murszowej MtIIbc na obszarze Polski w przypadku jej odwadniania na głębokość z0, z1, z2 lub z3 w warunkach opadowego zasilania w wodę. Krzywe przebiegają przez wartości medialne

Fig. 2. Statistical distribution of mean annual sums of the time periods (in % of the growing

season) of excessive (nadm), sufficient (dost) and insufficient (ndst) moisture of the peat-moorsh soil MtIIbc over the area of Poland in the case of its draining to a depth z0, z1, z2 and z3 and rainfall feeding. Curves run through median values

Na rysunku 2 zamieszczono statystyczne rozkłady wartości rocznych sum czasów

trwania charakterystycznych wilgotności korzeniowej warstwy gleby w warunkach analizowanych głębokości odwadniania. Zaznaczono wartość medialną (środkową, drugi kwartyl), wartości pojawiające się z wartościami mniejszymi z częstością 25% i częstością 75% (pierwszy i trzeci kwartyl) oraz zakres zmienności wartości rocznych sum czasów trwania. Przez wartości medialne przeprowadzono krzywe, charakteryzujące zaleŜność wartości medialnych od głębokości odwadniania. Dyskusja wyników badań

Warunki wilgotnościowe korzeniowej warstwy gleby łąkowej zaleŜą od głę-bokości odwadniania (rys. 1). Na całym obszarze kraju, wraz ze wzrostem głębokości odwodnień, maleją średnie z rocznych sum czasów trwania nadmiernego uwilgotnienia gleby (rys. 1a) i rosną średnie z rocznych sum czasów trwania niedostatecznego uwilgotnienia (1b). W przypadku czasów dostatecznego (optymalnego) uwilgotnienia (rys. 1c), średnie te rosną wraz z głębokością odwadniania, osiągają wartość maksymalną przy odwadnianiu na głębokość z1, a następnie maleją. Oznacza to, Ŝe głębokość z1 moŜe być uznana za normę rolnośrodowiskową odwodnień gleby torfowo-murszowej o średnim stopniu zmurszenia i opadowym zasilaniu w wodę. Odwadnianie tego rodzaju gleby torfowo-murszowej na tę głębokość jest najbardziej korzystne.

Średnie z rocznych sum czasów trwania charakterystycznego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby wykazują zróŜnicowanie przestrzenne, wynikające ze


59

zróŜnicowania przestrzennego warunków klimatycznych (rys. 1). Przy odwadnianiu na głębokość z1 średnia z sum czasów trwania dostatecznego uwilgotnienia wynosi około 80% okresu wegetacji dla rejonu południowo-wschodniej Polski (obszar zaznaczony na rys. 1c), (stacje meteorologiczne w Zamościu, Rzeszowie, Krakowie oraz Częstochowie) i w Biebrzy oraz około 60% dla rejonu zachodniej Polski z rejonem Noteci górnej (stacje w Szczecinie, Poznania, Zielonej Górze i Frydrychowie) oraz w Bielniku na śuławach. Oznacza to, Ŝe róŜnice średnich między miejscowościami nie przekraczają wartości 20-30%.

NaleŜy podkreślić, Ŝe stosując ten typ „optymalnego” odwodnienia nie jesteśmy w stanie ustrzec się przed niedostatkiem, a nawet przed nadmiarem wilgotności w warstwie korzeniowej (rys. 2). MoŜna przypuszczać, Ŝe w najlepszych warunkach pogodowych na południowym wschodzie Polski przez około 20% okresu wegetacji roślin wilgotność korzeniowej warstwy gleby będzie nieodpowiednia, głównie niedostateczna. Jeszcze mniej korzystna sytuacja wystąpi na zachodzie i w centrum Polski. Średnio, trzy razy na cztery lata wystąpi niedostatek wilgotności w glebie, mogący trwać do 40% okresu wegetacji, a w najgorszych warunkach pogodowych (na zachodzie i w centrum Polski) niedostatek wilgoci moŜe trwać nawet przez 80% okresu wegetacji.

W celu zmniejszenia ryzyka niekorzystnego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby, oprócz optymalnego odwodnienia, naleŜy stosować uzupełniające nawodnienia wodą doprowadzaną z zewnątrz obiektu. W tym przypadku naleŜy się spodziewać, Ŝe średnio w wieloleciu trzy razy na cztery lata wystąpi nadmiar wilgotności w glebie, który nie powinien przekraczać 10% okresu wegetacji roślin. Wnioski

Przeprowadzone badania nad wpływem głębokości odwodnienia ekstensywnie uŜytkowanej łąkowo gleby torfowo-murszowej (o średnim stopniu zmurszenia) na czasy trwania nadmiernego, dostatecznego i niedostatecznego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby upowaŜniają do sformułowania następujących wniosków: 1. Na czas trwania nadmiernego, niedostatecznego i dostatecznego uwilgotnienia

korzeniowej warstwy gleby zasilanej w wodę tylko opadową ma istotny wpływ głębokość odwadniania. Wpływ ten jest w małym stopniu zróŜnicowany zmiennością warunków klimatycznych Polski.

2. Istnieje taka głębokość odwadniania, przy której osiąga się najlepsze uwil-

gotnienie korzeniowej warstwy gleby - najwyŜszą wartość średnią z rocznych sum czasów trwania dostatecznego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby. Głębokość tę nazywa się normą rolnośrodowiskową odwodnień.

3. Najkorzystniejsze uwilgotnienie korzeniowej warstwy gleby torfowo-murszowej o średnim stopniu zmurszenia, w przypadku opadowego zasilania jej w wodę, powstaje w wyniku odwodnień na głębokość równą minimalnej normie odwodnienia z1 = 25 cm.

4. W polskich warunkach klimatycznych, stosując odwodnienia na głębokość

minimalnej normy odwodnienia z1, nie moŜna ustrzec się przed niedostatkiem wilgotności w warstwie korzeniowej. Dla poprawy stanu uwilgotnienia gleby konieczne jest doprowadzanie wody z zewnątrz obiektu.


60

Literatura KACA E., ŁABĘDZKI L, CHRZANOWSKI S., CZAPLAK I, KASPERSKA-WOŁOWICZ W. 2003. Gos-podarowanie zapasami wody uŜytecznej gleb torfowo-murszowych w warunkach re-gulowanego odpływu w róŜnych regionach agroklimatycznych Polski. Wyd. IMUZ, Fa-lenty. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy Naukowe i Monografie 9: 118 ss.

KACA E. 1999. Modelowanie nawodnień podsiąkowych. Wyd. IMUZ, Falenty. Biblioteczka Wiadomości IMUZ 93: 115 ss.

Słowa kluczowe: głębokość odwodnienia, norma rolnośrodowiskowa odwodnień Streszczenie

W pracy zbadano wpływ głębokości odwodnienia ekstensywnie uŜytkowanej łąkowo gleby torfowo-murszowej na czasy trwania charakterystycznych stanów uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby w warunkach opadowego zasilania w wodę. Badania realizowano z wykorzystaniem skalibrowanego i zweryfikowanego modelu matematycznego w oparciu o dane z 17 stacji meteorologicznych w Polsce w latach 1970-1995.

Głębokość odwadniania miała istotny wpływ na czasy trwania nadmiernego, dostatecznego i niedostatecznego uwilgotnienia gleby. Wpływ ten był w małym stopniu modyfikowany zmiennością warunków klimatycznych Polski. Wyznaczono głębokość odwadniania, której odpowiadała największa wartość średniej z rocznych sum czasów trwania dostatecznego uwilgotnienia. Głębokość ta, przy której osiąga się najlepsze uwilgotnienie korzeniowej warstwy gleby, nazywana jest normą rolnośrodowiskową odwodnień. Jest ona równa minimalnej normie odwodnienia z1, wynoszącej 25 cm dla gleby torfowo-murszowej o średnim stopniu zmuszenia.

W warunkach klimatycznych Polski oprócz optymalnego odwodnienia na głębokość z1 konieczne jest uzupełniające nawodnienie, wodą doprowadzoną z zewnątrz obiektu, w celu zmniejszenia ryzyka niekorzystnego uwilgotnienia korzeniowej warstwy gleby. OPTIMUM DRAINAGE OF MEADOW SOILS ACCORDING TO MODELLING RESEARCH Edmund Kaca 1, Wiesława Kasperska-Wołowicz 2 1 Institute for Land Reclamation and Grassland Farming (IMUZ), Falenty 2 Regional Research Centre IMUZ, Bydgoszcz Key words: draining depth, agro-environmental draining norm Summary

The influence of draining depth of extensively used peat-moorsh soil at times of duration of characteristic soil moisture in the root layer was examined in the investigation. The analyzed soil was fed with the rainfall water. The investigation was realized on the basis of the data from 17 meteorological stations in Poland in 1970-1995


61

and using calibrated and verified simulation model. The depth of draining had an essential influence on the time of duration of

excessive, sufficient and insufficient soil moisture content. This influence was to a little degree modified by the variability of climatic conditions in Poland. The drainage depth, which corresponded with the largest value of mean of the annual sums of the time periods with the sufficient soil moisture was established. This depth which guarantees the best moisture content in the root zone is termed the agro-environmental draining norm. This depth is equal to the minimum draining norm z1 and it is equal to 25 cm for the peat-moorsh moderately mineralized soil.

In the climatic conditions of Poland, except optimum draining to the depth z1, the supplementary irrigation from the outside the object is necessary. The aim is to decrease the risk of the unfavourable moisture content in the root layer of the soil. Prof. dr hab. Edmund Kaca Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach ul. Hrabska 3 05-090 RASZYN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 63-70 OCENA SKŁADNIKÓW BILANSU WODNEGO W SKALI REGIONALNEJ PRZY POMOCY MODELU WETSPASS1 Ireneusz Kajewski Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Zjawisko obiegu wody w zlewni posiada niezwykle złoŜony charakter, a główne jego elementy po stronie rozchodów, to jest zasilanie infiltracyjne wód podziemnych, spływ powierzchniowy oraz ewapotranspiracja rzeczywista są uzaleŜnione od czynni-ków meteorologicznych, ukształtowania terenu, właściwości ośrodka glebowego oraz sposobu uŜytkowania terenu (rolnicze wykorzystanie terenu, rodzaj roślinności, jej stadium rozwoju itp.).

Znajomość poszczególnych składników bilansu wodnego zlewni jest niezbędna przy sporządzaniu róŜnego rodzaju opracowań hydrologicznych i melioracyjnych, bilansów wodno-gospodarczych, oceny podatności gleb na erozję wodną, czy teŜ prognozowania podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie [KAJEWSKI 2001]. W większości tego rodzaju analiz wystarczające jest posługiwanie się średnimi rocznymi lub średnimi sezonowymi wartościami składników bilansu wodnego. Wykorzystując ogromne moŜliwości Geograficznych Systemów Informacji (GIS) BATELAAN i DE SMEDT [2001] opracowali model WetSpass (Water and Energy Transfer between Soil, Plants and Atmosphere under quasi-Steady State), przeznaczony do modelowania zjawisk obiegu wody w skali regionalnej. Charakterystyka modelu WetSpass

1 Praca naukowa finansowana ze środków budŜetowych na naukę w latach 2005–2006, projekt badawczy 2P06S 04228.

Model WetSpass opiera się na analizie danych przestrzennych w formacie rastrowym i wykorzystuje szereg równań fizyki oraz zaleŜności empirycznych. Zaletą modelu WetSpass jest to, Ŝe znacznie ułatwia przeprowadzenie obliczeń, a jednocześnie wyznacza wszystkie trzy główne elementy bilansu wodnego. Model, uruchamiany w środowisku GIS (program ArcView), umoŜliwia korzystanie z wszelkich zalet tych systemów, to jest dokonanie analizy uzyskanych danych przestrzennych oraz ich wizualizacje w postaci kartograficznej.

I. Kajewski

64

Dane wyjściowe do obliczeń stanowi 8 map numerycznych (rastrowych), przedstawiających: uŜytkowanie terenu, rodzaje gleb, głębokość połoŜenia zwierciadła wód podziemnych; sumy opadów atmosferycznych, parowania wskaźnikowego; prędkości wiatru i temperatury oraz spadki powierzchni terenu (rys. 1). Wszystkie dane meteorologiczne są średnimi z wielolecia, oddzielnie dla półrocza letniego i zimowego. Dane przestrzenne wykorzystywane w obliczeniach uzupełniają bazy danych przygotowane przez autorów programu. Bazy danych (zapisane w 4 plikach typu DBF) zawierają niezbędne parametry obliczeniowe, z których korzysta model. Dane zawarte w tych plikach dotyczą właściwości gleb, zawierają współczynniki spływu powierzchniowego oraz właściwe współczynniki konieczne do obliczenia natęŜenia wartości rzeczywistej ewapotranspiracji (parowania terenowego).

Rys. 1. Schemat ideowy obliczeń w modelu WetSpass. P – wskaźnik opadu, WS – prędkość

wiatru, T – temperatura powietrza, ETP – parowanie z wolnej powierzchni wody, LU – uŜytkowanie terenu, GWD – głębokość do zwierciadła wody, S – rodzaj gleb, SSS – spadki powierzchni terenu

Fig. 1. Schematic representation of calculations in WetSpass model. P – precipitation, WS –

wind speed, T – air temperature, ETP – open water evaporation , LU – land use, GWD – groundwater depth, S – soil types, SSS – terrain slope

W rezultacie obliczeń uzyskuje się rastrowe (grid) mapy przestrzennego

zróŜnicowania poszczególnych elementów bilansu wodnego dla rozpatrywanego obszaru, w podziale na półrocze letnie i zimowe oraz dla całego roku (rys. 1). Dane do modelowania

Ciek Ciesielska Woda stanowi dopływ rzeki Świerzna, który jest prawostronnym dopływem Widawy, powierzchnia zlewni wynosi 33,2 km2. Grunty orne stanowią blisko 80% całkowitej powierzchni zlewni, około 10% jej powierzchni stanowią uŜytki zielone, występujące przede wszystkim w dolinach cieków powierzchniowych, inne formy uŜytkowania terenu: obszary zabudowy wiejskiej, lasy i zadrzewienia itp., stanowią łącznie niespełna 10% obszaru zlewni (rys. 2).

Dla obszaru zlewni Ciesielskiej Wody przygotowano odpowiednie mapy numeryczne (rastrowe) na podstawie digitalizacji map analogowych w skali 1 : 10 000.

OCENA SKŁADNIKÓW BILANSU WODNEGO W SKALI REGIONALNEJ ...

65

Mapy przedstawiające formy uŜytkowania powierzchni terenu, rodzaje gleb, głębokość występowania zwierciadła wody gruntowej oraz spadki terenu w swej treści są zróŜnicowane, to znaczy, Ŝe liczbowa wartość cechy przypisanej danej komórce (atrybut komórki) jest róŜna.

Rys. 2. PołoŜenie i uŜytkowanie terenu zlewni Ciesielskiej Wody Fig. 2. Location and land use of the Ciesielska Woda catchment Tabela 1; Table 1 Średnie z wielolecia wartości sumy opadów atmosferycznych, sumy parowania wskaźnikowego oraz średnie wartości prędkości wiatru i temperatury powietrza dla obszaru zlewni Ciesielskiej Wody [PARTYKA 1999] Mean seasonal precipitation, wind speed, air temperature and open water evaporation for the Ciesielska Woda catchment [PARTYKA 1999]

Suma opadu Precipitation

(mm)

Prędkość wiatru

Wind speed (m⋅s-1)

Temperatura powietrza

Air temperature (°C)

Parowanie wskaźnikowe Open water evaporation

(mm)

XI–IV

V–X

XI–IV

V–X

XI–IV

V–X

IX–IV

V–X

183

339

4,4

5,2

2,9

14,5

179

567

Na analizowanym obszarze średni spadek powierzchni terenu wynosi 1,4%, natomiast zwierciadło wody gruntowej jest połoŜone średnio na głębokości 2,46 m poniŜej powierzchni terenu. Na obszarze zlewni dominują gleby lekkie (piaski, piaski gliniaste i piaski pylaste), które zajmują 78,4% powierzchni terenu, gleby o gorszych właściwościach infiltracyjnych są reprezentowane przez pyły oraz róŜnego rodzaju

I. Kajewski

66

utwory gliniaste i zajmują w sumie nieco poniŜej 22% powierzchni obszaru zlewni. Dla czynników meteorologicznych (opad, temperaturę, prędkość wiatru oraz

parowanie wskaźnikowe), ich wartości na całym obszarze modelowania przyjęto jako jednakowe (tabela 1). Bilans wodny zlewni Ciesielska Woda

W rezultacie przeprowadzonych obliczeń uzyskano 18 map rastrowych (po 6 map dla półrocza zimowego, letniego oraz całego roku), przedstawiających przestrzenny rozkład poszczególnych elementów bilansu wodnego dla analizowanego obszaru. Mapy wynikowe przedstawiają kolejno sumy: intercepcji opadu atmosferycznego, transpiracji roślin, parowania z gleby, parowania terenowego (ewapotranspiracji rzeczywistej), spływu powierzchniowego oraz infiltracji opadów atmosferycznych (zasilania wód gruntowych) dla poszczególnych okresów obliczeniowych. Na rys. 3–5 przedstawiono mapy sum rocznych: spływu powierzchniowego, ewapotranspiracji rzeczywistej, oraz infiltracji efektywnej. W tabeli 2 zestawiono charakterystyczne dane wynikające z przestrzennych rozkładów elementów bilansu wodnego pokazanych na tych mapach.

Rys. 3. Przestrzenny rozkład natęŜenia spływu powierzchniowego - SR Fig. 3. Spatial distribution of the surface runoff - SR


67

Rys. 4. Roczne sumy ewapotranspiracji rzeczywistej - ETR Fig. 4. Spatial distribution of actual evapotranspiration - ETR

Rys. 5. Przestrzenny rozkład natęŜenia infiltracji efektywnej - GWR Fig. 5. Spatial distribution of groundwater recharge - GWR Tabela 2; Table 2

I. Kajewski

68

Charakterystyczne wartości infiltracji efektywnej, ewapotranspiracji rzeczywistej i spływu powierzchniowego na obszarze zlewni Ciesielskiej Wody (mm) Characteristic values of groundwater recharge, actual evapotranspiration and surface runoff for the Ciesielska Woda catchment (mm)

Zakres Range

Infiltracja

Groundwater recharge

Ewapotranspiracja Evapotranspiration

Spływ powierzchniowy

Surface runoff

0–168,53

286,27–559,50

1,05–235,73

Średnia; Mean

104,86

401,59

15,74

Odch. standardowe Standard deviation

36,44

32,44

16,10

Tabela 3 przedstawia strukturę bilansu wodnego analizowanej zlewni dla półrocza zimowego i letniego oraz całego roku. Tabela 3; Table 3 Średnie roczne wartości składników bilansu wodnego dla zlewni Ciesielskiej Wody wyznaczone przy pomocy modelu WetSpass (mm) Average water balance components for the Ciesielska Woda catchment according to WetSpass model (mm)

Składnik bilansu Water balance component

Półrocze zimowe Winter half-year

Półrocze letnie

Summer half-year

Rok Year

Parowanie terenowe Actual evapotranspiration

117,8 (64,4%)

283,6 (83,6%)

401,4 (76,9%)

Spływ powierzchniowy Surface runoff

2,2 (1,2%)

13,5 (4,0%)

15,7 (3,0%)

Infiltracja efektywna Groundwater recharge

63,0 (34,4%)

41,9 (12,4%)

104,9 (20,1%)

Opad Precipitation

183,0 (100%)

339,0 (100%)

522,0 (100%)

Według analiz CZAMARY [1998], przeprowadzonych w oparciu o uproszczoną metodykę stosowaną w hydrogeologii, całkowity średni odpływ ze zlewni wynosi 141 mm⋅rok-1, przy czym odpływ powierzchniowy i podpowierzchniowy jest równy 40 mm⋅rok-1, natomiast odpływ podziemny wynosi 101 mm⋅rok-1.

Porównując wyniki symulacji uzyskane z badań modelowych z wynikami otrzymanymi na podstawie analizy pomiarów natęŜenia przepływu [CZAMARA 1998] naleŜy stwierdzić, Ŝe w zakresie zasilania infiltracyjnego uzyskano bardzo wysoką zgodność wartości obliczonej (104, 9 mm⋅rok-1) z otrzymaną na podstawie pomiarów. Wnioski

Model WetSpass stanowi efektywne i wygodne w stosowaniu narzędzie do modelowania elementów bilansu wodnego w skali regionalnej. Model stanowi interesującą alternatywę dla tradycyjnych metod wyznaczania efektywnej infiltracji, opartych o tzw. wskaźniki infiltracji, uwzględniające w zasadzie wyłącznie właściwości utworów przypowierzchniowych. Dzięki uwzględnieniu w modelu sposobu


69

uŜytkowania terenu, szeregu meteorologicznych paramrtrów oraz warunków wodno-gruntowych naleŜy się spodziewać, Ŝe wartości natęŜenia infiltracji efektywnej (a takŜe innych składników bilansu wodnego) zostaną oszacowane bardziej wiarygodnie.

Weryfikacja wyników obliczeń dla danych z terenu zlewni Ciesielskiej Wody przyniosła dobrą zgodność wyników symulacji przy pomocy modelu WetSpass z rezultatami pomiarów natęŜenia przepływu wody w korycie Ciesielskiej Wody. W dalszym ciągu naleŜy jednak dąŜyć do dalszych weryfikacji modelu – dla jak największej liczby zlewni, dla których istnieją dostateczne dane eksperymentalne. Literatura BATELAAN O., DE SMEDT F. 2001. WetSpass: a flexible, GIS based, distributed recharge methodology for regional groundwater modeling. Gehrels H., Peters J., Hoehn E., Jensen K., Leibundgut C., Griffioen J., Webb B., Zaadnoordijk W-J. (red.). Impact of Human Activity on Groundwater Dynamics, IAHS Publ. No. 269: 11-17.

CZAMARA A. 1998. Oddziaływanie wybranych systemów melioracyjnych na zasoby wód gruntowych. Zesz Nauk AR Wroc. Nr 340.

KAJEWSKI I. 2001. Zastosowanie systemu DRASTIC do oceny zagroŜenia wód pod-ziemnych, Współczesne problemy hydrogeologii X/2 (monografia, red. T. Bocheńska). Wyd. Sudety Wrocław: 63–68.

PARTYKA D. 1999. Kształtowanie się parowania terenowego w zlewni rolniczej Ciesiel-ska Woda, w półroczu letnim. Instytut InŜynierii Środowiska AR we Wrocławiu. (Rozprawa doktorska).

Słowa kluczowe: GIS, modelowanie, zlewnia, bilans wodny, infiltracja Streszczenie

Model WetSpass stanowi nowoczesne, oparte o GIS narzędzie przeznaczone do modelowania zjawiska obiegu wody w skali regionalnej. Danymi wejściowymi do obliczeń są rastrowe mapy analizowanego obszaru, przedstawiające przestrzenny rozkład czynników meteorologicznych (opadów, temperatury, prędkości wiatru oraz potencjalnej ewapotranspiracji), glebowych, warunków wodno-gruntowych, uŜytkowania oraz ukształtowania powierzchni terenu. Rezultatem obliczeń są rastrowe mapy przestawiające sezonowe oraz roczne wartości spływu powierzchniowego, rzeczywistej ewapotranspiracji oraz infiltracji efektywnej.

Zastosowanie modelu dla danych obejmujących zlewnię Ciesielska Woda przyniosło bardzo wysoką zgodność obliczonej średniej wartości natęŜenia infiltracji efektywnej z wynikami bilansu wodnego tej zlewni, przeprowadzonymi w oparciu o analizę danych pomiarowych. ASSESSMENT OF REGIONAL WATER BALANCE COMPONENTS WITH WETSPASS MODEL Ireneusz Kajewski Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław

I. Kajewski

70

Key words: GIS, modeling, catchment, water balance, groundwater recharge Summary

The WetSpass model is a modern, based on GIS tool intended to model the phe-nomenon of circulation of water on the regional scale. For calculations raster maps of the area, presenting the spatial schedule of meteorological factors are the input data (rainfall, air temperature, wind speed and potential evapotranspiration), soil, soil-water conditions and land use. Raster maps of seasonal and annual value of the surface runoff, actual evapotranspiration and groundwater recharge are a result of calculations.

Using the model for data embracing the drainage area of the Ciesielska Woda river the very high unanimity of the calculated mean of the effective infiltration with results of the water balance carried out on the basis of analysis of the measuring data. Dr inŜ. Ireneusz Kajewski Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 71-78 ZMIENNO ŚĆ PRZEPŁYWÓW MAŁEJ RZEKI NIZINNEJ Jolanta Kanclerz, SadŜide Murat-BłaŜejewska, Mariusz Sojka Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Przy identyfikacji stanu hydromorfologicznego wód powierzchniowych powinna być uwzględniona charakterystyka zmian w reŜimie odpływu [NACHLIK 2004]. Zmiany te mierzone są między innymi stosunkiem wartości średniego przepływu SSQ z wielolecia 1981-2000 do wielolecia wcześniejszego, które moŜna by uznać za wielolecie naturalne (1961-1980). Informacja o zasobach wodnych powinna obejmować nie tylko wartości przepływów średnich dla wymienionych wieloleci, ale takŜe ciągi przepływów charakterystycznych: minimalnych, maksymalnych i średnich dla poszczególnych miesięcy. W niniejszej pracy przedstawiono zmienność przepływów charakterystycznych rzeki Małej Wełny w przekroju Kiszkowo w latach 1965-2005. Materiały i metody

Rzeka Mała Wełna posiada niejednolity ciąg obserwacji i pomiarów hydro-metrycznych. Początkowo, od 1942 roku IMGW prowadził okresowe pomiary hydrometryczne (głębokość średnia i maksymalna, prędkość średnia i maksymalna, stany wody) rzeki Małej Wełny w przekroju Kiszkowo (o powierzchni zlewni 342 km2), połoŜonym 37,4 km od ujścia do rzeki Wełny (rys. 1). Następnie, od 1953 roku podobne pomiary prowadził w przekroju Skoki (o powierzchni zlewni 506 km2) połoŜonym 19,8 km poniŜej przekroju Kiszkowo.

Z kolei codzienne obserwacje stanów wody w przekroju Kiszkowo IMGW prowadził w latach 1948-1959, z wyjątkiem lat 1956 i 1957. W drugim, zaś przekroju (Skoki) codzienne stany wody prowadził w latach 1953-1976, z tym Ŝe w latach 1954-1957, 1960, 1976 dane były niekompletne lub był ich całkowity brak, a w latach 1961-1970 publikowane były tylko charakterystyczne miesięczne stany wody. Codzienne pomiary stanów wody i okresowe pomiary hydrometryczne w przekroju Owcze Głowy (o powierzchni zlewni 652 km2) były prowadzone od 1978 roku, przekrój ten połoŜony jest na 6,2 km rzeki od ujścia. Wyniki pomiarów stanów wód dla tego przekroju z „Roczników hydrologicznych wód powierzchniowych” były dostępne tylko dla wielolecia 1978-1983.

Od listopada 2000 Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji Akademii Rolniczej w Poznaniu prowadzi kompleksowe badania zasobów wodnych w zlewni Małej Wełny. Badania te polegają m.in. na pomiarach codziennych stanów wody

J. Kanclerz, S. Murat-BłaŜejewska, M. Sojka

72

w przekroju Kiszkowo i na comiesięcznych pomiarach hydrometrycznych w pięciu przekrojach wzdłuŜ biegu rzeki Małej Wełny do przekroju Kiszkowo. Prowadzone są takŜe comiesięczne pomiary stanów wody w jeziorach, przez które przepływa Mała Wełna oraz w stawach rybnych w Kiszkowie, zasilanych wodami rzeki.

NatęŜenie przepływu w przekroju Kiszkowo obliczono na podstawie dostępnych wyników pomiarów hydrometrycznych i obserwacji stanów wody w latach 2000-2005 oraz metodą analogii hydrologicznej dla wieloleci 1965-1975 i 1978-1983.

Rys. 1. Zlewnia rzeki Małej Wełny Fig. 1. Catchment of the Mała Wełna river

Warunki meteorologiczne na terenie zlewni w latach 1965-1999 określono na podstawie danych ze stacji IMGW Gniezno a w latach 2000-2005 z własnej stacji opadowej w Kiszkowie. ZaleŜność sum miesięcznych opadów atmosferycznych w Kiszkowie i w Gnieźnie moŜna opisać przy pomocy równania regresji liniowej PKisz = 1,05PGniez - 3,15. Współczynnik kierunkowy tej prostej zbliŜony jest do jedności w związku z czym warunki meteorologiczne w badanej zlewni moŜna było przedstawić na podstawie danych ze stacji IMGW w Gnieźnie. Wyniki badań

Zlewnia rzeki Małej Wełny połoŜona jest w środkowej części Niziny Wiel-kopolsko-Kujawskiej, w makroregionie Pojezierze Wielkopolskie [KONDRACKI 2000]. Zgodnie z systemem kodowania jednostek hydrograficznych, stosowanym w Unii

ZMIENNOŚĆ PRZEPŁYWÓW MAŁEJ RZEKI NIZINNEJ

73

Europejskiej, otrzymała kod 1866 [CZARNECKA (red.) 2005]. Rzeka Mała Wełna od źródeł znajdujących się na wysokości około 119 m n.p.m. do przekroju zamykającego badany obszar w Kiszkowie na wysokości 92,5 m n.p.m., pokonuje 45,3 km. RóŜnica wysokości wynosi 26,5 m, co daje średni spadek podłuŜny rzeki 0,58‰. Dolina rzeki ma charakter rynny polodowcowej, gdzie spadki poprzeczne w górnej części są znaczne i wynoszą średnio około 25‰ (lokalnie dochodzą do 80‰). Pozostały obszar to płaska lub falista wysoczyzna morenowa o spadkach od 5-30‰. W zlewni rzeki Małej Wełny występują głównie przepuszczalne utwory mineralne (95% powierzchni), wytworzone głównie z piasków gliniastych płytkich i średnio głębokich zalegających na glinie piaszczystej i lekkiej, a takŜe w 3,6% gleby wytworzone z glin i w 1,1% wytworzone z torfów.

Rzeka przepływa przez 8 jezior o sumarycznej powierzchni 392,8 ha, zaś całkowita powierzchnia wód stojących na badanym obszarze liczy 799,6 ha. WzdłuŜ biegu rzeki usytuowanych jest siedem urządzeń piętrzących (zastawki i jazy) oraz w Kiszkowie kompleks stawów rybnych o powierzchni uŜytkowej wynoszącej 112 ha, zasilany wodami rzeki Małej Wełny. Tabela 1; Table 1 Charakterystyka wilgotnościowa lat hydrologicznych 1965-2005 Moisture characteristic of hydrological years 1965-2005

Lata Years

Liczba

lat Number of years

Rok; Year

bardzo suchy

very dry 50-74%

suchy dry

75-89%

przeciętny average 90-110%

wilgotny

moist 111-125%

bardzo

wilgotny very moist 126-150%

1965-2005

41

1982, 1983 1989, 1991 1992, 2003

1965, 1969 1972, 1975 1980, 1990 2004, 2005

1971, 1973 1974, 1976 1977, 1979 1981, 1984 1985, 1986 1987, 1993 1994, 1996 1997, 2001

1966, 1970 1978, 1988 1995, 1998 1999, 2000

2002

1967, 1968

Analiza warunków meteorologicznych w badanej zlewni została wykonana na

podstawie odchyleń rocznych opadów atmosferycznych w wieloleciu 1965-2005, w którym średni roczny wskaźnik opadu nieskorygowanego wyniósł 529 mm. W badanym wieloleciu wystąpiło sześć lat bardzo suchych pod względem wielkości opadów atmosferycznych (tab. 1). Sumy rocznych opadów atmosferycznych wynosiły od 345 mm do 398 mm i stanowiły od 64% do 74% średniej wieloletniej. Osiem lat hydrologicznych zakwalifikowano do lat suchych o sumie opadów od 406 mm do 476 mm (stanowiły od 76-89% średniego wskaźnika rocznego z wielolecia), szesnaście lat przeciętnych, których sumy opadów (490-577 mm) stanowiły od 91% do 108% opadu normalnego. Prawdopodobieństwo wystąpienia lat bardzo suchych i suchych (wraz z wyŜszymi) wynosi od 75 do 99%, a lat przeciętnych 37 do 68%. Do lat wilgotnych zaliczono 9 lat o opadach od 596 do 659 mm, a do lat bardzo wilgotnych dwa lata: 1967 o sumie opadu rocznego 774 mm i 1968 - 707 mm, stanowiące odpowiednio 144% i 132% średniego rocznego opadu z wielolecia. Prawdopodobieństwo wystąpienia lat wilgotnych i bardzo wilgotnych (wraz z wyŜszymi) wynosi 4-27%.


74

Tabela 2; Table 2 Zestawienie średnich rocznych opadów atmosferycznych oraz charakterystycznych przepływów rzeki Małej Wełny w przekroju Kiszkowo w wieloleciach 1965-1975, 1978-1983, 2000-2005 The average annual precipitation (Pśr) and characteristic discharge of the Mała Wełna river at the Kiszkowo cross-section in multiyears 1965-1975, 1978-1983, 2000-2005

Lata Years

Pśr

SSQ

WWQ

NNQ

XI-X

XI-IV

V-X

XI-X

XI-IV

V-X

XI-X

XI-IV

V-X

(mm)

(m3⋅s-1)

1965-1975

568

0,734

1,124

0,337

15,848

15,848

3,155

0,034

0,066

0,034

1978-1983

486

1,505

2,052

0,969

10,491

7,658

10,491

0,084

0,189

0,084

2000-2005

510

0,454

0,537

0,358

3,183

3,183

1,055

0,022

0,022

0,078

Pśr średni opad atmosferyczny (mm); average precipitation (mm) SSQ średni przepływ w wieloleciu (m3⋅s-1); average discharge in multiyear SSQ (m3⋅s-1) WWQ najwyŜszy przepływ w wieloleciu (m3⋅s-1); the highest discharge in multiyear WWQ (m3⋅s-1) NNQ najniŜszy przepływ w wieloleciu (m3⋅s-1); the lowest discharge in multiyear NNQ (m3⋅s-1)

Rys. 2. Przebieg średnich rocznych przepływów rzeki Małej Wełny w przekroju Kiszkowo na tle

rocznych sum opadów w wieloleciu 1965-2005 Fig. 2. Course of the average discharge and total annual precipitation at the Kiszkowo cross-

section of the Mała Wełna river - multiyear 1965-2005

W wieloleciu 1965-1975, uznanym za wielolecie pseudonaturalne [NACHLIK 2004], zaobserwowano statystycznie istotny trend rosnący (istotny na poziomie α = 0,05) średnich rocznych przepływów rzeki Małej Wełny w przekroju Kiszkowo. Średni przepływ z wielolecia wyniósł SSQ = 0,734 m3⋅s-1 przy średnim rocznym opadzie 568 mm (rys. 2, tab. 2). Średnie roczne przepływy wynosiły od 0,329 m3⋅s-1 w 1972 roku (suchym pod względem opadów atmosferycznych) do 1,439 m3⋅s-1 w roku 1975 równieŜ suchym. W półroczu zimowym średni przepływ z tego wielolecia wyniósł 1,124 m3⋅s-1, a w półroczu letnim 0,337 m3⋅s-1. NajniŜszy przepływ zaobserwowano w roku 1974 (przeciętnym pod względem ilości opadów) i wyniósł NNQ = 0,034 m3⋅s-1, a najwyŜszy WWQ = 15,848 m3⋅s-1 w roku suchym 1975 (rys. 3). Na rozkład i wielkość odpływu prawdopodobnie wpływała retencja jezior, przez które przepływa rzeka Mała Wełna oraz eksploatacja trzech urządzeń piętrzących usytuowanych wzdłuŜ biegu rzeki.


75

Rys. 3. A - Przebieg rocznych przepływów charakterystycznych rzeki Małej Wełny w przekroju

Kiszkowo; B - ZaleŜność rocznych amplitud natęŜenia przepływów od średniego rocznego przepływu

Fig. 3. A - Course of the annual characteristic discharge at the Kiszkowo cross-section of the

Mała Wełna river; B - Relationship between the range of the annual discharge rate and average annual discharge

W latach hydrologicznych 1978-1983, pomimo Ŝe średni roczny opad (Pśr = 486 mm) był niŜszy od średniego opadu w wieloleciu 1965-1975, to średni przepływ rzeki Małej Wełny był 2-krotnie wyŜszy od średniego przepływu w wieloleciu 1965-1975 i wyniósł 1,505 m3⋅s-1. W poszczególnych latach średnie roczne przepływy były bardzo zróŜnicowane i kształtowały się od 0,393 m3⋅s-1 (w roku 1983 - bardzo suchym) do 2,297 m3⋅s-1 (w roku suchym 1980). W półroczu zimowym średni przepływ wyniósł 2,053 m3⋅s-1, a w półroczu letnim 0,969 m3⋅s-1. Przepływy ekstremalne wynosiły od NNQ = 0,084 m3⋅s-1 (w roku bardzo suchym 1982) do WWQ = 10,491 m3⋅s-1 (w roku suchym 1980).

W wieloleciu 2000-2005 średni roczny przepływ (SSQ = 0,454 m3⋅s-1) w przekroju Kiszkowo był niŜszy od średnich rocznych przepływów w dwóch wcześ-niej omawianych wieloleciach (ponad 1,5-krotnie niŜszy niŜ w wieloleciu 1965-1975 i

A

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1978

1979

1980

1981

1982

1983

2000

2001

2002

2003

2004

2005

lata; years

prze

pływ

Q (

m3

. s-1)

disc

harg

e Q

(m

3.s-1

)

B

∆Q = 5,4776SQ - 0,498R2 = 0,65

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

średni przepływ SQ (m3.s-1) average discharge SQ (m3.s-1)

rocz

na a

mpl

ituda

prz

epły

wów

∆Q

(m3.

s-1)

annu

al a

mpl

itude

dis

char

ge ∆

Q (m

3.s-1

)


76

ponad 3-krotnie niŜ w wieloleciu 1978-1983). Na obieg wody w zlewni duŜy wpływ miał kompleks stawów rybnych (o powierzchni czynnej 112 ha) wybudowany i eksploatowany od roku 1989, a takŜe eksploatacja nowych czterech urządzeń piętrzących wzdłuŜ biegu rzeki. Zalewanie stawów w okresie wiosennym spowodowało, Ŝe średni przepływ w półroczu zimowym SSQ = 0,537 m3⋅s-1 był 4-krotnie niŜszy od średniego przepływu zimowego w wieloleciu 1965-1975 i ponad 2-krotnie w wieloleciu 1978-1983. RównieŜ ekstremalne przepływy rzeki były niŜsze niŜ w poprzednich wieloleciach. NajniŜszy przepływ NNQ = 0,022 m3⋅s-1 (2004) był 1,5-krotnie niŜszy od niskiego w wieloleciu 1965-1975 i prawie 4-krotnie od niskiego w wieloleciu 1978-1983, a najwyŜszy WWQ = 3,183 m3⋅s-1 (2002) był 5-krotnie niŜszy od najwyŜszego w wieloleciu 1965-1975 i o ponad 3-krotnie niŜszy niŜ w wieloleciu 1978-1983.

W analizowanych wieloleciach nie zaobserwowano zaleŜności pomiędzy rocznymi sumami opadów a średnimi przepływami, wykryto zaś, Ŝe wraz ze wzrostem średniego rocznego przepływu wzrasta amplituda rocznych przepływów ekstremalnych (rys. 3).

Jeziora, przez które przepływa rzeka, a takŜe urządzenia piętrzące zlokalizowane wzdłuŜ biegu rzeki wpływają na rozkład i wielkość odpływu ze zlewni. Identyfikację czynników antropogenicznych, wpływających na obieg wody w zlewni Małej Wełny przeprowadzono według metodyki opracowanej przez zespół ekspercki pod kierunkiem NACHLIK [2004]. Oszacowano sumaryczną pojemność czynną (Vcałkowita - Vmartwa) jezior i kompleksu stawowego i odniesiono do objętości średniego rocznego odpływu (VSSQ) w przekroju zamykającym zlewnię: (Vcałkowita - Vmartwa) / (VSSQ) (1)

Pojemność czynną określono na podstawie danych batymetrycznych jezior (Biskupickie, Kłeckie, Działyńskie i Gorzuchowskie) i stawów rybnych połoŜonych w badanej zlewni i rzędnych stanów wody w tych akwenach w latach 2000-2005. Pojemność czynna jezior i stawów Vzb = 6,58 mln m3 i stanowi 46% średniego rocznego odpływu (VSSQ = 14,32 mln m3), co świadczy o duŜym wpływie tych akwenów na obieg wody w zlewni. Wartość progowa wskaźnika zaproponowana przez NACHLIK [2004] wynosi 3%.

Następnie obliczono uzupełniający wskaźnik zaburzenia reŜimu hydrologicznego, wynikającego z istotnych zmian w zagospodarowaniu zlewni części wód. Wskaźnik ten jest bezwzględną wartością dopełnienia do jedności stosunku przepływu SSQ z ostatniego wielolecia i przepływu SSQp z wielolecia „pseudonaturalnego”: 1- (SSQ/SSQp) (2)

W badanej zlewni bezwzględna wartość dopełnienia do jedności stosunku przepływu SSQ = 0,454 m3⋅s-1 w wieloleciu 2000-2005 i przepływu SSQp = 0,734 m3⋅s-1

w wieloleciu 1965-1975 wyniosła 38%, to takŜe świadczy o duŜym zaburzeniu reŜimu hydrologicznego rzeki Małej Wełny. Wartość progowa wskaźnika zaproponowana przez NACHLIK [2004] wynosi 10%. Podsumowanie

Porównanie rocznych przepływów charakterystycznych w trzech wieloleciach: 1965-1975, 1978-1983 i 2000-2005 wykazało wyraźne zmniejszenie zasobów wodnych rzeki Małej Wełny w ostatnim wieloleciu.

Średni roczny przepływ w wieloleciu 2000-2005 był niŜszy od średnich rocznych


77

przepływów w dwóch wcześniej omawianych wieloleciach (ponad 1,5-krotnie niŜszy niŜ w wieloleciu 1965-1975 i ponad 3-krotnie w wieloleciu 1978-1983) na co wpływ miała gospodarka wodna kompleksu stawów rybnych zasilanego wodami rzeki.

Wskaźnik zaburzenia hydrologicznego w postaci bezwzględnej wartości do-pełnienia do jedności stosunku przepływu SSQ z ostatniego wielolecia i przepływu SSQp z wielolecia „pseudonaturalnego” (1965-1975) wyniósł 38% przy progowej wartości 10%, co świadczy o istotnych zmianach w zagospodarowaniu części wód w zlewni. Wniosek

Czynniki antropogeniczne (zwiększenie pojemności czynnej jezior i stawów rybnych, eksploatacja siedmiu urządzeń piętrzących wzdłuŜ biegu rzeki) spowodowały zmniejszenie się przepływów rzeki Małej Wełny. Literatura CZARNECKA H. (red.) 2005. Atlas podziału hydrograficznego. IMGW, Warszawa: 682 ss.

KONDRACKI J. 2000. Geografia regionalna Polski. PWN, Warszawa: 441 ss.

NACHLIK E. 2004. Identyfikacja i ocena oddziaływań antropogenicznych na zasoby wodne dla wskazania części wód zagroŜonych nieosiągnięciem celów środowiskowych. Monografia, PK, Kraków: 318 ss.

Słowa kluczowe: rzeka, przepływ Streszczenie

W pracy przedstawiono zmienność przepływów rzeki Małej Wełny do przekroju Kiszkowo (o powierzchni zlewni 342 km2) w latach 1965-2005. Porównanie rocznych przepływów charakterystycznych w trzech wieloleciach: 1965-1975, 1978-1983 i 2000-2005 wykazało wyraźne zmniejszenie zasobów wodnych rzeki Małej Wełny w ostatnim wieloleciu. Średni roczny przepływ w wieloleciu 2000-2005 (SSQ = 0,454 m3⋅s-1) był niŜszy od średnich rocznych przepływów w dwóch wcześniej omawianych wieloleciach (ponad 1,5-krotnie niŜszy niŜ w wieloleciu 1965-1975 i ponad 3-krotnie w wieloleciu 1978-1983), na co wpływ miała gospodarka wodna kompleksu stawów rybnych zasilanego wodami rzeki.

Wskaźnik zaburzenia hydrologicznego w postaci bezwzględnej, obliczony jako wartość dopełnienia do jedności stosunku przepływu SSQ z ostatniego wielolecia i przepływu SSQp z wielolecia „pseudonaturalnego” (1965-1975), wyniósł 38% przy progowej wartości 10%, co świadczy o istotnych zmianach w zagospodarowaniu części wód w zlewni. DISCHARGE VARIABILITY OF A SMALL LOWLAND RIVER Jolanta Kanclerz, SadŜide Murat-BłaŜejewska, Mariusz Sojka Department of Land Reclamation, Environmental Development and Geodesy,


78

University of Life Sciences, Poznań Key words: river, discharge Summary

The paper contains the results of discharge variability of the Mała Wełna River to Kiszkowo cross-section (catchment area of 324 km2) in the years 1965-2005. Comparison of annual characteristic discharges in three multiyears: 1965-1975, 1978-1983 and 2000-2005 shown significant decreased water supplies of the Mała Wełna river in the last multiyear. Annual mean discharge (SSQ = 0,454 m3⋅s-1) in the years 2000-2005 was lower than annual mean discharge in the two earlier discussed multiyears (over 1.5 times lower than in the multiyear 1965-1975 and over three times in the multiyear 1978-1983) due to water management of fish pond complex, which are supplied by the river's water.

The complementary index of hydrological disturbances was 38% at threshold value of 10%. It was calculated as the arbitrary value of adjunction to the unit of ratio of the SSQ discharge from the last multiyear and SSQp discharge in the „pseudo-natural” multiyear 1965-1975. The value of this index indicated significant changes in the part of the water management in the catchment. Dr inŜ. Jolanta Kanclerz Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy ul. Piątkowska 94 60-649 POZNAŃ


WYBRANE ASPEKTY TECHNICZNO-EKSPLOATACYJNE PODSYSTEMU DYSTRYBUCJI WODY W PŁO ŃSKU

(WOJ. MAZOWIECKIE) Maria Mikołajczyk Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii w Płocku, Politechnika Warszawska

Wstęp

Bardzo waŜnym elementem analizy funkcjonowania systemu zaopatrzenia w wodę są badania awaryjności podsystemu dystrybucji wody. Zagadnienia te mają zasadnicze znaczenie z punktu widzenia prawidłowej eksploatacji całego systemu, pozwalają na wnioskowanie o stanie technicznym przewodów i uzbrojenia, a takŜe umoŜliwiają planowanie remontów głównych sieci wodociągowej.

W pracy przedstawiono analizę awaryjności podsystemu dystrybucji wody w Płońsku (woj. mazowieckie) w latach 2003-2005. Materiał i metody badań

Na koniec 2005 roku długość sieci wodociągowej wynosiła 76,05 km, z czego przewody magistralne – 2,65 km, przewody rozdzielcze – 44,0 km, a połączenia wodociągowe – 29,4 km.

Na koniec 2005 roku wiek przewodów wodociągowych kształtował się nas-tępująco: przewody w wieku do 5 lat – 8%, przewody w wieku od 6 do 10 lat – 15%, przewody w wieku od 11 do 17 lat – 46%, przewody w wieku od 18 do 24 lat – 26%, przewody w wieku od 25 do 32 lat – 5%.

Struktura materiałowa przewodów była w rozpatrywanym okresie następująca: przewody Ŝeliwne – 41,6%, przewody PVC – 25,4%, przewody PE – 16,8%, przewody stalowe – 15,9%, przewody azbestocementowe – 0,3%.

Podstawowym zadaniem dobrze funkcjonującej sieci wodociągowej jest za-pewnienie niezawodnej dostawy wody do odbiorców. Analizę awaryjności podsystemu dystrybucji wody miasta Płońsk w latach 2003-2005 przeprowadzono na podstawie dzienników awarii Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji. Badaniami objęto wyłącznie uszkodzenia przewodów wodociągowych. W latach 2003-2005 wystąpiło 458 uszkodzeń przewodów, które powodowały skutki ekonomiczne, techniczne i społeczne o róŜnym nasileniu zarówno dla eksploatatora sieci, jak i dla odbiorców wody. Liczbę uszkodzeń w poszczególnych latach przedstawiono na rys. 1.

M. Mikołajczyk

80

164

150

1442003

2004

2005

Rys. 1. Liczba uszkodzeń sieci wodociągowej miasta Płońsk w latach 2003-2005 Fig. 1. Number of water-pipe network damages in Płońsk in 2003-2005

Bardzo waŜnym elementem analizy awaryjności było ustalenie struktury materiałowej uszkodzeń przewodów wodociągowych, co przedstawiono na rys. 2.

165

18

107

162

6

Ŝeliwo; castiron

PCV PE s tal; steel AC; asbestoscement

Rys. 2. Liczba uszkodzeń przewodów sieci wodociągowej miasta Płońsk w poszczególnych

rodzajach materiałów Fig. 2. Number of conduit damages in the Płońsk’s water-pipe network in individual types of

materials

Dla rozpatrywanej sieci przeanalizowano równieŜ główne przyczyny uszkodzeń przewodów. Wśród przyczyn uszkodzeń wyróŜniono: - pęknięcia, czyli uszkodzenia mechaniczne (pęknięcia poprzeczne, podłuŜne,

obwodowe, powodujące wycieki z sieci wodociągowej), - uszkodzenia korozyjne, wywołane wadami materiałowymi lub oddziaływaniem

WYBRANE ASPEKTY TECHNICZNO-EKSPLOATACYJNE ...

81

korozyjnym wody lub gruntu, - uszkodzenia na złączach przewodów, wywołane zuŜyciem materiałów lub

wadami w wykonawstwie.

Liczbę uszkodzeń przewodów w aspekcie przyczyny uszkodzenia przedstawiono na rys. 3.

168 161

129

pęknięcie; crak korozja; corrosion złącza; connections

Rys. 3. Liczba awarii w latach 2003-2005 w zaleŜności od rodzaju uszkodzeń Fig. 3. Number of failures in 2003-2005 depending on the type of damage

49

69 74

150

116

< 5 lat;years old

6-10 lat;years old

11-17 lat;years old

18-24 lat;years old

25-32 lata;years old

Rys. 4. Liczba uszkodzeń przewodów sieci wodociągowej miasta Płońsk w latach 2003-2005

według wieku przewodów Fig. 4. Number of conduit damages in the Płońsk’s water-pipe network in 2003-2005 ac-

cording to the conduit’s age

Dla podsystemu dystrybucji wody w Płońsku przeanalizowano wiekową strukturę uszkodzeń przewodów, co przedstawiono na rys. 4. Wyniki i dyskusja

M. Mikołajczyk

82

W rozpatrywanym okresie odnotowano ogółem 458 uszkodzeń przewodów, z czego w roku 2003 – 164 uszkodzenia, w roku 2004 – 150 uszkodzeń, a w roku 2005 – 144 uszkodzenia. Na podstawie informacji uzyskanych od eksploatatora sieci, przy analizie brano pod uwagę: przyczynę awarii, materiał przewodów oraz wiek przewodów.

Najczęstszą przyczyną awarii wodociągowych były uszkodzenia mechaniczne – 168 uszkodzeń, uszkodzeń korozyjnych było 161, a uszkodzeń na złączach przewodów było 129. Najwięcej uszkodzeń w całym rozpatrywanym okresie wystąpiło na przewodach Ŝeliwnych – było to 165 uszkodzeń, następnie na przewodach stalowych – 162 uszkodzenia. DuŜa ilość awarii wystąpiła takŜe na przewodach wykonanych z PE – 107 uszkodzeń. Najmniej awaryjne były przewody z PVC i azbestocementu. Po analizie dzienników awarii moŜna stwierdzić, Ŝe ilość uszkodzeń w poszczególnych porach roku jest zbliŜona i trudno jest ustalić wpływ warunków atmosferycznych na awaryjność przewodów w rozpatrywanej sieci. Rozpatrując uszkodzenia przewodów w poszczególnych przedziałach wiekowych stwierdzono, Ŝe najbardziej awaryjne były przewody 18-24 letnie (150 uszkodzeń) i przewody 25-32 letnie (116 uszkodzeń). Najmniej uszkodzeń wystąpiło na przewodach najmłodszych (≤ 5 lat) – 49 uszkodzeń w okresie 2003-2005.

Wskaźnikiem odpowiednim do oceny stanu technicznego przewodów wodo-ciągowych jest wskaźnik jednostkowej częstości uszkodzeń CL (a-1⋅km-1) – zdefi-niowany jako stosunek liczby uszkodzeń w przedziale czasu do długości tego przedziału i długości badanej sieci [BŁASZCZYK 1993; KWIETNIEWSKI i in. 1993; DENCZEW 1999]. Dla rozpatrywanej sieci jednostkową częstość uszkodzeń przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1; Table 1 Jednostkowa częstość uszkodzeń przewodów sieci wodociągowej miasta Płońsk w latach 2003-2005 (a-1⋅km-1) Unitary frequency of conduit damages in the Płońsk’s water-pipe network in 2003-2005 (a-1⋅km-1)

Rodzaj przewodów Type of conduits

2003

2004

2005

Przewody magistralne Comprising water main

2,22

1,90

1,13

Przewody rozdzielcze Distributing pipes

1,51

1,55

1,48

Połączenia wodociągowe Service pipes

4,61

3,35

2,59

Ogółem Overall

2,78

2,27

1,73

Tabela 2; Table 2 Wskaźniki jednostkowej częstości uszkodzeń przewodów podsystemu dystrybucji wody w Płońsku z uwzględnieniem materiału przewodów (a-1⋅km-1) Unitary frequency of damage indexes of water distribution subsystem conduits in Płońsk taking the material of conduit into consideration (a-1⋅km-1)


83

Materiał przewodów Material of conduits

śeliwo; Cast iron

PE

PCV

stal; steel

AC; asbestos cement

1,74

2,78

0,31

4,46

9,09

Tabela 3; Table 3 Wskaźniki jednostkowej częstości uszkodzeń przewodów podsystemu dystrybucji wody w Płońsku z uwzględnieniem wieku przewodów (a-1⋅km-1) Unitary frequency of damage indexes of water distribution subsystem conduits in Płońsk taking age of conduit into consideration (a-1⋅km-1)

Wiek przewodów Age of conduits

≤ 5 lat; years old

6–10 lat; years old

11–17 lat; years old

18–24 lata; years old

25–32 lata; years old

2,69

2,02

0,71

2,53

10,18

Obliczono równieŜ wskaźniki jednostkowej częstości uszkodzeń przewodów

uwzględniając strukturę materiałową i wiekową przewodów. Wskaźniki te przeds-tawiono w tabelach 2 i 3. Wnioski

Rozpatrując dane o awariach wodociągowych w podsystemie dystrybucji wody miasta Płońsk moŜna stwierdzić, Ŝe: 1. Najwięcej uszkodzeń przewodów wodociągowych w rozpatrywanym okresie

2003-2005 w płońskim podsystemie dystrybucji wody wystąpiło na przewodach Ŝeliwnych (165 uszkodzeń), najmniej awarii było na przewodach z PCV i AC (18 i 6 uszkodzeń),

2. Najbardziej awaryjne były przewody wodociągowe w wieku 18-24 lata (150

uszkodzeń), najmniej awarii odnotowano na przewodach najmłodszych (49 uszkodzeń),

3. Obliczone wskaźniki jednostkowej częstości uszkodzeń, znacznie przekraczają

wartość zalecaną dla prawidłowo funkcjonującej sieci, czyli 0,5 (a-1⋅km-1), 4. Uwzględniając materiał przewodów, największy wskaźnik jednostkowej

częstości uszkodzeń odnotowano w rozpatrywanym okresie dla przewodów wykonanych z AC – 9,09 (a-1⋅km-1), a najmniejszy dla przewodów z PCV – 0,31 (a-1⋅km-1),

5. Uwzględniając wiek przewodów, największy wskaźnik jednostkowej częstości

uszkodzeń odnotowano dla przewodów w wieku 25-32 lata – 10,18 (a-1⋅km-1), a najmniejszy w grupie przewodów w wieku 11-17 lat – 0,71 (a-1⋅km-1).

Przeprowadzone badania świadczą o złym stanie technicznym analizowanej sieci.

MoŜna co prawda zauwaŜyć, Ŝe wartość wskaźnika jednostkowej częstości uszkodzeń stopniowo ulega zmniejszeniu, ale przeprowadzona analiza jednoznacznie wskazuje na

M. Mikołajczyk

84

konieczność prowadzenia systematycznych i intensywnych prac naprawczych, racjonalnego planu remontów i sprawniejszego zarządzania siecią. Literatura BŁASZCZYK P. 1993. Eksploatacja wodociągów i kanalizacji, w: Wodociągi i kanalizacja, Poradnik. Arkady, Warszawa: 496 ss.

DENCZEW S. 1999. Analiza częstości uszkodzeń sieci wodociągowej w Warszawie w świetle badań eksploatacyjnych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 9, Warszawa: 319-321.

KWIETNIEWSKI M., ROMAN M., KŁOSS-TRĘBAKIEWICZ H. 1993. Niezawodność wodociągów i kanalizacji. Arkady, Warszawa: 184 ss.

Słowa kluczowe: dystrybucja wody, awaryjność sieci, wskaźnik jednostkowej

częstości uszkodzeń Streszczenie

Bardzo waŜnym elementem analizy funkcjonowania systemu zaopatrzenia w wodę są badania awaryjności podsystemu dystrybucji wody. Zagadnienia te mają zasadnicze znaczenie z punktu widzenia prawidłowej eksploatacji całego systemu, pozwalają na wnioskowanie o stanie technicznym przewodów i uzbrojenia, a takŜe umoŜliwiają planowanie remontów głównych sieci wodociągowej.

W pracy przedstawiono analizę awaryjności podsystemu dystrybucji wody w Płońsku (woj. mazowieckie) w latach 2003-2005. Przeanalizowano uszkodzenia mechaniczne, korozyjne i na złączach przewodów wodociągowych w aspekcie struktury materiałowej i wiekowej przewodów. Obliczono wskaźniki jednostkowej częstości uszkodzeń dla rozpatrywanej sieci, co pozwoliło na stwierdzenie, Ŝe stan techniczny sieci poprawia się. Wskazuje to na podejmowanie czynności naprawczych, racjonalne planowanie remontów i sprawniejsze zarządzanie siecią. SELECTED TECHNICAL AND OPERATIONAL ASPECTS OF WATER DISTRIBUTION SUBSYSTEM IN PŁOŃSK (MASOVIA) Maria Mikołajczyk Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry, Płock, Warsaw University of Technology Key words: water distribution, failure ferquency of water-pipe network, unitary

ferquency of damages index Summary

Very important element of analysis of the water supply system operation is the examination of water distribution subsystem failure frequency. These matters are essential from the point of view of the whole system operation, they allow to draw conclusion about the technical condition of conduits and reinforcement and they enable to plan the repairs of main water supply systems.


85

In the thesis, the analysis of the water distribution subsystem failure frequency in Płońsk (mazowieckie region) within the years 2003-2005 was presented. Mechanic damages, corrosion and the damages of water conduits joints were analized taking into account the material and age structure of the conduits. The index of unitary frequency of failure frequency for the examined system was calculated, which allowed to find that the technical condition of the system is improving. This indicates that it is necessary to undertake more efficient system of management of the water supply system. Dr inŜ. Maria Mikołajczyk Instytut Budownictwa, Zakład InŜynierii Sanitarnej i Ochrony Środowiska Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii w Płocku Politechnika Warszawska ul. Łukasiewicza 17 09-400 PŁOCK e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 87-95 ZUśYCIE WODY W SADZIE JABŁONIOWYM NAWADNIANYM KROPLOWO 1 Krzysztof Nyc, Dorota Sokalska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Uzyskanie dobrych zbiorów w nowoczesnym rolnictwie wymaga m.in. właś-ciwego gospodarowania wodą. Zmienne warunki meteorologiczne, a w ostatnim okresie coraz częściej pojawiająca się seria lat suchych sprawiły, Ŝe nastąpił wzrost zainteresowania wodooszczędnymi systemami nawadniającymi [NYC 1996].

W sadownictwie za najbardziej efektywną metodę zwilŜania gleb uwaŜa się nawadnianie kroplowe [HEWELKE 1984; JEZNACH 2005; PACHOLAK 1984; PIERZGALSKI 1984; RZEKANOWSKI 1989; VODYANITSKII 2002]. Przedmiotem rozwaŜań podjętych w niniejszej pracy było określenie polowego zuŜycia wody dla sadu jabłoniowego w warunkach naturalnej gospodarki wodnej, a takŜe przy zastosowaniu nawadniania kroplowego. Materiał i metody badań

Opracowanie jest efektem trzyletnich badań polowych (2004-2006) realizo-wanych na terenie Sadu Doświadczalnego Samotwór, naleŜącego do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Dokonano w nim próby określenia polowego zuŜycia wody przez jabłonie nawadniane systemem kroplowym na glinie lekkiej pylastej.

1 Publikacja finansowana z projektu pt. „Drugi program stypendialny dla doktorantów Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu”. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Społecznego oraz budŜet państwa w ramach Zintegrowanego Programu Operacyjnego Rozwoju Regionalnego. Środki Europejskiego Funduszu Społecznego stanowią 75% wartości projektu, natomiast środki budŜetu państwa wynoszą 25%.

Drzewa odmiany Gloster, na podkładce M26, posadzono wiosną 1994 r., w rozstawie 3,5 × 1,2 m (2381 drzew⋅ha-1), w dwóch powtórzeniach, po pięć drzewek na poletku. Od roku 1995 część drzew nawadniano systemem kroplowym. Rzędy drzew nawadnianych i kontrolnych (nienawadnianych) zlokalizowano na przemian obok siebie. Emitery kropel o wydatku q = 4,5 dm3⋅godz.-1 umieszczono po jednej stronie pnia w odległości 30 cm. W roku 2006 wprowadzono nowe linie kroplujące z emiterami o wydatku q = 8 dm3⋅godz.-1. Od 2004 roku w doświadczeniu stosowano trzy warianty wodne: - wariant kontrolny - W0 (bez nawodnień),

K. Nyc, D. Sokalska

88

- wariant W1 - z nawadnianiem przy wskazaniu tensjometru -0,01 MPa potencjału wodnego, odpowiadającemu uwilgotnieniu gleby 24% objętości (stan retencji glebowej w ilości 85% polowej pojemności wodnej - PPW),

- wariant W2 - z nawadnianiem przy wskazaniu tensjometru -0,03 MPa potencjału wodnego, które odpowiada wilgotności gleby wynoszącej 18% objętości (stan retencji glebowej w ilości 60% PPW).

Do badań uwilgotnienia gleby stosowano metodą reflektomertii czasowej - TDR

(Time Domain Reflectometry). Pomiary wykonywane były na pięciu głębokościach: 5, 25, 50, 75 i 100 cm (w wariancie W2 dodatkowo na głębokości 125 cm). Na stanowiskach nawadnianych sondy zainstalowano w czterech pionach odległych od emitera kropel o 0, 20, 40 i 60 cm.

Pomiary prowadzono z częstotliwością raz w tygodniu. Natomiast dodatkowo, w okresie realizacji nawodnień, badania wilgotności gleby wykonywano w następującym cyklu: tuŜ przed wprowadzeniem dawki polewowej, w trakcie trwania zabiegu (w godzinnych odstępach) oraz 24 godziny po zakończeniu nawadniania.

Pomiary wilgotności stanowiły podstawę obliczenia zapasów wody Z dla poszczególnych wariantów wodnych doświadczenia, w warstwie gleby o miąŜszości 0-100 cm. Wskaźnik ten liczono stosując następującą formułę: Z = 0,1 Wo⋅h (mm) gdzie: Wo wilgotność warstwy gleby (% obj.), h miąŜszość analizowanej warstwy (cm).

Polowe zuŜycie wody S przez drzewo próbowano określić rozwiązując równanie bilansu wodnego gleby według następującej zaleŜności: S = Zp + P + D - Zk (mm) gdzie: Zp, Zk zapas wody na początku i na końcu okresu bilansowania (mm), P suma opadów atmosferycznych w okresie bilansowania (mm), D suma dawek polewowych w okresie bilansowania (mm).

Celem prezentowanych badań jest określenie polowego zuŜycia wody (S) w warstwie 0-100 cm dla sadu jabłoniowego prowadzonego w róŜnych wariantach wodnych. Pojęcie S, jako wskaźnika słuŜącego do oceny potrzeb wodnych roślin uprawnych, wprowadził w Polsce prof. Stanisław Bac, dla badania bilansu wodnego gleb na doświadczalnych „polach ustalonych”. Polowe zuŜycie wody w załoŜeniu obejmuje straty wynikające z gospodarki wodnej gleby (parowanie E oraz odpływ H powierzchniowy i gruntowy). W warunkach, kiedy odpływ H jest bliski „0”, polowe zuŜycie wody S moŜe być utoŜsamiane z ewapotranspiracją. W przypadku roślin polowych oraz obiektów nawadnianych przez deszczownie, stosowanie powyŜszej metody zalecali MARCILONEK [1968] i NYC [1974].

NiezaleŜnie od systematycznej kontroli uwilgotnienia gleb, praktyczną podstawę do rozpoczęcia nawodnień w sadzie stanowiły wskazania tensometrów zlokalizowanych w odległości 30 cm od pnia i 30 cm od emitera, na głębokości 30 cm.

Rozpoczynając badania polowe nad doskonaleniem eksploatacji nawadniania kroplowego w 2004 roku przyjęto pięciogodzinny czas nawadniania. KaŜdorazowo wprowadzano dawkę polewową w wysokości 22,5 dm3⋅drzewo-1, co w przeliczeniu na wielkość powierzchni zwilŜanej odpowiadało jednorazowej dawce nawodnienia d = 58 mm. W 2005 roku skrócono czas nawadniania do 4 godzin, zmniejszając wysokość

ZUśYCIE WODY W SADZIE JABŁONIOWYM ...

89

dawki polewowej do 18 dm3⋅drzewo-1 (47 mm). W trzecim roku badań (2006) ilość wody wprowadzanej do gleby nie uległa zmianie (18 dm3⋅drzewo-1). Zastosowano jednak emitery o wyŜszym wydatku - 8 dm3⋅godz.-1; z tego względu czas nawadniania uległ skróceniu do 2 godzin i 15 minut. Zmienił się teŜ rozkład przestrzenny uwilgotnienia w glebie. Promień powierzchni zwilŜania (r) uległ zwiększeniu z r = 35 cm do r = 50 cm (do głębokości ok. 75 cm), a obliczona wielkość dawki polewowej w trzecim roku badań wynosiła 23 mm.

Nawodnienia na stanowiskach W1 (-0,01 MPa) i W2 (-0,03 MPa) realizowano w okresie: - W 2004 r. W1 - od 14 maja do 6 września - 22 dawki wody,

W2 - od 1 lipca do 9 września - 7 dawek wody, - W 2005 r. W1 - od 22 czerwca do 18 września - 12 dawek wody,

W2 - od 27 czerwca do 5 września - 5 dawek wody, - W 2006 r. W1 - od 29 maja do 22 sierpnia - 17 dawek wody,

W2 - od 2 czerwca do 31 lipca - 9 dawek wody.

Po uwzględnieniu ilości przeprowadzonych nawodnień na stanowiskach W1 i W2 sezonowe normy nawadniania wynosiły odpowiednio: - w 2004 roku 495 i 158 dm3⋅drzewo-1, - w 2005 roku 216 i 90 dm3⋅drzewo-1, - w 2006 roku 306 i 153 dm3⋅drzewo-1.

Warunki zasilania obiektu opadem atmosferycznym scharakteryzowano na podstawie danych pochodzących z sąsiadującej z sadem stacji IMGW Wrocław-Strachowice (tab. 1).

Wysokość opadów oraz przebieg temperatury, w poszczególnych latach doś-wiadczenia, oceniano na podstawie dostępnych danych z okresu 50-letniego 1950-1999 dla opadów oraz 1954-2003 dla temperatury powietrza), traktując je jako wartości normatywne dla obiektu. Wyniki i dyskusja

Z przeglądu danych meteorologicznych zaprezentowanych w tabeli 1 wynika, Ŝe opady z okresu wegetacyjnego 2004 (pierwszy rok badań) wynosiły 231 mm, co daje 62% opadu normalnego, dlatego teŜ został on uznany za okres suchy, zwłaszcza Ŝe w miesiącach charakteryzujących się duŜym zapotrzebowaniem na wodę (maj, czerwiec, lipiec) równieŜ wystąpiły opady znacznie niŜsze w stosunku do porównywalnych wartości z okresu pięćdziesięciolecia. Rok 2005 był nieco odmienny. Opad wegetacyjny wystąpił na poziomie roku przeciętnego. Opady maja i lipca były wysokie (104 i 105 mm), natomiast w czerwcu wynosiły tylko 44% wartości normatywnej. W tych stosunkowo niekorzystnych warunkach zasilania w wodę średnie temperatury powietrza okresów wegetacyjnych omawianych lat były wyŜsze od 5 do 10% w stosunku do średniej z pięćdziesięciolecia. W trzecim roku badań (2006) suma opadów za okres wegetacyjny przewyŜszała średnią wieloletnią o 10% (408 mm). Jednak rozkład opadów w poszczególnych miesiącach róŜnił się na tyle znacząco, iŜ określenie omawianego sezonu jako umiarkowanie mokry, stanowi zbytnie uproszczenie. Na uwagę zasługują miesiące lipiec i sierpień; pierwszy z nich z opadem na poziomie 26% opadu normalnego i wyŜszą o 5,0°C od średniej temperaturą powietrza, drugi z opadem 337% w stosunku do średniej z wielolecia i niŜszą o 0,5°C temperaturą.

K. Nyc, D. Sokalska

90

Tabela 1; Table 1 Miesięczne sumy opadów P (mm) oraz średnie miesięczne temperatury powietrza T (°C) w stacji Wrocław-Strachowice Monthly sum of precipitation P (mm) and monthly mean air temperature T (°C) in Wrocław-Strachowice meteorological station

Lata Years

Miesiące; Months

Okres IV-IX Period IV-IX

IV

V

VI

VII

VIII

IX

Opady; Precipitation - P

(mm)

Σ (mm)

(%)

1950-1999

38

58

73

88

68

47

372

100

2004

18

35

45

59

56

18

231

62

2005

26

104

32

105

66

22

355

95

2006

47

21

67

23

229

21

408

110

Temperatura; Temperature - T

T (°C)

_ (°C)

(%)

1954-2003

8,0

13,4

16,7

18,2

17,6

13,5

14,6

100

2004

9,5

12,8

17,0

18,5

19,5

13,9

15,2

104

2005

9,3

14,0

16,9

19,7

17,5

14,8

15,4

105

2006

9,4

13,9

18,5

23,2

17,1

15,7

16,3

112

Przy ocenie ewapotranspiracji roślin na podstawie polowego zuŜycia wody (S)

naleŜy pamiętać o wszelkich niekontrolowanych stratach lub dopływach wody do bilansowanej warstwy profilu glebowego. Ich wystąpienie moŜe utrudnić ocenę rzeczywistego zuŜycia wody przez roślinę.

W przypadku nawadniania kroplowego zbyt wysoka dawka polewowa powo-dująca odpływ wody poza zasięg systemu korzeniowego roślin moŜe zwiększyć wartości polowego zuŜycia wody. Podobnie mogą działać nadmierne opady at-mosferyczne przekraczające pojemność retencyjną aktywnej warstwy profilu gle-bowego (np. sierpień 2006 roku, P = 229 mm).

Określenie polowego zuŜycia wody dla oceny ewapotranspiracji drzew na-wadnianych kroplowo (przy punktowym podawaniu wody do systemu korzeniowego roślin) w porównaniu z nawodnieniami deszczownianymi wymaga odmiennego podejścia. W tym wypadku otrzymanie wiarygodnych rezultatów zaleŜy od trafnej oceny powierzchni efektywnego oddziaływania na glebę wody wypływającej z emitera kropel.

Do bilansowego obliczenia polowego zuŜycia wody przyjęto, oprócz opadów atmosferycznych (ΣP), ilość wody wypływającą z emitera (Σd), przypadającą na przeciętną powierzchnię zwilŜania (4,2 m2), odpowiadającą średniej powierzchni zajmowanej przez jedno drzewo i jeden emiter. Uzyskane wartości polowego zuŜycia wody (S) dla drzew nienawadnianych W0 oraz nawadnianych W1 i W2 przedstawiono w tabeli 2.

Analiza sezonowych wartości polowego zuŜycia wody (S) na stanowisku kontrolnym w poszczególnych latach badań wykazała ich zróŜnicowanie w zaleŜności od przebiegu opadów atmosferycznych. W suchym okresie wegetacyjnym 2004 roku sumaryczne zuŜycie wody, przez nienawadniany sad jabłoniowy, było najniŜsze i wynosiło 320 mm. W roku 2005 kształtowało się na poziomie 460 mm, a w roku 2006


91

wzrosło do 510 mm. Prowadzona od 2004 roku systematyczna kontrola uwilgotnienia gleby [SO-

KALSKA , NYC 2005] w doświadczeniu z trzema wariantami wodnymi (W0, W1 i W2) wykazała, Ŝe w latach 2004 i 2005, w wyniku nawadniania kroplowego, następował wzrost uwilgotnienia gleby do głębokości ok. 100 cm. Tabela 2; Table 2 Miesięczne i okresowe wartości polowego zuŜycia wody (S) w sadzie jabłoniowym w latach 2004-2006 (mm) Monthly sum of field water consumption (S) by apple orchard in the period of 2004-2006 (mm)

Wariant wodny Water variant

Rok Year

IV

V

VI

VII

VIII

IX

IV-IX

W0

(kontrola; control)

2004

30

40

50

70

65

65

320

2005

30

65

85

95

95

90

460

2006

70

80

85

95

110

70

510

W2

(-0,03 MPa)

2004

30

40

50

70

75

70

335

2005

30

65

90

100

95

90

470

2006

70

80

85

100

125

80

540

W1

(-0,01 MPa)

2004

30

45

80

95

85

65

400

2005

30

65

90

105

120

110

520

2006

70

80

90

120

130

80

570

Przeprowadzone w 2007 roku badania systemu korzeniowego drzew jabłoni na

podkładce M26 potwierdziły, Ŝe zasięg zalegania głównej masy korzeniowej (> 50%) dochodzi do ok. 60 cm, a zatem wykorzystanie zbyt wysokiej dawki nawodnienia mogło być niepełne, a obliczony wskaźnik polowego zuŜycia wody zawyŜony, zwłaszcza w przypadku wariantu z nawadnianiem intensywnym (W1).

Wprowadzenie w 2006 roku emiterów kropel o wydatku 8 dm3⋅godz.-1 i ograniczenie dawki polewowej do 18 dm3⋅drzewo-1 spowodowało, Ŝe maksymalny pionowy zasięg zwilŜania nie przekraczał 75 cm głębokości, a efektywność wy-korzystania wody przez roślinę wzrosła. Przy ograniczeniu dawki polewowej do 18 dm3⋅drzewo-1 (w 2005 i 2006 roku) wartości polowego zuŜycia wody obarczone były najmniejszym błędem. Korzystny efekt takiego działania był szczególnie widoczny w roku 2006 po wymianie emiterów kropel.

Uwzględniając powyŜsze uwarunkowania, wyniki trzyletnich badań polowego zuŜycia wody moŜna uznać za wystarczające do oceny miesięcznego i sezonowego zapotrzebowania wody w niskopiennym sadzie jabłoniowym w okolicach Wrocławia, na glebie średniozwięzłej.

O efektach nawadniania kroplowego drzew jabłoni świadczy równieŜ uzyskiwany plon. Przeciętnie za okres trzech lat, na stanowisku W2 wzrósł on z 45,87 do 72,68 ton z hektara, czyli o 58,4%. Na stanowisku W1 był niŜszy i wynosił średnio 63,94 t⋅ha-1. Konsekwencją wprowadzenia nawadniania kroplowego było zmniejszenie zuŜycia wody na produkcję jednostki plonu. Jak wynika z rys. 1, przy plonowaniu 90 t⋅ha-1 jabłek polowe zuŜycie wody przypadające na jednostkę plonu wynosi 5 mm, natomiast przy plonowaniu 28 t z hektara było trzykrotnie wyŜsze.

K. Nyc, D. Sokalska

92

Ze względu na współoddziaływanie wielu czynników kształtujących zarówno plonowanie, jak i polowe zuŜycie wody, wyniki badań powinny być w kolejnych latach weryfikowane.

Stosując podobne poziomy nawadniania, PACHOLAK [1986] dokonał oszacowania zuŜycia wody przez jabłonie odmiany James Grieve. Według doniesień autora, sumaryczne zuŜycie wody w pięcioletnim okresie badań przy zapewnieniu wilgotności gleby na poziomie -0,03 MPa wahało się od 561 do 605 mm, a przy -0,01 MPa wynosiło od 643 do 690 mm.

DRUPKA [1972] wielkość ewapotranspiracji potencjalnej dla sadów, w sezonie wegetacyjnym, określił na 648 mm. PowyŜsze wartości korespondują z wielkością polowego zuŜycia wody określoną przez autorów.

S polowe zuŜycie wody; field water consumption Rys. 1. Jednostkowe zuŜycie wody przez sad jabłoniowy w latach 2004-2006 Fig. 1. Field water consumption (S) per 1000 kg of the yield (Q) by apple orchard in the

period 2004-2006

W trzyletnim okresie badań jabłonie nawadniane przy poziomie uwilgotnienia gleby odpowiadającemu -0,03 MPa potencjału wody (wariant W2) plonowały na wyŜszym i bardziej stabilnym poziomie. Dostarczenie drzewom większej ilości wody (wariant W1) nie dawało racjonalnych wskaźników polowego zuŜycia wody i plonowania.

Wnioski 1. Dobre efekty określania polowego zuŜycia wody w sadzie nawadnianym

kroplowo moŜna uzyskać odnosząc wielkość dawki polewowej do po wierzchni przypadającej na nawadniane drzewo.

2. Przy nawadnianiu drzew systemem kroplowym na glebie średnio zwięzłej lepsze

efekty zwilŜania uzyskiwano stosując niŜsze dawki wody (18 dm3⋅drzewo-1), dostarczane przez emiter o większym natęŜeniu wypływu (8 dm3⋅godz.-1). W efekcie głębokość zwilŜania nie powinna znacząco przekraczać głębokości


93

zalegania głównej masy korzeniowej drzew. 3. Stosowanie nawadniania według wariantu W2, czyli przy wskazaniu tensjometru

-0,03 MPa potencjału wodnego, odpowiadającego wilgotności gleby 18% objętości (60% PPW) dawało najlepsze efekty wykorzystania wody i plonowania.

Literatura DRUPKA S. 1972. Deszczowanie i deszczownie. PWRiL, Warszawa: 513.

HEWELKE P. 1984. Zmiany uwilgonienia gleby pod wpływem zwilŜania kroplowego. Mat. konf. pt. „Projektowanie i eksploatacja systemów nawodnień kroplowych”. SGGW, Warszawa: 31-49.

JEZNACH J. 2005. Przyrodnicze problemy nawodnień. Postępy Nauk Rolniczych 3: 125-134.

M ARCILONEK S. 1968. Oznaczenie polowego zuŜycia wody przez rośliny uprawne. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 88: 77-86.

NYC K. 1974. Polowe zuŜycie wody przez kapustę późną i ziemniaki wczesne na glebie średniozwięzłej w warunkach deszczowania. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 161: 143-153.

NYC K. 1996. Ekonomiczne systemy nawadniające. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 438: 125-132.

PACHOLAK E. 1984. Eksploatacja systemów nawodnień kroplowych i deszczownianych a efekty produkcyjne w sadzie jabłoniowym. Mat. konf. pt. „Projektowanie i eksploatacja systemów nawodnień kroplowych”. SGGW, Warszawa: 31-49.

PACHOLAK E. 1986. Wpływ nawoŜenia i nawadniania na wzrost i plonowanie jabłoni odmiany James Grieve. Roczniki AR w Poznaniu, Rozprawy Naukowe 160: 79 ss.

PIERZGALSKI E. 1984. Gospodarka wodna w glebie przy nawodnieniach kroplowych na tle fizjologicznych potrzeb roślin. Mat. konf. pt. „Projektowanie i eksploatacja systemów nawodnień kroplowych”. SGGW, Warszawa: 31-49.

RZEKANOWSKI C. 1989. Wpływ nawadniania kroplowego na plonowanie najwaŜniejszych gatunków drzew owocowych w warunkach sadu produkcyjnego. Rozprawy 35, Bydgoszcz: 79 ss.

SOKALSKA D., NYC K. 2005. Określenie przestrzennej zmienności uwilgotnienia gleby w warunkach nawodnień kroplowych. Zesz. Nauk. AR w Krakowie 26: 149-156.

VODYANITSKII V.I. 2002. Drip irrigation regimes for apple orchards. Sadovodstvo i Vi-nogradarstvo 6: 4-6.

Słowa kluczowe: nawadnianie kroplowe, dawki nawadniania, polowe zuŜycie wody,

sad jabłoniowy Streszczenie

W pracy przedstawiono trzyletnie wyniki badań polowego zuŜycia wody w sadzie jabłoniowym w warunkach naturalnej gospodarki wodnej oraz przy nawadnianiu kroplowym. Zastosowano dwa poziomy nawodnienia:

K. Nyc, D. Sokalska

94

W1 zwilŜanie przy wskazaniu tensjometru -0,01 MPa potencjału wodnego, W2 zwilŜanie przy wskazaniu tensjometru -0,03 MPa potencjału wodnego.

Badania wykazały, Ŝe intensyfikacja produkcji poprzez nawadnianie kroplowe zmniejszała znacząco zuŜycie wody na wyprodukowanie jednostki plonu, a wariant W2 dawał najlepsze efekty. THE INFLUENCE OF DRIP IRRIGATION ON WATER CONSUMPTION IN THE APPLE ORCHARD Krzysztof Nyc, Dorota Sokalska Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: drip irrigation, irrigation doses, field water consumption, apple orchard Summary

The research on drip irrigation have been conducted since 2004 in an expe-rimental orchard, located near Wroclaw. In the experiment three irrigation variants are applied: variant W0 control plot - without irrigation, variant W1 application of the irrigation dose when soil water pressure drops below -0,01

MPa, variant W2 application of the irrigation dose when soil water pressure drops below -0,03

MPa. The work is aimed at:

- the recognition of space variability of soil moisture depending on irrigation dose

and the method of water supply (with application TDR method), - the analysis of the yield and growth of apple trees cv. Gloster on rootstock M26

in connection with water efficiency, - the evaluation of the influence of drip irrigation on roots distribution.

The article presents the trial of evaluation of the field water consumption by mature apple tree irrigated by tricklers. According to the investigation results the highest yield and the best water efficiency were achieved in variant W2. Mgr inŜ. Dorota Sokalska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Plac Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 97-104 ZAPASY WODY W MADACH ŚREDNICH W OKRESIE IV-IX 2006 R. W DOLINIE ODRY W REJONIE BRZEGU DOLNEGO Beata Olszewska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wstęp

Podstawowym zagadnieniem związanym z gospodarką wodną gleb jest za-pewnienie optymalnej wilgotności w warstwie korzeniowej. Wilgotność ta jest uzaleŜniona od ilości i rozkładu opadów, a takŜe temperatur powietrza, głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej oraz właściwości fizyko-wodnych profilu glebowego, zabiegów agrotechnicznych i uprawianych roślin [SZAFRANSKI 1993; SPYCHALSKI 1998; LIBERACKI, PLEWIŃSKI 2001; KOZACZYK 2004].

Uwilgotnienie siedlisk roślinnych na wierzchowinach i zboczach zaleŜy od zwięzłości gleby, spadków terenu, a przede wszystkim od wysokości i rozkładu opadów atmosferycznych oraz rozchodów wody na parowanie terenowe. Zbocza często są zasilane wodami napływającymi z terenów wododziałowych. Doliny rzeczne oprócz napływu wód gruntowych korzystają z wód powierzchniowych spływających z terenów przyległych [BRANDYK 1990; PŁYWACZYK 1997]. Dolina Odry po wybudowaniu stopnia wodnego w Brzegu Dolnym została podzielona na dwie strefy o odmiennym oddziaływaniu stanów wody w rzece na warunki wodne w terenie przyległym. PowyŜej budowli piętrzącej tereny doliny zasilane są wodami przesiąkowymi ze zbiornika, a poniŜej stopnia dolina zostaje pod wpływem drenującego działania rzeki [PŁYWACZYK 1988].

Celem niniejszej pracy była ocena i porównanie gospodarki wodnej w madach średnich zlokalizowanych w dolinie Odry poniŜej i powyŜej budowli w Brzegu Dolnym. Tak sformułowany cel obejmował ocenę kształtowania się wód gruntowych, stanów wody w Odrze, warunków meteorologicznych oraz zapasów wody w wybranych profilach glebowych przy róŜnych warunkach zasilania czynnej warstwy gleby. Materiał i metody badań

W dolinie Odry w rejonie Brzegu Dolnego (rys. 1) wybrano dwa profile glebowe (oznaczone jako 2 i 5), oddalone od siebie o około 5 km [OLSZEWSKA 1998]. W comiesięcznych terminach okresu IV-IX 2006 r. prowadzono pomiary uwilgotnienia gleb metodą suszarkowo-wagową oraz obliczano sumy zapasów wody w warstwach 0-50, 0-100 i 0-150 cm. Próbki gleb były pobierane świdrem glebowym w trzech powtórzeniach z warstw 0-10, 20-30, 40-50, 65-75, 90-100 i 140-150 cm do głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej, lecz nie większej niŜ 150 cm. Woda

B. Olszewska

98

nieuŜyteczna dla roślin została określona jako wilgotność przy pF = 4,2 (punkt trwałego więdnięcia). Wodę trudno dostępną dla roślin wyznaczono z róŜnicy pomiędzy wilgotnością przy pF = 3,0 (pojemność okresu suszy) i pF = 4,2, natomiast wodę łatwo dostępną z róŜnicy między pF = 3,0 i pF = 2,0 (polowa pojemność wodna) [PŁYWACZYK 1988]. Warunki meteorologiczne na obiekcie opracowano na podstawie codziennych danych z posterunku w Brzegu Dolnym (opady atmosferyczne) oraz stacji klimatycznej we Wrocławiu - Starachowicach (temperatura powietrza). Stany wody w Odrze przeanalizowano na podstawie codziennych obserwacji dla wodowskazów Brzeg Dolny-Stopień (obszar powyŜej stopnia piętrzącego) oraz Brzeg Dolny-Nadzór (obszar poniŜej budowli).

Rys. 1. Plan sytuacyjny obiektu badawczego Fig. 1. Situation plan of the investigated area Wyniki i dyskusja

Wybrane profile zbudowane są w wierzchniej warstwie z utworów trudno przepuszczalnych do głębokości około 1,0 m (gliny średnie), podścielonych utworami przepuszczalnymi (piaski luźne i piaski słabogliniaste) [OLSZEWSKA 1998]. Gęstość właściwa analizowanych gleb przyjmuje wartości od 2,51 do 2,66 g⋅cm-3, porowatość od 30,6 do 46,9%. W wierzchniej metrowej warstwie dominują pory o średnicy < 3 µm, w głębszych warstwach - pory o średnicy 300-30 µm. Obie odkrywki połoŜone są na obszarach uŜytkowanych jako grunty orne - w okresie prowadzenia pomiarów w 2006 r. uprawiano tam kukurydzę. Czynnikiem, który róŜnicował analizowane profile było oddziaływanie Odry i jej stanów na głębokość zalegania zwierciadła wody gruntowej w dolinie. Poziomy wód gruntowych były cotygodniowo mierzone w piezometrach

ZAPASY WODY W MADACH ŚREDNICH ...

99

zlokalizowanych w bliskim sąsiedztwie analizowanych profili: C3a - w pobliŜu odkrywki poniŜej budowli piętrzącej (odkrywka 2) oraz P7 - w pobliŜu profilu powyŜej stopnia wodnego w Brzegu Dolnym (odkrywka 5). W tabeli 1 zestawiono średnie miesięczne rzędne zwierciadła wody w Odrze w analizowanych przekrojach oraz średnie miesięczne głębokości zalegania wody gruntowej w ww. piezometrach w okresie IV-IX 2006 r. Tabela 1; Table 1 Średnie miesięczne rzędne zwierciadła wody w Odrze w przekrojach Brzeg Dolny-Stopień (Hs) i Nadzór (Hn), (m n.p.m.) oraz średnie miesięczne głębokości zalegania wody gruntowej w piezometrach C3a i P7 (m) w okresie IV-IX 2006 r. Mean monthly water levels ordinates in the Odra in the Brzeg Dolny-Stopień (Hs) and Nadzór (Hn), (m a.s.l.) and mean monthly groundwater depths in the piezometers C3a and P7 (m) in period IV-IX 2006

Wyszczególnienie Specification

IV

V

VI

VII

VIII

IX

Hs (m n.p.m)

106,66

107,20

106,98

106,94

106,86

107,19

P7 (m)

0,77

0,74

0,67

0,71

0,68

0,58

Hn (m n.p.m.)

103,30

100,89

99,97

99,07

100,32

99,63

C3a (m)

2,21

3,11

4,11

4,56

4,28

4,30

W strefie powyŜej stopnia wodnego w Brzegu Dolnym w trakcie prowadzenia badań zwierciadło wody gruntowej zalegało średnio w poszczególnych miesiącach 0,58-0,77 m od powierzchni terenu. Zmieniało się w niewielkich granicach, a jego połoŜenie zaleŜało głównie od stanów wody w Odrze. Średnie miesięczne rzędne zwierciadła wody w Odrze w przekroju Stopień równieŜ zmieniały się nieznacznie od 106,66 m n.p.m. do 107,20 m n.p.m. Natomiast w strefie poniŜej budowli piętrzącej w ciągu okresu badawczego obserwowano znaczne róŜnice w połoŜeniu zwierciadła wody gruntowej w poszczególnych miesiącach. Najpłycej zwierciadło wody gruntowej znajdowało się w kwietniu - średnio 2,21 m od powierzchni terenu, a najgłębiej w lipcu - średnio 4,56 m od powierzchni terenu. RównieŜ w kwietniu zanotowano najwyŜsze średnie rzędne poziomy wód w Odrze w przekroju Brzeg Dolny-Nadzór 103,30 m n.p.m. W kolejnych miesiącach średnie miesięczne stany wód były niŜsze o 2,41 m w maju i 3,67 m we wrześniu.

W tabeli 2 zestawiono sumy opadów atmosferycznych oraz średnich miesięcz-nych temperatur powietrza w okresie prowadzenia badań IV-IX 2006 r. na tle wielkości z wielolecia 1954-2000.

Analizowany okres badawczy IV-IX 2006 r., w porównaniu z wieloleciem 1954-2000, pod względem opadowych charakteryzował się niekorzystnym rozkładem opadów. W maju zanotowano 38,2 mm opadu, tj o 30,8 mm mniej od wielkości z wielolecia, w lipcu 12,7 mm, tj. aŜ o 94,3 mm mniej w porównaniu z wartością średnią z wielolecia, we wrześniu 14,1 mm, tj. o 32,9 mm mniej od wielkości z wielolecia. Natomiast w sierpniu 2006 r. miesięczna suma opadów wynosiła 210,5 mm i była wyŜsza od danych z wielolecia aŜ o 156,5 mm. Warunki termiczne były mniej zróŜnicowane. Tylko w lipcu zanotowano znaczne odchylenie średniej temperatury (wyŜsza o 5,3°C) od wielkości średnich z lat 1954-2000. W pozostałych miesiącach średnie miesięczne temperatury nieznacznie odbiegały od wartości z wielolecia. Tabela 2; Table 2

B. Olszewska

100

Miesięczne sumy opadów atmosferycznych P (mm) oraz średnie miesięczne temperatury powietrza t (°C) dla obiektu badawczego w okresie IV-IX 2006 r. na tle wielkości z wielolecia 1954-2000 Monthly sums of precipitation P (mm) and mean monthly air temperatures t (°C) on the investigated area in period IV-IX 2006 on the background of multi-years 1954-2000


Lata

Years

IV

V

VI

VII

VIII

IX

Opad P (mm) Precipitation P (mm)

1954-2000

39,0

69,0

69,0

107,0

54,0

47,0

2006

50,1

38,2

65,0

12,7

210,5

14,1

Temperatura t (°C) Air temperature t (°C)

1954-2000

9,5

14,1

17,1

17,9

17,8

13,4

2006

9,4

13,9

18,5

23,2

17,1

15,7

Taki przebieg warunków meteorologicznych oraz zróŜnicowany przebieg połoŜe-

nia zwierciadła wody gruntowej w okresie IV-IX 2006 r. miały wpływ na odmienny przebieg uwilgotnienia i róŜnice w wielkościach zapasów wody w wierzchnich warstwach profili glebowych doliny Odry.

W tabeli 3 zestawiono wielkości zmierzonych maksymalnych i minimalnych zapasów wody oraz ich % w stosunku do polowej pojemności wodnej w obu analizo-wanych odkrywkach (w warstwach 0-50 cm i 0-100 cm z okresu IV-IX 2006 r.). Na rys. 2 przedstawiono przebieg zapasów wody w analizowanych profilach na tle sum miesięcznych opadów i średnich miesięcznych temperatur powietrza oraz zapasów wody przy polowej pojemności wodnej i pojemności okresu suszy. Tabela 3; Table 3 Maksymalne i minimalne zapasy wody oraz % polowej pojemności wodnej (PPW) w warstwach 0-50 cm i 0-100 cm w odkrywkach glebowych doliny Odry w okresie IV-IX 2006 r. Maximum and minimum water reserves and % of field water capacity (FWC) in the layers 0-50 cm and 0-100 cm in soil profiles in the Odra valley in April-September 2006

Nr profilu No. of profile

Warstwa; Layer

(cm)

Zapasy wody; Water reserves

maks.; max.

(mm)

% PPW % FWC

min. (mm)

% PPW % FWC

2

0-50 cm

161

111

73

50

0-100 cm

300

132

130

57

5

0-50 cm

148

96

153

83

0-100 cm

395

131

308

102

odkrywka 2; soil pit 2

IV V VI VII VIII IX

0

50

100

150

200

Z (mm)

0-50 cm

PPW; FWC 0-50

POS; DWC 0-50

0

50

100

150

200

250

IV V VI VII VIII IX

P (mm)

0

5

10

15

20

25

t ( oC)

0

50

100

150

200

250

IV V VI VII VIII IX

P (mm)

0

5

10

15

20

25

t (o C)


IXVIIIVIIVIVIV

0

50

100

150

200 Z (mm)

0-50 cm

PPW; FWC 0-50

POS; DWC 0-50


300

400

Z (mm)

0-100 cm

PPW; FWC 0-100

POS; DWC 0-100


300

400 Z (mm)


101

Rys. 2. Przebieg zapasów wody Z (mm) w profilach glebowych 2 i 5 w warstwach 0-50 cm i

0-100 cm w okresie IV-IX 2006 r. na tle opadów atmosferycznych P (mm), temperatur powietrza t (°C) i zapasów wody przy polowej pojemności wodnej PPW i pojemności okresu suszy POS

Fig. 2. The course of water reserves Z (mm) in soil profiles 2 and 5 in layers 0-50 cm and 0-100

cm in period IV-IX 2006 on the background of precipitation P (mm), air temperature t (°C) and water reserves in field water capacity FWC and drought water capacity DWC

W poszczególnych terminach okresu IV-IX 2006 r., dla odkrywki zlokalizowanej

poniŜej budowli piętrzącej (oznaczonej jako 2), obliczone sumy zapasów wody wykazywały znaczne zróŜnicowanie. Wynosiły one dla warstwy 0-50 cm od 73 do 161 mm. Sumy zapasów dla warstwy 0-100 cm charakteryzował jeszcze większy przedział zmienności. W metrowej warstwie zapasy wody wynosiły od 130 do 300 mm. NajwyŜsze wartości zapasów wody odnotowano w maju, a najniŜsze w końcu lipca. W warstwie 0-50 cm zmierzone zapasy wody stanowiły od 50 do 111% polowej pojemności wodnej, a w warstwie 0-100 cm od 57 do 132% polowej pojemności wodnej. Uwilgotnienie profilu odpowiadało wartościom wody łatwo dostępnej dla roślin oraz wody wolnej, a w lipcu i sierpniu wody trudno dostępnej dla roślin.

Dla profilu glebowego z doliny powyŜej budowli piętrzącej (odkrywka 5) w okre-sie IV-IX 2006 r. obliczone sumy zapasów wody we wszystkich analizowanych warstwach charakteryzowały się niewielką zmiennością. W warstwie 0-50 cm obliczone zapasy wody znajdowały się w przedziale od 149 do 178 mm i w warstwie 0-100 cm od 308 do 350 mm. Uwilgotnienie profilu przez cały okres badawczy odpowiadało wartościom wody grawitacyjnej. W warstwie 0-50 cm zapasy stanowiły 83-96% polowej pojemności wodnej, a w warstwie 0-100 cm 102-131% polowej pojemności

B. Olszewska

102

wodnej. Wnioski 1. Gospodarka wodna mad średnich z doliny Odry poniŜej stopnia wodnego

w Brzegu Dolnym w analizowanym okresie IV-IX 2006 r. oparta była głównie na retencjonowaniu wód opadowych i uzaleŜniona od ilości oraz rozkładu opadów atmosferycznych przy bardzo nisko połoŜonym zwierciadle wód gruntowych (ponad 1,5 m od powierzchni terenu). Niekorzystny rozkład opadów spowodował znaczący spadek zapasów wody, zwłaszcza w lipcu. Odnotowano tu najniŜsze wartości we wszystkich analizowanych warstwach, znajdujące się poniŜej granicy wody łatwo dostępnej dla roślin. MoŜna tu mówić o gruntowo-retencyjnym typie, a przy wysokich stanach w Odrze o opadowo-gruntowo-wodnym typie gospodarki wodnej gleb.

2. Gospodarka wodna gleb z doliny powyŜej budowli piętrzącej zaleŜała od

wielkości opadów atmosferycznych oraz zasilania wodami podsiąkowymi z wód gruntowych. Niskie opady nie wpłynęły na spadek uwilgotnienia poniŜej pojemności okresu suszy. Zwierciadło wód gruntowych znajdowało się niezbyt głęboko od powierzchni terenu (średnio 0,58-0,77 m), a gospodarka wodna gleb naleŜała do typu gruntowo-wodnego.

3. ZróŜnicowanie zapasów wody w analizowanych madach średnich doliny Odry

z rejonu Brzegu Dolnego w okresie IV-IX 2006 r. w warstwach 0-50 cm i 0-100 cm wynikało z odmiennego sposobu zasilania gleb.

Literatura BRANDYK T. 1990. Podstawy regulowania uwilgotnienia gleb dolinowych. Rozpr. Nauk. Monogr. SGGW-AR: 120.

KOZACZYK P. 2004. Wpływ warunków meteorologicznych i uŜytkowania rolniczego na gospodarkę wodną gleb. Rocz. AR w Poznaniu CCCLVII, Melior. InŜ. Środ. 25: 287-293.

L IBERACKI D., PLEWI ŃSKI D. 2001. Dynamika zapasów wody w glebach róŜnych siedlisk. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 476: 447-453.

OLSZEWSKA B. 1998. Wpływ budowli piętrzącej na warunki wodne oraz wybrane ele-menty środowiska przyrodniczego w dolinie na przykładzie Odry w rejonie Brzegu Dolnego. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, InŜynieria Środowiska X(349): 107-132.

PŁYWACZYK L. 1988. Oddziaływanie Odry na stosunki wodnomelioracyjne doliny w rejonie Brzeg Dolny - Malczyce. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 68, Rozprawy: 74 ss.

PŁYWACZYK L. 1997. Oddziaływanie spiętrzenia rzeki na dolinę na przykładzie Brzegu Dolnego. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 311, Monografie XI: 47 ss.

SPYCHALSKI M. 1998. Gospodarka wodna wybranych gleb uprawnych Pojezierzy Poz-nańskiego i Leszczyńskiego. Rocz. AR w Poznaniu, Rozpr. Nauk. z. 288: 90 ss.

SZAFRAŃSKI Cz. 1993. Gospodarka wodna gleb terenów bogato rzeźbionych i potrzeby ich melioracji. Rocz. AR w Poznaniu, Rozpr. Nauk. z. 244: 98 ss.


103

Słowa kluczowe: zapasy wody, dolina Odry, gospodarka wodna gleb Streszczenie

Dolina Odry, po wybudowaniu w 1958 r. stopnia wodnego w Brzegu Dolnym, została podzielona na dwie strefy o odmiennym oddziaływaniu stanów wody w rzece na warunki wodne w terenie przyległym. PowyŜej budowli piętrzącej tereny doliny zasilane są wodami przesiąkowymi ze zbiornika, a poniŜej stopnia dolina zostaje pod wpływem drenującego działania rzeki. W pracy porównano gospodarkę wodną w okresie IV-IX 2006 roku w madach średnich zlokalizowanych w dolinie Odry poniŜej i powyŜej budowli. Oceniono kształtowanie się wód gruntowych, stany wody w Odrze, warunki meteorologiczne oraz zapasy wody w warstwach 0-50 cm i 0-100 cm w profilach glebowych przy róŜnych warunkach zasilania czynnej warstwy gleby. WATER RESERVES IN THE MEDIUM ALLUVIAL SOILS IN THE PERIOD OF APRIL - SEPTEMBER 2006 IN THE ODRA VALLEY IN THE BRZEG DOLNY REGION Beata Olszewska Institute of Environmental Protection and Development, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: water reserves, the Odra valley, soil water management Summary

The Odra valley, after building the structure the Brzeg Dolny dam in 1958, was divided into two zones with different Odra water levels effecting on the water conditions in the adjacent areas. Up the dam the valley area is supplied by waters filtering from reservoir and down the weir the valley is drained by the river. The soil water management in period April - September 2006 in the medium alluvial soils in the Odra valley down and up the structure is compared in the paper. The forming of groundwater, water levels in the Odra, meteorological conditions and course of water reserves in the layers 0-50 cm and 0-100 cm in soils with different conditions of the top soil layer supplying are presented. Dr inŜ. Beata Olszewska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 105-114 JAKO ŚĆ WÓD RZEKI JEZIORKI W LATACH 1995-2003 Beata Olszewska 1, Alicja Krzemińska 2 1 Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Dolina rzeczna, szczególnie ta niezmieniona o zbliŜonym do naturalnego reŜimie hydrologicznym, jest jednym z najcenniejszych przyrodniczo obszarów i niezastąpio-nym korytarzem ekologicznym. Doliną taką płynie nieuregulowana i meandrująca dzika rzeka. Znaleźć moŜna na niej piaszczyste łachy i wyspy, miejsca głębokie i płytkie oraz róŜnego rodzaju nachylenia skarpy. Rzeka przy wysokich stanach wody rozlewa się swobodnie po dolinie, zmieniając ją w istną mozaikę ekosystemów. Takie doliny i rzeki są niedoścignionym wzorem, które w obecnych czasach są coraz rzadziej spotykane. Ich wyjątkowość nie tylko dotyczy części fauny i flory, ale równieŜ specyficznych zdolności do samooczyszczania się, która jest tym większa, im mniej uregulowana jest rzeka. W przypadku rzek, których koryto powstało ze starorzeczy innej, większej rzeki, takie procesy mogą przebiegać inaczej. W dolinie Odry, w okolicach stopnia wodnego Brzeg Dolny, gdzie biegnie koryto rzeki Jeziorki, znaleźć moŜna wiele oczek wodnych - cennych ze względu na swoje moŜliwości retencyjne, jak równieŜ resztki starorzeczy. Jeziorka od przekroju Brodno 1 do przekroju Głoska charakteryzuje się ciekawym przebiegiem. Koryto stanowią starorzecza, które co kilka kilometrów tworzą swego rodzaju rozlewiska porośnięte bujną roślinnością, umoŜliwiającą lepsze samooczyszczanie się jej wód.

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań składu chemicznego, jak i jakości wód Jeziorki w latach 1995-2003 (z uwzględnieniem powodzi z lipca 1997 roku), w dwóch przekrojach, które znajdują się pod róŜnym oddziaływaniem Odry - drenującym (przekrój Brodno 1 km 3+750) i infiltracyjnym (przekrój Głoska km 17+750). Materiały i metody badań

Jeziorka jest prawostronnym dopływem Średzkiej Wody, która uchodzi do Odry w rejonie Malczyc. Zlewnia potoku połoŜona jest całkowicie w dolinie Odry, a trasa cieku biegnie, w ogólnym zarysie, równolegle do koryta rzeki w odległości 0,2-2,0 km. Górna część zlewni Jeziorki znajduje się w zasięgu oddziaływania spiętrzonych wód Odry stopniem wodnym w Brzegu Dolnym. Dolna część przylega do Odry, w której stany wody kształtują się w warunkach naturalnych. Zlewnia tego potoku ma kształt wydłuŜonego pasa o średniej szerokości 3,0 km i długości ok. 33 km (do przekroju

B. Olszewska, A. Krzemińska

106

Brodno 1). Biorąc pod uwagę ukształtowanie powierzchni, tereny zlewni Jeziorki są mało urozmaicone. Spadek podłuŜny zlewni wynosi ok. 0,33‰, a średni spadek poprzeczny ok. 5‰. Granicę topograficzną zlewni między Jeziorką a Odrą wyznacza wał odrzański [PŁYWACZYK 1997].

Badania chemiczne tamtejszych wód prowadzono w latach 1995-2003 w dwu przekrojach: Brodno 1 i Głoska (przekrój Brodno 1 jest połoŜony 14 km poniŜej przekroju Głoska) [PŁYWACZYK 1997]. W badaniach tych uwzględniono tylko okresy wegetacyjne wymienionych lat. Chemiczne analizy wód wykonane zostały w Labo-ratorium Wód i Ścieków IKiOŚ Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu i prowadzone były w oparciu o metody standardowe zalecane przez HERMANOWICZ i in. [1976], STANDARD METHODS ... [1992] oraz polskie normy [WYKAZ NORM 1993] i obejmowały następujące wskaźniki: temperaturę, odczyn, przewodnictwo elektro-lityczne właściwe, tlen rozpuszczony, azot ogólny, azot amonowy, azotany, fosfor, magnez, mangan, wapń, Ŝelazo, chlorki, siarczany. Podstawą do oceny jakości wód były ustalenia zawarte w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Oceny dokonano według wartości średniej rocznej, a analizę statystyczną wykonano w oparciu o program Statistica 7. Wyniki badań i dyskusja

Okres objęty badaniami charakteryzował się duŜą zmiennością opadów at-mosferycznych, a w roku 1997 cały teren został zalany wodami powodziowymi. Woda stagnowała na tym obszarze około 2-3 tygodni. Analizy przebiegu warunków meteorologicznych i wahań stanów wód w obu przekrojach zostały przedstawione w PRACACH ZBIOROWYCH [1997, 2004].

Na temperaturę wody wpływać moŜe wiele czynników, a intensywność ich oddziaływania zaleŜy od: insolacji, siły wiatru, zmian układu cieplno-wagowego, prądów turbulencyjnych, temperatury powietrza, głębokości, prędkości przepływu wody, osłonięcia brzegów, jak równieŜ dopływu ścieków i odległości od źródła cieku. Ze względu na temperaturę wody Jeziorki w obu przekrojach (Brodno 1, Głoska) zakla-syfikowano jako wody bardzo dobrej jakości (I klasa). Średnio temperatury wody w przekroju Brodno 1 były niŜsze niŜ w przekroju Głoska, co moŜe być spowodowane róŜnicą pomiędzy nasłonecznieniem i zacienieniem koryta (rys. 1).

W całym okresie badawczym odczyn wody wahał się od 5,8 (przekrój Brodno 1) w roku 1999 do 7,8 latach 2000 (Brodno 1), 2002 i 2003 (Głoska). Wody te zaklasyfikowano do wód I klasy czystości, właściwie w całym okresie badawczym, oprócz roku 1999, gdzie w przekroju Brodno 1 wody te zaliczono do IV klasy czystości (pH = 6,3). W przekroju Brodno 1 obserwowano niŜszy odczyn wody niŜ w Głosce. Bezpośrednio po powodzi zauwaŜalne było obniŜenie się pH wody, po czym nastąpiła tendencja wzrostowa, ale róŜnice pomiędzy odczynem wód w obu przekrojach zwiększyły się o około 30% (rys. 1). W dłuŜszym okresie nie ma zagroŜenia dla czystości wód ze względu na ten wskaźnik.

0

5

10

15

20

25

mg

NO

3- *d

m-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Temperatura

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

pH

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

pH

0

200

400

600

800

1000

uS

*d

m-1

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Przewodność elektrolityczna wody

01

23

456

78

mg

O2

*dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Tlen rozpuszczony

2

4

6

8

10

12

mg

N *

dm

-3

Azot og.

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

mg

NH

4 *d

m-3

Amoniak

(0 C)

pH

(µS⋅

cm-1)

(mg

O2⋅d

m-3)

N og.

A B

C D

E F

(mg

No

g.⋅d

m-3)

mg

NN

H4⋅d

m-3)

JAKOŚĆ WÓD RZEKI JEZIORKI W LATACH 1995-2003 ...

107

Rys. 1. Średnie: A - temperatury, B - odczyn, C - przewodność elektrolityczna, D - zawartości

tlenu rozpuszczonego, E - azotu ogólnego, F - azotu amonowego, G - azotanów, H - fosforu w wodach Jeziorki w latach 1995-2003

Fig. 1. Mean: A - temperature, B - reaction, C - electrolytic conduction, D - concentration of

soluble oxygen, E - total nitrogen, F - ammonia nitrogen, G - nitrates, H - phosphorus in the Jeziorka waters in the years 1995-2003

W wodach Jeziorki wartości przewodności elektrolitycznej właściwej osiągały

minimum 333 µS⋅cm-1 (Brodno 1 w 1999 r.) i maksimum 961 µS⋅cm-1 (Brodno 1 w 1995 r.), średnio 608 µS⋅cm-1 (rys. 1, tab. 1 i 2). W latach 1995-1999 wartości przewodnictwa elektrolitycznego właściwego malały, szczególnie po powodzi z lipca 1997 roku. Powodem tego było wymywanie osadów dennych i w konsekwencji rozcieńczenie stęŜeń występujących w wodzie form jonowych. Natomiast pięć lat po powodzi obserwowano wzrost wartości przewodności elektrolitycznej właściwej w wodach badanej rzeki, które moŜna wiązać ze wzrostem ilości rozpuszczonych jonów w wodzie, a przez to ze zwiększeniem się zasolenia wód.

Wody Jeziorki w całym okresie badawczym, ze względu przewodność elek-


108

trolityczną, klasyfikowano jako wody dobrej jakości (II klasa czystości). PoniewaŜ wartość mediany dla obu przekrojów jest niŜsza niŜ średnia, postawiono hipotezę, Ŝe w dłuŜszym okresie czasu nie istnieje zagroŜenie dla czystości wód ze względu na ten parametr.

Rys. 2. Średnie stęŜenia: A - magnezu, B - manganu, C - wapnia, D - Ŝelaza ogólnego, E -

chlorków, F - siarczanów w wodach rzeki Jeziorki w latach 1995-2003 Fig. 2. Mean concentration of: A - magnesium, B - manganese, C - calcium, D - total iron, E

- chlorides, F - sulphates in the Jeziorka waters in the years 1995-2003

Temperatura wody ma decydujący wpływ na ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie. Im jest ona wyŜsza, tym rozpuszczalność tlenu w wodzie jest mniejsza. Obliczony współczynnik korelacji pomiędzy temperaturą i zawartością tlenu w wodach Jeziorki wyniósł r = -0,74. W przekroju Brodno 1 notowano jego najniŜsze średnie roczne stęŜenie równe 3,1 mg O2⋅dm-3 (rok 2002), najwyŜsze w roku 2003 - 7,4 mg O2⋅dm-3 (Głoska). Ze względu na średnią zawartość tlenu, wody Jeziorki zaliczono do klasy I czystości, co oznacza, Ŝe ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie nie ogranicza funkcjonowania zróŜnicowanych biocenoz, które w tym cieku występują bardzo licznie. Wśród czynników, które wpływać mogą na zmniejszanie się ilości tlenu w wodzie, jest utlenianie związków chemicznych, rozkład materii organicznej, jak równieŜ redyfuzja

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

mg

Mg

*dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Magnez

0,000,200,400,600,801,001,201,401,60

mg

Mn

*d

m-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Mangan

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

mg

Ca

*dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Wapń

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

mg

Fe

*dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

śelazo og.

0

50

100

150

200

mg

Cl-

*dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Chlorki

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

mg

SO

4-2 *

dm

-3

1995

1996

1997 ►

1999

2000

2002

2003

Siarczany

Brodno I Głoska

(mg

Mg⋅

dm-3)

B

C D

E F (m

g M

n⋅dm

-3)

(mg

Ca⋅d

m-3)

(mg

Fe⋅d

m-3)

(mg

Cl⋅d

m-3)

(

mg

SO

4-2⋅d

m-3)

po powodzi (rok 1997) after flood ( year1997)

A


109

tlenu do atmosfery, wzrost zasolenia wody i oddychanie organizmów roślinnych i zwierzęcych [DOJLIDO 1995]. Tabela 1; Table 1 Charakterystyczne wartości składu chemicznego wód rzeki Jeziorki w przekroju Głoska Characteristic values of chemical composition of the Jeziorka waters in the Głoska cross-section

Parametr Parameter

Średnia Mean

Mediana Median

Wartość

min. Minimum

value

Wartość maks. Maksi-mum value

Odchyl. standard. Standard deviation

Kurtoza Kurtosis

Skoś-ność

Skew- ness

Temperatura; Temperature (°C)

16,61

18,00

3,00

27,00

6,85

-0,52

-0,56

Odczyn; Reaction pH

-

7,40

6,60

7,80

-

-

-

Przewodność elektrolityczna właściwa; Electrolytic conduction (µS⋅cm-1)

624,9

593,6

444,0

961,0

135,1

1,21

1,32

Tlen rozpuszczony (mg O2⋅dm-3) Soluble oxygen (mg O2⋅dm-3)

6,81

6,80

3,00

12,10

2,45

-0,03

0,64

Azot ogólny (mg N⋅dm-3) Total nitrogen (mg N⋅dm-3)

6,55

5,57

1,79

16,35

4,09

-0,02

0,85

Azot amonowy; Ammonia nitrogen (mg NNH4⋅dm-3)

0,13

0,05

0,00

1,24

0,27

15,5

3,80

Azotany; Nitrates (mg NO3⋅dm-3)

1,63

0,97

0,04

6,64

1,73

1,21

1,35

Fosfor; Phosphorus (mg K⋅dm-3)

0,31

0,20

0,05

2,50

0,48

18,6

4,11

Wapń; Calcium (mg Ca⋅dm-3)

91,47

89,70

40,90

129,6

17,64

1,69

-0,55

Magnez; Magnesium (mg Mg⋅dm-3)

19,61

17,45

7,20

44,80

8,02

4,77

1,86

Mangan; Manganese (mg Mn⋅dm-3)

0,45

0,25

0,05

2,20

0,53

6,55

2,36

śelazo og.; Total iron (mg Fe⋅dm-3)

0,78

0,60

0,20

3,00

0,65

5,82

2,35

Siarczany; Sulphates (mg SO4⋅dm-3)

121,23

123,45

83,10

188,80

26,87

0,09

0,46

Chlorki; Chlorides (mg Cl⋅dm-3)

139,00

132,00

80,00

220,00

40,21

-0,48

0,63

Zlewnia rzeki Jeziorki ma charakter rolniczy, stąd waŜne wydają się informacje

dotyczące stęŜeń związków biogennych w jej wodach ze wzgledu na to, Ŝe ich nad-mierne stęŜenie powoduje zwiększoną Ŝyzność, prowadząc do degradacji wód.

Jakość wód Jeziorki ze względu na zawartość fosforu w przekroju Brodno 1 w całym okresie badawczym była dobra (II klasa jakości), podobnie jak w przekroju Głoska, przy czym w roku 1995 i 1999 (Brodno 1), wody te zaliczono do klasy III (jakość zadowalająca), (rys. 1). Po powodzi z 1997 roku obserwowano najpierw wzrost średniej zawartości fosforu ogólnego do średniej wartości 0,6 mg P⋅dm-3, a następnie w dalszych latach, systematyczny spadek jego stęŜeń. Tabela 2; Table 2 Charakterystyczne wartości składu chemicznego wód Jeziorki w przekroju Brodno 1 Characteristic values of chemical composition of the Jeziorka waters


110

in the Brodno 1 cross-section

Parametr; Parameter Średnia Mean

Media-

na Median

War-tość min. Mini-mum value

War-tość

maks. Maksi-mum value

Odchyl. standard. Standard deviation

Kurtoza Kurtosis

Skoś-ność

Skew-ness

Temperatura; Temperature (°C)

15,27

16,00

4,00

25,00

5,96

-0,30

-0,38

Odczyn; Reaction pH

-

6,90

5,80

7,80

-

-

-

Przewodność elektrolityczna właściwa (µS⋅cm-1); Electrolytic conduction (µS⋅cm-1)

591

564

333

961

149,5

1,27

1,06

Tlen rozpuszczony (mg O2⋅dm-3) Soluble oxygen (mg O2⋅dm-3)

5,39

4,85

0,00

11,73

3,33

-0,47

0,50

Azot ogólny; Total nitrogen (mg N⋅dm-3)

9,03

8,30

2,01

16,35

3,92

-0,88

0,19

Azot amonowy; Ammonia nitrogen (mg NNH4⋅dm-3)

0,48

0,21

0,02

2,81

0,62

8,70

2,62

Azotany; Nitrates (mg NO3⋅dm-3)

1,67

1,06

0,09

8,41

1,81

6,32

2,27

Fosfor; Phosphorus (mg K⋅dm-3)

0,35

0,23

0,07

2,50

0,46

19,3

4,15

Wapń; Calcium (mg Ca⋅dm-3)

96,41

102,1

53,20

122,1

19,38

-0,24

-0,80

Magnez; Magnesium (mg Mg⋅dm-3)

18,66

16,80

9,90

37,90

6,73

2,63

1,57

Mangan; Manganese (mg Mn⋅dm-3)

1,44

1,45

0,15

3,30

0,92

-0,79

0,23

śelazo og.; Total iron (mg Fe⋅dm-3)

7,72

2,40

0,15

97,20

18,27

23,2

4,69

Siarczany; Sulphates (mg SO4⋅dm-3)

161,3

157,3

83,20

241,1

40,20

-0,36

-0,09

Chlorki; Chlorides (mg Cl⋅dm-3)

107,7

96,5

35,0

208,0

40,15

1,18

1,18

Wśród związków azotu, jedynie azotany klasyfikowały te wody do I klasy

czystości w obu przekrojach badawczych, podobnie jak średnie stęŜenia azotu amo-nowego, przy czym w przekroju Brodno 1 - w latach 1995 i 1997 - jakość tych wód spadła do klasy II (rys. 1, tab. 1 i 2). Jak podaje JONES [1975], w wodach rzek dominuje zawartość azotanów. Przewaga azotanów, która jest związana z dobrym natlenieniem wód rzecznych oraz dominacja procesów nitryfikacji nad denitryfikacją występuje na całym badanym odcinku rzeki, co sprzyja dobremu samooczyszczaniu się rzeki i umoŜliwia bytowanie mozaiki biocenoz. Współczynnik korelacji dla azotu amonowego i tlenu rozpuszczonego wynosił r = 0,07, a dla azotu amonowego i temperatury r= -0,19. StęŜenia azotu ogólnego w badanym cieku ulegają znacznym wahaniom i klasyfikują go w obu przekrojach do III klasy czystości (rys. 1).

Po powodzi z 1997 roku obserwowano mniejszą zawartość azotu ogólnego w stosunku do wcześniejszych lat, natomiast po roku 1999 obserwowano stały jego wzrost. NajniŜsze średnie zawartości azotu ogólnego w wodach rzeki Jeziorki zanotowano w roku 2002 równe 8,33 mg N⋅dm-3 (przekrój Głoska), a najwyŜsze w przekroju Brodno 1 w roku 2003 - 10,8 mg N⋅dm-3 (rys. 1, tab. 1 i 2). PoniewaŜ badania prowadzono w okresie wegetacyjnym, podwyŜszone ilości fosforu i azotu ogólnego świadczyć mogą o intensywności procesu eutrofizacji w cieku, szczególnie w okresie niŜówek i małych przepływów.

Wskaźnikami zasolenia wód są między innymi: chlorki, siarczany, wapń i magnez. Do wód rzeki Jeziorki jony chlorkowe i siarczanowe dopływają przede


111

wszystkim poprzez spływy powierzchniowe i opady, a poziom zanieczyszczenia wód powierzchniowych chlorkami zaleŜy od poziomu zanieczyszczenia wód ściekami i spływami obszarowymi [DOJLIDO 1995]. W wodach Jeziorki stwierdzono nadmierną ilość siarczanów i chlorków w całym okresie badawczym. Ze względu na stęŜenia chlorków, oprócz roku 1997, wody te klasyfikowano do II klasy czystości, natomiast ze względu na ilość jonów siarczanowych do klasy II i III (rys. 2). NajniŜsze średnie stęŜenie chlorków notowano w roku 1999 - 35,0 mg Cl⋅dm-3 (Brodno 1), natomiast najwyŜsze w przekroju Głoska w roku 1995 - 220,0 mg Cl⋅dm-3. NajwyŜsze stęŜenia siarczanów zanotowano w przekroju Brodno 1 w roku 1999 - 214,7 mg SO4

-2⋅dm-3, a najniŜsze w roku 2002 - 105,9 mg SO4

-2⋅dm-3 (tab. 1 i 2). Po powodzi z 1997 roku w przekroju Brodno 1 zauwaŜono tendencję wzrostową zawartości siarczanów w wodach Jeziorki, co moŜna wiązać z bliskością koryta Odry i jej drenującym charakterem w tej części doliny. Współczynnik korelacji pomiędzy ilością jonów chlorkowych a przewodnością elektrolityczną właściwą jest równy r = 0,88, natomiast dla jonów chlorkowych i przewodności elektrolitycznej właściwej współczynnik ten osiąga wartość r = 0,32, co świadczy o mineralnym zanieczyszczeniu wody. StęŜenia magnezu i manganu w wodach Jeziorki badano tylko w latach 1996-1997 i 2002-2003. Ze względu na średnią zawartość magnezu, wody te zaliczono do I klasy czystości, natomiast ze względu na mangan do V, czyli do wód złej jakości. Największe stęŜenia magnezu zanotowano w roku 1997 w przekroju Głoska - 26 mg Mg⋅dm-3 (II klasa czystości), a najmniejsze 15,3 mg Mg⋅dm-3 w roku 2002 (I klasa czystości) równieŜ w przekroju Głoska (rys. 2, tab. 1 i 2). PodwyŜszone zawartości manganu w wodach Je-ziorki są związane ze zwiększonymi procesami wymywania tego pierwiastka z gleb, które zainicjowane zostały obniŜaniem się zwierciadła wód gruntowych w wyniku obniŜenia się dna koryta Odry [PR. ZBIOROWA 1997]. W przekroju Brodno 1 obserwowano 9-krotnie zwiększoną ilość manganu w stosunku do przekroju w Głosce. Zawartość Ŝelaza ogólnego, podobnie jak manganu, ulegała wahaniom, przy czym nie obserwowano tu tak duŜych róŜnic pomiędzy zawartością tego pierwiastka w badanych przekrojach hydrochemicznych. NajwyŜsze średnie stęŜenia Ŝelaza ogólnego zanotowano w roku 2003 w przekroju Brodno 1, równe 17,5 mg Fe⋅dm-3, klasyfikowało to wody Jeziorki do wód o złej jakości (V klasa) i jest to średnio prawie 40-krotnie wyŜsze stęŜenie w stosunku do innych lat w obu przekrojach hydrochemicznych (rys. 2). Zawartość Ŝelaza w wodach Jeziorki powodowała, Ŝe wody te zaklasyfikowano w całym okresie badawczym w przekroju Brodno 1 do V klasy czystości (wody złej jakości), natomiast w przekroju Głoska do klasy IV (wody niezadowalającej jakości).

StęŜenia wapnia w wodach badanego cieku były najwyŜsze w roku 2000 (118,2 mg Ca⋅dm-3 - przekrój Brodno 1), natomiast najniŜsze w roku 1996 (64,2 mg Ca⋅dm-3 - przekrój Brodno 1). Ze względu na ten parametr wody te zakwalifikowano w całym okresie badawczym w przekroju Głoska do klasy II czystości, a w przekroju Brodno 1 do klasy III czystości. Z porównania mediany i średniej dla kaŜdego składnika (tab. 1 i 2) wynika, Ŝe w większości przypadków moŜemy mówić o w miarę stabilnych stęŜeniach poszczególnych składników, co pozwala wysnuć hipotezę, Ŝe w dłuŜszym okresie nie ma bezpośredniego zagroŜenia dla pogorszenia czystości wód tej rzeki w obu przekrojach. Przy czym w przypadku odczynu wody, gdzie mediana jest minimalnie wyŜsza od średniej i wapnia w przekroju Brodno 1, jak równieŜ siarczanów w przekroju Głoska moŜna załoŜyć, Ŝe w następnych latach istnieje moŜliwość pogorszenia się jakości wody ze względu na te parametry. Podsumowanie i wnioski


112

Badania jakości wód rzeki Jeziorki, prowadzone w latach 1995-2003, wykazały, Ŝe ze względu na zawartość manganu i Ŝelaza ogólnego wody te zaliczono w całym okresie badawczym do wód złej jakości (V klasa). Zanieczyszczenie tych wód związkami Ŝelaza i manganu spowodowane jest głównie specyficznymi warunkami hydrogeochemicznymi tego obszaru, jak równieŜ nadmiernym wymywaniem obu metali z gruntu, które są zainicjowane obniŜeniem się zwierciadła wód gruntowych w wyniku obniŜenia się dna koryta Odry. Po powodzi z 1997 roku zauwaŜono wzrost stęŜeń tych metali w wodach Jeziorki. Istotnym wydaje się teŜ fakt, Ŝe wyŜsze stęŜenia obu składników notowano w przekroju Brodno 1, który znajduje się w strefie drenującej Odry. Zawartości związków biogennych w obu przekrojach hydrochemicznych były porównywalne, przy czym po powodzi z 1997 roku stęŜenia azotu ogólnego, azotu amonowego, azotanów istotnie wzrosły w przekroju Brodno 1. MoŜna to wiązać z pogorszeniem się moŜliwości samooczyszczania się wód Jeziorki poprzez obniŜenie zawartości tlenu rozpuszczonego. Ze względu na wskaźniki zasolenia, wody te zaklasyfikowano do klasy II - chlorki, klasy III - siarczany, klasy II - wapń i II klasy - przewodnictwo elektrolityczne właściwe. Ze względu na odczyn, wody te zaklasyfikowano jako wody bardzo dobrej jakości. Jakość wód rzeki Jeziorki determinowana jest warunkami geologiczno-glebowymi, uŜytkowaniem i sposobem zagospodarowania zlewni, lokalnymi warunkami zasilania powierzchniowego i gruntowego, jak równieŜ lokalizacją względem Odry.

Literatura

DOJLIDO J.R. 1995. Chemia wód powierzchniowych. Wyd. Ekonomia i Środowisko, ISBN 83-85792-22-8: 179-183.

HERMANOWICZ W., DOśAŃSKA W., DOJLIDO J. 1979. Fizyczno-chemiczne metody badań wody i ścieków. Arkady, Warszawa: 555 ss.

STANDARD METHODS FOR EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER 1992. Am, Publ. Health Ass, Washington: 9-64.

JONES K. 1975. The chemistry of nitrogen. Pergamon Press: 147-387.

PŁYWACZYK L. 1997. Oddziaływanie spiętrzenia rzeki na dolinę na przykładzie Brzegu Dolnego. Wyd. AR we Wrocławiu, Wrocław: 47 ss.

PRACA ZBIOROWA 1997. Wpływ wieloletniej eksploatacji hydrotechnicznej budowli pięt-rzącej na ilościowe i jakościowe zmiany zasobów wód oraz wybrane elementy środowis-ka przyrodniczego w dolinie rzecznej. Raport końcowy projektu badawczego KBN nr - 5 P06H 004 08 maszynopis.

PRACA ZBIOROWA 2004. Oddziaływanie stanów wody w rzece na warunki wodne w przy-ległej dolinie. Raport końcowy projektu badawczego KBN nr 6 P06S 025 21 - ma-szynopis.

ROZPORZĄDZENIE 2004. Rozporządzenie ministra środowiska z dnia 11 lutego 2004 w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz.U. Nr 32, poz. 284.

WYKAZ NORM 1993. Wykaz norm z zakresu analityki wody i ścieków. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej - Zespół Normalizacji, Warszawa.


113

Słowa kluczowe: jakość wód powierzchniowych, dolina Odry Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań składu chemicznego wód Jeziorki, połoŜonej w dolinie Odry w rejonie Brzegu Dolnego, prowadzonych w latach 1995-2003 (z uwzględnieniem powodzi z lipca 1997 roku). Wybrano dwa przekroje, które znajdują się pod róŜnym oddziaływaniem Odry - drenującym (przekrój Brodno 1 km 3+750) i infiltracyjnym (przekrój Głoska km 17+750). Badania obejmowały następujące wskaźniki: temperaturę wody, odczyn, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, tlen rozpuszczony, azot ogólny, azot amonowy, azotany, fosfor ogólny, magnez, mangan, wapń, Ŝelazo ogólne, chlorki, siarczany. Analiza wyników wykazała, iŜ jakość wód Jeziorki determinowana jest warunkami geologiczno-glebowymi, uŜytkowaniem i sposobem zagospodarowania zlewni, lokalnymi warunkami zasilania powierzchniowego i gruntowego, jak równieŜ lokalizacją względem Odry. THE JEZIORKA STREAM WATER QUALITY IN THE YEARS 1995-2003 Beata Olszewska 1, Alicja Krzemińska 2 1 Institute of Environmental Protection and Development, Wrocław University of Environmental and Life Sciences 2 Institute of Architecture, Wrocław University of Environmental and Life Sciences Key words: water quality, the Odra valley Summary

The results of research of chemical analysis of the Jeziorka stream waters, situated in the Odra valley in the Brzeg Dolny region, performed in the years 1995-2003, including the flood in 1997, are presented in the paper. The two cross-section were chosen, which are influenced by the Odra river in different way - drained (Brodno section km 3+750) and rechared (Głoska section km 17+750). The following indices were analyzed: temperature, reaction, electrolytic conduction, soluble oxygen, total nitrogen, ammonia nitrogen, nitrates, phosphorus, calcium, magnesium, manganese, iron, sulphates and chlorides. The analysis of the results showed that the quality of the Jeziorka stream waters depended on the geological and soil conditions, the use and ways of catchment development, local conditions of surface and groundwater supply and also the localization towards the Odra river. Dr inŜ. Beata Olszewska Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]


114

Dr Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Pl. Grunwaldzki 24A 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 115122 KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAPASÓW WILGOCI W PROFILACH CZARNYCH ZIEM

NA UŻYTKACH ROLNYCH1 Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski, Anna Pływaczyk,

Tomasz Kowalczyk

Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Woda retencjonowana w porach glebowych jest cennym zasobem z punktu widzenia potrzeb rolnictwa. W warunkach klimatycznych Polski opady atmosferyczne występujące latem, zazwyczaj nie wystarczają na pokrycie zapotrzebowania roślin uprawnych, a część wody wykorzystywanej przez nie pochodzi z zasobów zgromadzonych w profilu glebowym po okresie zimowym. Gromadzenie wody w zbiornikach retencyjnych, śródpolnych oczkach wodnych, stawach i rowach zwiększa jej zasoby nie tylko w ich obrębie, ale również w terenach przyległych poprzez oddziaływanie na wody gruntowe [MIODUSZEWSKI 1999; BYKOWSKI i in. 2004; PRZYBYŁA i in. 2005]. Pojedyncze małe zbiorniki zazwyczaj w niewielkim stopniu oddziałują na zasoby wodne zlewni, jednak przy większej liczebności na danym terenie, nie można pominąć ich znaczenia dla kształtowania się bilansu wodnego [PŁYWACZYK 1995; FIEDLER i in. 2002; KORTYKOWSKI i in. 2005].

Materiał i metody badań

1 Badania wykonano w ramach projektu nr 5 P06H 070 19 finansowanego przez Komitet Badań Naukowych.

W pracy przedstawiono wybrane elementy badań realizowanych w latach hydrologicznych 2000/20012002/2003 na użytkach rolnych w Zybiszowie koło Wrocławia. Celem badań było rozpoznanie i ocena stosunków wodnych gleb przylegających do niewielkiego zbiornika wodnego. Gleby na tych terenach to żyzne czarne ziemie wytworzone z pyłów i glin pylastych, lokalnie podścielonych lżejszymi utworami. Poprzecznie do brzegu zbiornika zainstalowano ciąg piezometrów, w których dwa razy w tygodniu rejestrowano położenie zwierciadła wody gruntowej. W trzech punktach P1, P2, P2 oddalonych od zbiornika odpowiednio o 50 m, 130 m oraz 310 m, podczas okresów wegetacyjnych, przeciętnie raz w tygodniu, dokonywano

W. Orzepowski i inni

116

pomiarów uwilgotnienia gleby w czterech warstwach do głębokości 1 m. Warunki meteorologiczne w okresie badawczym przeanalizowano i oceniono na podstawie danych rejestrowanych w posterunku meteorologicznym usytuowanym obok zbiornika. Obserwacje wahań stanów wody w zbiorniku prowadzono na łacie wodowskazowej dwa razy w tygodniu. W czasie analizowanego okresu badawczego uprawiano tu pszenicę ozimą i rzepak. Wyniki i dyskusja

Zybiszów położony jest w strefie, której agroklimat określić można jako ciepły, umiarkowanie wilgotny i umiarkowanie słoneczny [BAC i in. 1993].

Średnia z wielolecia suma opadów atmosferycznych dla tych terenów wynosi 568 mm, z czego 371 mm (ok. 65%) przypada na okres wegetacyjny (IVIX). Roczne sumy opadów w kolejnych latach okresu badań 2000/20012002/2003 wynosiły 644 mm, 577 mm i 488 mm, natomiast w poszczególnych okresach wegetacyjnych tych lat odpowiednio 466 mm, 363 mm, 295 mm (72%, 62%, 60% opadów rocznych).

Na podstawie prawdopodobieństwa wystąpienia opadów, określonego metodą Dębskiego, pierwszy rok badań scharakteryzowano jako mokry, a kolejne jako normalny i suchy. Okresy wegetacyjne tych lat oceniono jako okres średnio mokry, normalny i średnio suchy. Na ocenę dwóch pierwszych lat i stosunki wodne gleb w Zybiszowie, zwłaszcza w drugiej części okresu wegetacyjnego, wpłynęły niewątpliwie wyraźnie wyższe od przeciętnych opady, jakie zanotowano w lipcu (197 mm) i wrześniu (93 mm) 2001 r. oraz w sierpniu (117 mm) 2002 r.

Lata 20012003 pod względem termicznym można ocenić jako umiarkowanie ciepłe. Średnie roczne temperatury powietrza w dwóch pierwszych latach badań były o 0,6°C wyższe od średniej z wielolecia (8,8°C), natomiast w roku trzecim średnia temperatura była zbliżona do przeciętnej wieloletniej (niższa o 0,1°C). Okres wegetacyjny 2001 r. charakteryzował się temperaturą niższą o 0,6°C od przeciętnej (15°C), natomiast temperatury okresów IVIX w 2002 i 2003 roku były odpowiednio o 0,9°C i 0,7°C wyższe od średniej wieloletniej.

Mały zbiornik w Zybiszowie o powierzchni około 600 m2 i głębokości nieprzekraczającej 2 m, charakteryzuje się niewielką zmiennością poziomów wody. Zakres rocznych wahań jego napełnienia wynosił w analizowanych latach od 3236 cm (2529 cm w okresie IVIX). Kształtowanie się lustra wody było zgodne w ogólnym zarysie z przebiegiem i rozkładem warunków meteorologicznych.

W miarę wzrostu odległości od zbiornika w analizowanym przekroju głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej wykazującego nieznaczne nachylenie w stronę zbiornika, wyraźnie rosną. Sprzyja temu zaleganie w podłożu przepuszczalnych utworów. Analiza przebiegu głębokości zwierciadła wód gruntowych wykazała, że dynamika wahań poziomów wody w badanych profilach glebowych nie jest duża. Średnie głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej podczas okresu wegetacyjnego wynosiły w profilu P1 w latach 20012003 od 8698 cm, w profilu P2 203216 cm, a w P3 344390 cm (tab. 1). Średnie roczne głębokości lustra wód gruntowych kształtowały się podobnie i różniły się tylko o kilka centymetrów od średnich wartości dla okresu wegetacyjnego. Roczne zakresy wahań zwierciadła wody gruntowej w Zybiszowie w badanym okresie w poszczególnych piezometrach wynosiły tylko od 24 do 48 cm (przeważnie około 3040 cm), można więc stwierdzić, że kształtowanie się poziomów wód gruntowych cechuje znaczna stabilność.

KSZTAŁTOWANIE SIĘ ZAPASÓW WILGOCI W PROFILACH ...

117

Tabela 1; Table 1 Średnie oraz ekstremalne głębokości (cm) zwierciadła wody gruntowej Mean and extremal levels (cm) of ground water

Rok Year

Piezometr Piezometer

Okres; Period

IVIX

XIX

min.

śr.

mean

maks. max.

min.

śr.

mean

maks. max.

2000/01

P1

77

95

107

77

98

111

P2

196

216

229

196

221

234

P3

366

390

404

358

392

406

2001/02

P1

72

86

96

62

82

96

P2

188

203

215

185

200

215

P3

330

344

360

330

349

366

2002/03

P1

83

98

110

70

93

110

P2

196

212

227

187

208

227

P3

366

373

385

365

372

389

Wielkości zapasów wody gromadzone w warstwie 050 cm oraz 0100 cm w analizowanych profilach określono na podstawie cotygodniowych pomiarów uwilgotnienia. Analizując zmienność zasobów retencji glebowej w kolejnych okresach wegetacyjnych (rys. 1) zauważyć można, że była ona wyraźnie związana z rozkładem opadów w poszczególnych miesiącach. W czasie pierwszych miesięcy średnio mokrego okresu wegetacyjnego 2001 roku i normalnego okresu 2002 roku zapasy wody obniżały się, jednak wyższe od przeciętnych opady, jakie zanotowano w miesiącach letnich, tj. w lipcu i wrześniu 2001 roku oraz sierpniu 2002 roku, uzupełniły ubytek wilgoci glebowej. W średnio suchym okresie wegetacyjnym w 2003 roku, w czasie którego jedynie w maju opady przewyższyły średnie wartości wieloletnie, zasoby wody w glebie we wszystkich miesiącach sukcesywnie malały osiągając we wrześniu wartości najniższe z zanotowanych w całym okresie prowadzenia badań. We wszystkich latach ilości wody gromadzonej w profilu P3 były wyraźnie niższe niż w profilach P1 i P2. Spowodowane było to tym, że przy głęboko położonym zwierciadle wody gruntowej oraz zalegających w podłożu, już od głębokości pół metra, utworach glebowych cechujących się wyraźnie niższymi zdolnościami retencyjnymi (piaski gliniaste mocne), ubytki wilgoci glebowej w tym profilu mogły być uzupełniane jedynie wodą opadową.

Zapasy wody w średnio mokrym okresie wegetacyjnym 2001 roku w profilach P1 i P2 kształtowały się bardzo stabilnie na wysokim poziomie. Na początku okresu wegetacyjnego w półmetrowej warstwie wynosiły one 141143 mm, co stanowiło 8387% zapasów odpowiadających polowej pojemności wodnej (PPW). W jednometrowej warstwie gleby ilość zgromadzonej wody zbliżona była do PPW (zwłaszcza w profilu P1, który cechuje płytkie zaleganie lustra wody gruntowej) i wynosiła odpowiednio 285 i 310 mm. Dla warunków glebowych obiektu zasoby wody, gromadzone w profilu o miąższości 1 m, przy PPW kształtują się w przedziale od 214 mm (P3) do 315 mm (P2). W czarnych ziemiach wartości te wynoszą zazwyczaj 250300 mm lub mniej, gdy są one wytworzone z piasków [WALCZAK i in. 2002] Po początkowym nieznacznym obniżeniu się zapasów w kolejnych miesiącach


118


119

zarówno w warstwie 050, jaki i 0100 cm utrzymywały się one z niewielkimi zmianami na podobnym poziomie do końca okresu wegetacyjnego. Taki przebieg zapasów wiązać można ze stabilnym i płytko położonym zwierciadłem wody gruntowej (zwłaszcza w profilu P1, położonym najbliżej zbiornika), z którego niezależnie od opadów następowało również uzupełnianie wody pobieranej przez rośliny podczas sezonu wegetacyjnego. W profilu P3, w którym wody gruntowe zalegają zawsze głęboko, zapasy wody w warstwie 050 cm oraz 0100 cm na początku okresu wegetacyjnego wynosiły 136 mm oraz 195 mm, co stanowiło 87 i 91% zapasów odpowiadających PPW. W odróżnieniu od profili P1 i P2, do połowy okresu wegetacyjnego zasoby wody glebowej wyczerpywały się osiągając w czerwcu 73 mm i 118 mm (46% i 55% zapasów przy PPW). W efekcie wysokich opadów zanotowanych w drugiej połowie sezonu wegetacji, zapasy wody w glebie powiększyły się i do września utrzymały na poziomie około 110 mm (70% PPW) w warstwie półmetrowej i około 150 mm w warstwie metrowej (70% PPW).

Przebieg zmienności zapasów wody w glebie podczas normalnego pod względem opadów okresu wegetacyjnego 2002 r. w ogólnym zarysie był podobny do zarejestrowanego rok wcześniej (rys. 1). Rezerwy wilgoci wyczerpywane w pierwszych miesiącach zostały uzupełnione w następstwie nieco wyższych od przeciętnych opadów letnich. Należy również zauważyć, że w okresie wegetacyjnym 2002 roku wody gruntowe zalegały średnio nieco płycej niż w pozostałych latach, co miało wpływ na kształtowanie się zapasów retencji glebowej, zwłaszcza na terenach położonych bliżej zbiornika (profil P1). Wszystkie miesiące tego okresu wegetacyjnego były również cieplejsze od analogicznego okresu w roku poprzednim o 0,73,1°C. W kwietniu 2002 r. zapasy wody zgromadzone w profilach P1 i P2 (50 m i 131 m od brzegu zbiornika) wynosiły 148 mm i 136 mm w półmetrowej warstwie gleby oraz 300 mm i 302 mm w warstwie jednometrowej i były nieco niższe lub zbliżone do wartości odpowiadających pojemności polowej. W profilu P1 do końca okresu wegetacyjnego zapasy z niewielkimi wahaniami utrzymywały się na wysokim poziomie 127136 mm (7580% zapasów odpowiadających PPW) w warstwie 050 cm i 260278 mm (9399% PPW) w warstwie 0100 cm, trzeba jednak zaznaczyć, że przez większą część okresu wegetacyjnego zwierciadło wody zalegało średnio na głębokości 0,9 m uzupełniając podsiąkiem kapilarnym ubytki wilgoci, a fragment dolnej warstwy profilu był w całości wypełniony wodą. W profilu P2, cechującym się głębszym przeciętnym zaleganiem wody gruntowej, w pierwszej połowie ciepłego okresu wegetacyjnego zasoby retencji glebowej wyczerpywały się szybciej niż w profilu P1, obniżając się do wartości około 80 mm (49% zapasów przy PPW) w warstwie półmetrowej miąższości oraz do około 220 mm (70% PPW) w warstwie jednometrowej. W drugiej połowie okresu wegetacyjnego zapasy wody gromadzone w glebie zwiększyły się wyraźnie o kilkadziesiąt milimetrów osiągając wartości zbliżone do początkowych, wiosennych. Kształtowanie się zapasów wody w profilu P3, położonym w odległości 310 m od zbiornika, było podobne, jednak zasoby zgro-madzone w glebie na początku okresu wegetacyjnego w 2002 roku, były wyraźnie niższe niż w pozostałych latach.

Przebieg zmienności zapasów retencji glebowej podczas średnio suchego pod względem opadowym okresu wegetacyjnego w 2003 roku był wyraźnie inny niż w latach poprzedzających. Niewątpliwie znacząco przyczynił się do tego przebieg warunków meteorologicznych – okres IVIX był dosyć ciepły z temperaturami wyższymi bądź zbliżonymi do przeciętnych, a miesięczne sumy opadów we wszystkich miesiącach, za wyjątkiem maja, były niższe od przeciętnych wieloletnich.


120

W okresie wiosennym na początku sezonu wegetacyjnego, zapasy wody we wszystkich analizowanych profilach były podobne jak w analogicznym okresie w 2001 roku. Począwszy od kwietnia zapasy wody glebowej sukcesywnie wyczerpywały się aż do września, kiedy to osiągnęły najniższe wartości w całym analizowanym okresie lat 20012003, tj. w warstwie 050 cm wynosiły one w profilach P1, P2, P3 odpowiednio 78 mm, 77 mm, 56 mm (46%, 47%, 36% zapasów przy PPW) oraz w warstwie 0100 cm 207 mm, 205 mm, 105 mm (odpowiednio 74%, 64%, 49% PPW). Jakkolwiek zapasy wody glebowej uległy znacznemu wyczerpaniu, malejąc również wraz ze wzrostem odległości od zbiornika, to jednak nie osiągnęły one minimalnego stan retencji odpowiadający punktowi trwałego więdnięcia.

Wyniki badań prowadzonych w 2003 roku w czarnych ziemiach w Wielko-polsce wykazały podobny charakter zmienności zasobów retencji glebowej podczas okresu wegetacyjnego [BYKOWSKI i in. 2004]. Zapasy wody w mikrozlewni oczka wodnego na Pojezierzu Gnieźnieńskim pomierzone w warstwie gleby 0100 cm na początku i na końcu letnich półroczy hydrologicznych wykazywały znaczne zróżnicowanie wynikające głównie z letniej posuchy atmosferycznej [FIEDLER i in. 2002]. Wnioski 1. W analizowanym okresie wystąpiły zróżnicowane warunki opadowe – rok hy-

drologiczny 2000/2001 należał do mokrych, 2001/2002 do normalnych, 2002/2003 do suchych, a wielkość i rozkład opadów w okresie wegetacyjnym miały istotny wpływ na gromadzone w glebie zasoby retencji.

2. W miarę wzrostu odległości od zbiornika wzrastała głębokość lustra wody grun-

towej i malała przeważnie wielkość zapasów wody gromadzonej w glebie. 3. Podczas średnio mokrego oraz normalnego okresu wegetacyjnego rośliny

uprawne miały zapewnione korzystne warunki wilgotnościowe w glebie, niezbędne dla prawidłowego rozwoju i uzyskania dobrego plonowania. Pomimo znacznego wyczerpywania się zasobów retencji glebowej, obserwowanego w drugiej części średnio suchego okresu wegetacyjnego, zwłaszcza w profilach położonych w większej odległości od zbiornika, w glebie pozostały rezerwy wilgoci większe od absolutnych minimów i nie obserwowano trwałego więdnięcia roślin. W warunkach obiektu nie zachodzi pilna potrzeba podjęcia działań technicznych umożliwiających uzupełnianie niedoborów wilgoci w glebie.

Literatura BAC S., KOŹMIŃSKI C., ROJEK M. 1993. Agrometeorologia. PWN, Warszawa: 249 ss.

BYKOWSKI J., SZAFRAŃSKI CZ., FIEDLER M. 2004. Dynamika uwilgotnienia czarnych ziem w warunkach piętrzenia wody w rowie melioracyjnym. Rocz. AR w Poznaniu 357, Melior. i Inż. Środ. 25: 2934.

FIEDLER M., SZAFRAŃSKI CZ., BYKOWSKI J. 2002. Zasoby wodne w mikrozlewni rolniczej z występującymi oczkami wodnymi. Rocz. AR w Poznaniu 342, Melior. Inż. Środ. 23: 7381.


121

KORYTKOWSKI M., SZAFRAŃSKI CZ., STASIK R. 2005. Zmiany stanów i zapasów wody w śródpolnych oczkach wodnych. Rocz. AR w Poznaniu 365, Melior. i Inż. Środ. 26: 233239.

MIODUSZEWSKI W. 1999. Ochrona i kształtowanie zasobów wodnych w krajobrazie rolniczym. Wyd. IMUZ, Falenty: 7685.

PŁYWACZYK L. 1995. Mała retencja wodna i jej uwarunkowania techniczne. Ekolo-giczne aspekty melioracji wodnych. Inst. Ochr. Przyr. PAN, Kraków: 141148.

PRZYBYŁA CZ., KOZŁOWSKI M., SOSIŃSKI M. 2005. Wstępna ocena wpływu zbiornika retencyjnego Jeżewo na głębokość zalegania zwierciadła wód gruntowych terenów przyległych. Rocz. AR w Poznaniu 365, Melior. i Inż. Środ. 26: 330344.

WALCZAK R., OSTROWSKI J., WITKOWSKA-WALCZAK B., SŁAWIŃSKI C. 2002. Hydrofi-zyczne charakterystyki mineralnych gleb ornych Polski. Acta Agrophysica 79, Mo-nografia, Lublin: 64 ss.

Słowa kluczowe: małe zbiorniki wodne, wody gruntowe, zapasy wody w glebie Streszczenie

W pracy przedstawiono elementy badań prowadzonych w użytkowanych rolniczo glebach czarnych ziemiach w sąsiedztwie małego zbiornika wodnego w Zybiszowie w województwie dolnośląskim. Stwierdzono, że wielkość oraz zmien-ność zasobów retencji glebowej w okresach wegetacyjnych lat 20012003 kształtowała się pod wpływem opadów atmosferycznych, położenia lustra wody gruntowej oraz warunków glebowych. DISTRIBUTION OF THE RESERVES OF MOISTURE IN PROFILES OF BLACK EARTH IN THE ARABLE LAND AREA Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski, Tomasz Kowalczyk, Anna Pływaczyk Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Warszawa Key words: small water reservoirs, ground water , water reserves in soil Summary

The paper presents elements of research performed on black earth arable land in the nearness of a small water reservoir at Zybiszów, Low Silesia region. It was found


122

out that the value and changeability of soil retention resources within 20012003 vegetation period was under the influence of a ground water level and soil conditions. Dr inż. Wojciech Orzepowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 123-131 ZMIANY PRZEWODNO ŚCI ELEKTROLITYCZNEJ I STĘśEŃ BIOGENÓW W WODZIE Z BIEGIEM CIEKU ODWADNIAJ ĄCEGO MAŁ Ą ZLEWNI Ę ROLNICZ Ą Krzysztof Ostrowski, Agnieszka Policht, Włodzimierz Rajda, Andrzej Bogdał Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp

DuŜy wpływ na pogorszenie jakości wody w małych ciekach wywierają spływy powierzchniowe z uŜytków rolnych, obszary zabudowane o nieuregulowanej gospodarce wodno-ściekowej oraz gospodarka hodowlana, która, zwłaszcza przy duŜej koncentracji, stanowi znaczne obciąŜenie środowiska [SAPEK 1995; TRYBAŁA 1996].

Woda posiada naturalną zdolność samooczyszczania, tj. rozkładania zanieczysz-czeń w niej występujących. Sprawność tego procesu zaleŜy od wielu czynników, z których najwaŜniejszymi są ilość dostępnego tlenu oraz rodzaj i stęŜenie zanieczyszczeń [BAJKIEWICZ-GRABOWSKA, MIKULSKI 1996]. Samooczyszczanie najlepiej przebiega w potokach i górskich rzekach, gdzie szybki ruch wody zapewnia jej intensywne natlenianie [ALLAN 1998].

Celem pracy jest ocena zmian przewodności elektrolitycznej i stęŜeń biogenów w wodzie cieku małej zlewni podgórskiej o rolniczo-hodowlanym i osadniczym uŜytkowaniu, w zaleŜności od oddalenia względem źródła jej zanieczyszczania. Charakterystyka zlewni

Badania prowadzono w małym cieku odwadniającym zlewnię „Wronowiec”, która jest elementarną częścią zlewni Wieprzówki, lewobrzeŜnego dopływu Skawy. Oprócz cieku głównego w zlewni znajdują się 2 lewostronne i 3 prawostronne, okresowo wysychające dopływy (rys. 1).

Zlewnia badawcza połoŜona jest na terenie województwa małopolskiego w gmi-nie Andrychów. Geograficznie naleŜy do Pogórza Wielickiego i posiada cechy terenu podgórskiego [KONDRACKI 1998]. Jej powierzchnia wynosi 1,60 km2.

Największe spadki terenu, przekraczające 27%, występują w południowej części zlewni i zajmują tylko 0,2% powierzchni. Obszary o spadkach 18–27% stanowią 2,6% powierzchni zlewni, natomiast 12,8% powierzchni zajmują tereny o spadkach 10–18%. Na największej części zlewni występują pochylenia 0–5% i 5–10%, stanowiąc odpowiednio 44,3% i 40,1% jej obszaru.

Zlewnię „Wronowiec” w 57% pokrywają gleby brunatne wyługowane, 16% zaj-mują gleby brunatne właściwe typowe i oglejone, a 10% gleby płowe. Pozostałą część stanowią gleby deluwialne brunatne oraz gruntowo-glejowe właściwe.

K. Ostrowski i inni

124

Rys. 1. Zlewnia „Wronowiec” Fig. 1. Catchment „Wronowiec”

Badana zlewnia w 81,4% powierzchni jest uŜytkowana rolniczo, z czego 52,5% przypada na grunty orne, 27,2% na uŜytki zielone oraz 1,7% na sady. Zalesienia i zadrzewienia pokrywające 9,8% powierzchni zlewni są zlokalizowane wzdłuŜ cieku głównego oraz na terenach o większych spadkach. Obszary zabudowane z ogródkami zajmują 8,0%, a drogi asfaltowe i kolejowe 0,8% powierzchni.

Na terenie zlewni znajdują się dwa zakłady mające wpływ na zanieczyszczenie

0 100 200 300 400 500 m

10

9 8

7

6

5

3

2

1

grunty ornearable land

uŜytki zielonegreenland

lasy, zadrzewieniaforest and afforestations

sadyorchards

teren zabudowanybuild-up area

ciekiwatercourses

drogi asfaltoweasphalt roads

drogi gruntoweground roads

linia kolejowarailway line

przekrój hydrometrycznyhydrometrical section

budynkibuildings

granica mikrozlewnibouardy of microcatchment

punkty poboru wodypoints of recruitment of water

1

zbiorniki na gnojowicęreservoirs on slurry

4

ZMIANY PRZEWODNOŚCI ELEKTROLITYCZNEJ I STĘśEŃ BIOGENÓW ...

125

wody w cieku. Są to: zakład hodowli koni oraz ferma bydła i drobiu. Zakład hodowli koni usytuowany jest w południowej części zlewni, powyŜej 1 punktu poboru wody. Jest to obiekt nowo powstały, liczący kilka sztuk zwierząt. Ferma bydła i drobiu połoŜona jest przy środkowym odcinku cieku, przylegając do niego z prawej strony na długości około 270 m, pomiędzy punktami 2–5. Zajmuje ona 5 ha, gdzie oprócz zabudowań gospodarskich mieszczą się trzy zbiorniki Ŝelbetowe na gnojowicę, typu „Kortel” o pojemności 500 m3 kaŜdy. Na fermie hoduje się średnio 285 sztuk bydła oraz 30 000 sztuk drobiu. Chów bydła odbywa się w trzech oborach o powierzchni 1000 m2 kaŜda, systemem alkierzowym (bez wypasu). Metody badań

Przed podjęciem systematycznych badań przeprowadzono, bezpośrednio w tere-nie przy pomocy konduktometru, wstępne badania przewodności elektrolitycznej wody w kilkunastu punktach rozmieszczonych wzdłuŜ cieku. Na tej podstawie wytypowano 10 punktów badawczych, w których konduktancja znacząco się róŜniła, świadcząc o zmianie stęŜenia składników chemicznych, na skutek dopływu wody czystej lub zanieczyszczonej. Dalsze badania prowadzono na 1524 m odcinku cieku, w punktach: 1 – zlokalizowanym przy przepuście drogowym na trasie Andrychów-Inwałd; 2 – znajdującym się przed pierwszym dopływem bez nazwy w odległości 194 m od punktu 1; 3 – usytuowanym poniŜej dopływu w odległości 15 m od punktu 2; 4 – połoŜonym obok wylotu drenarskiego odprowadzającego wodę z terenu zajętego przez obory fermy bydła i drobiu, oddalonym o 112 m od punktu 3; 5 – odległym o 83 m od punktu 4; 6 – zlokalizowanym powyŜej drugiego dopływu bez nazwy, do którego na odcinku o długości 231 m od punktu 5 ciek płynie przez tereny leśne; 7 – leŜącym poniŜej dopływu w odległości 10 m od punktu 6; 8 – oddalonym o 624 m od punktu 7, przy którym znajduje się okresowy dopływ prawostronny; 9 – usytuowanym przy wylocie drenarskim, w odległości 62 m od punktu 8; 10 – połoŜonym na końcu badanego odcinka, zamkniętego przelewem, w odległości 194 m od punktu 9.

Próbki wody do badań laboratoryjnych pobrano w 10 terminach w okresie od 27.12.1999 r. do 05.04.2001 r. W terenie oznaczano przewodność elektrolityczną, a w laboratorium metodami standardowymi stęŜenia składników biogennych: K+, PO4

3-, NH4

+, NO3-, NO2- [HERMANOWICZ i in. 1999]. Wyniki oznaczeń badanych składników z poszczególnych terminów badań oraz

średnie z okresu badawczego dla kaŜdego punktu poboru wody przedstawiono na rys. 2, 3 i 4, na tle klas czystości wód [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Wyniki badań

Przewodność elektrolityczna właściwa w kaŜdym punkcie poboru wody do analiz wykazywała duŜe zróŜnicowanie. W poszczególnych terminach oznaczeń osiągała wartości odpowiadające normie dla wód pierwszej do czwartej klasy czystości. Jej średnie wartości z okresu badawczego odpowiadały drugiej klasie czystości we wszystkich punktach, wskazując, Ŝe największym zanieczyszczeniem cechuje się część cieku, pomiędzy 4 i 6 punktem, tj. na odcinku dopływu zanieczyszczeń z fermy hodowli bydła. Zaczynając od punktu 7 średnia wartość tego wskaźnika maleje osiągając najniŜszą wartość w punkcie 10 (rys. 1 i 2).

K. Ostrowski i inni

126

Rys. 2. Zmiany przewodności elektrolitycznej i zawartości potasu w wodzie wzdłuŜ biegu cieku Fig. 2. The changes of EC and potassium content in the water

Analizując stęŜenia potasu w wodzie badanego cieku moŜna stwierdzić, Ŝe naj-większe wartości, podobnie jak w przypadku przewodności elektrolitycznej, osiągały pomiędzy punktami 4–6 (rys. 1, 2). Było to spowodowane odciekami gnojówki z fermy bydła (gnojówka zawiera ok. 0,8% K2O, w postaci łatwo przyswajalnej). Natomiast

Przewodność elektrolityczna / EC

0

500

1000

1500

2000

2500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Potas / Potassium K+

0

10

20

30

40

50

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-25002500

27.12.1999 12.01.2000 30.03.2000 30.05.2000 06.11.2000 18.12.2000

17.01.2001 26.02.2001 19.03.2001 05.04.2001 Średnia / Avarage

µS⋅c

m-1

m

g⋅d

m-3

odległość; distance (m)

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

klasa; class I

klasa; class II

klasa; class III

klasa; class IV

klasa; class V

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

przewodność elektrolityczna; electrolytic conductivity

potas; potassium K+

średnia; average


127

spadek stęŜenia potasu poniŜej punktu 6 wynika z pobierania go przez rośliny oraz rozcieńczania przez wody dopływające z cieków bocznych.

Rys. 3. Zmiany zawartości fosforanów i amoniaku w wodzie wzdłuŜ biegu cieku Fig. 3. The changes of phosphates and ammonia content in the water

Największe zróŜnicowanie stęŜeń fosforanów stwierdzono w górnym biegu cieku pomiędzy 1 a 4 punktem. Ze względu na ten składnik woda na tym odcinku, w posz-czególnych terminach poboru, kwalifikowała się od II do V klasy czystości. Natomiast w punkcie 10 stęŜenie fosforanów nie przekroczyło wartości normy dla IV klasy czystości wód (rys. 1, rys. 3).

Fosforany / Phosphates PO43-

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Amoniak / Ammonia NH4

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-25002500

27.12.1999 12.01.2000 30.03.2000 30.05.2000 06.11.2000 18.12.2000

17.01.2001 26.02.2001 19.03.2001 05.04.2001 Średnia / Avarage


mg⋅

dm

-3

mg⋅

dm

-3

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

fosforany; phosphates PO43-

amoniak; ammonia NH4+

klasa; class I

klasa; class II

klasa; class III

klasa; class IV

klasa; class V

klasa; class IV

klasa; class V

klasa; class II I

średnia; average

K. Ostrowski i inni

128

Rys. 4. Zmiany zawartości azotanów i azotynów w wodzie wzdłuŜ biegu cieku Fig. 4. The changes of nitrates and nitrites content in the water

Średnio najwyŜsze stęŜenie fosforanów stwierdzono w punkcie 1, niewielki spadek wystąpił pomiędzy punktami 1 i 3, a następnie wzrost w punkcie 4. Od punktu 4 aŜ do końca badanego odcinka odnotowano sukcesywny spadek średniego stęŜenia tego składnika. Największa koncentracja fosforanów w górnej części cieku moŜe być spo-wodowana dopływem ścieków z gospodarstw domowych (detergenty) lub spływami z pól uprawnych. Nieznaczny wzrost w punkcie 4 powoduje dopływ gnojowicy z fermy.

Azotany / Nitrates NO3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Azotyny / Nitrites NO2

0.0

0.3

0.5

0.8

1.0

1.3

1.5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

-25002500

27.12.1999 12.01.2000 30.03.2000 30.05.2000 06.11.2000 18.12.2000

17.01.2001 26.02.2001 19.03.2001 05.04.2001 Średnia / Avarage

mg⋅

dm

-3

mg⋅

dm

-3


10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

średnia; average

azotany; nitrates NO3-

azotyny; nitrites NO2-

klasa; class I

klasa; class II

klasa; class III

klasa; class IV

klasa; class II

klasa; class III

klasa; class IV

klasa; class V


129

Stopniowy spadek stęŜenia fosforanów na odcinku od punktu 4 do 10 świadczy o braku dopływu fosforanów z innych źródeł i zachodzącym procesie samooczyszczania wody w cieku.

Amoniak kwalifikuje wodę badanego cieku do V klasy czystości w kaŜdym punkcie. Średnio stwierdzono mniejsze stęŜenia tego składnika na odcinku od punktu 1–3, gwałtowny wzrost w punkcie 4, a następnie spadek aŜ do punktu 10 (rys. 1, 3). Przyczyny wzrostu stęŜenia NH4

+ w punkcie 4 naleŜy upatrywać w wycieku gnojowicy z fermy, natomiast jego spadek od punktu 4 do 10 wskazuje na brak innych źródeł zanieczyszczeń oraz zachodzącym procesie samooczyszczania wody.

StęŜenia azotanów nigdy nie przekroczyły wartości dopuszczalnej dla wód piątej klasy czystości, tj. 50 mg⋅dm-3 (rys. 1, 4). Najczęściej wartości NO3- odpowiadały II klasie czystości wód. Średnie stęŜenie tego składnika największą wartość, przewyŜ-szającą nieznacznie normę dla II klasy, osiągnęło w punkcie 4.

Wszystkie wartości stęŜeń azotynów przekraczają normę dla wód II klasy czys-tości (rys. 4). Analizując przebieg zmian średnich stęŜeń tego składnika obserwujemy jego wyraźne obniŜenie na odcinkach pomiędzy punktami 2–3 oraz 6–7 i znaczny wzrost od punktu 3–5. Gwałtowny spadek stęŜeń NO2- spowodowały dopływy wód z cieków bocznych, a wzrost wskazuje na źródło zanieczyszczeń, jakim jest ferma bydła. Wnioski 1. Wartości badanych cech w wodzie cieku zlewni „Wronowiec” wskazują, Ŝe jest

on zanieczyszczony. Najsilniej na pogorszenie jakości wody wpływały stęŜenia fosforanów, amoniaku i azotynów, kwalifikując ją do V klasy czystości.

2. Wahania wartości badanych wskaźników w poszczególnych punktach pomiędzy

terminami oznaczeń, wskazują na zaleŜność czystości wody w cieku od dopływa-jących zanieczyszczeń związanych z formą antropopresji.

3. Dopływy wód z cieków bocznych, których ujścia zlokalizowane są pomiędzy

punktami 2 i 3 oraz 6 i 7, poprzez rozcieńczenie stęŜeń badanych składników, przyczyniają się do niewielkiej poprawy jakości wody w cieku głównym.

4. Rozkład zmian wartości przewodności elektrolitycznej i stęŜeń biogenów na

trasie badanego odcinka cieku pozwala wydzielić dwie strefy. W górnym biegu strefę silniejszego zanieczyszczania, powstałą głównie na skutek wycieku gnojowicy z fermy bydła, natomiast na odcinku od 6 do 10 punktu strefę stopniowego oczyszczania się wody.

5. Mimo, iŜ powszechnie uwaŜa się, Ŝe proces samooczyszczania wody zachodzi w

rzekach, a zwłaszcza w górskich potokach, to ocena zmian przewodności elektrolitycznej i stęŜeń biogenów w wodzie cieku małej zlewni podgórskiej wykazała, Ŝe woda posiada naturalną zdolność samooczyszczania równieŜ w małych ciekach o stosunkowo łagodnym przepływie.

Literatura ALLAN J.D. 1998. Ekologia wód płynących. PWN, Warszawa: 451 ss.

BAJKIEWICZ -GRABOWSKA E., MIKULSKI Z. 1996. Hydrologia ogólna. PWN, Warszawa: 279 ss.

HERMANOWICZ W., DOJLIDO J., DOśAŃSKA W., KOZIOROWSKI B., ZERBE J. 1999. Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków. Arkady, Warszawa: 556 ss.


K. Ostrowski i inni

130

ROZPORZĄDZENIE 2004. Rozporządzenie Ministra Środowiska, z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz.U. z 2004 nr 32, poz. 284.

SAPEK A. 1995. Wpływ rolnictwa na jakość wody, w: Rolnictwo polskie i ochrona jakości wody. Dni polowe. IMUZ, Falenty-Przysiek: 15–35.

TRYBAŁA M. 1996. Gospodarka wodna w rolnictwie. PWRiL, Warszawa: 256 ss.

Słowa kluczowe: zlewnia, jakość wody, biogeny, przewodność elektrolityczna Streszczenie

W pracy dokonano oceny zmian przewodności elektrolitycznej i stęŜeń biogenów w wodzie cieku małej zlewni o rolniczo-hodowlanym i osadniczym uŜytkowaniu w zaleŜności od oddalenia względem źródła jej zanieczyszczania.

Badania wykonano w cieku odwadniającym małą zlewnię rolniczą „Wronowiec”, naleŜącą do zlewni rzeki Wieprzówki, lewobrzeŜnego dopływu Skawy. Oznaczenia zawartości wybranych cech fizykochemicznych wykonano w próbkach wody pobranych w 10 terminach w okresie 2 lat z 10 punktów, rozmieszczonych wzdłuŜ cieku na długości około 1,5 km. Punkty poboru wody usytuowano w miejscach prawdopodobnych źródeł zanieczyszczeń, jak równieŜ na odcinku około 1,0 km wzdłuŜ biegu cieku poniŜej miejsc zanieczyszczania. W terenie oznaczono przewodność elektrolityczną, a w laboratorium zawartości składników biogennych: K+, PO4

3-, NH4+,

NO3-, NO2-. Oznaczenia laboratoryjne wykonano metodami standardowymi. Wyniki badań wykazały, Ŝe fosforany, amoniak i azotyny najsilniej wpływały na pogorszenie jakości wody, a stęŜenia azotynów we wszystkich terminach badań nie pozwalały zaliczyć wody do pierwszej, a nawet drugiej klasy czystości. Natomiast wartości przewodności elektrolitycznej i stęŜenia azotanów w zdecydowanej większości przypadków kwalifikowały wodę do II klasy czystości. RóŜnica stęŜeń badanych składników pomiędzy górnym odcinkiem cieku a jego odcinkiem końcowym świadczy, Ŝe woda posiada naturalną zdolność samooczyszczania równieŜ w małych ciekach o stosunkowo łagodnym przepływie. CHANGES OF ELECTROLYTIC CONDUCTANCE AND BIOGENIC ELEMENT CONCENTRATIONS IN WATER ALONG THE WATERCOURSE DRAINING OF A SMALL AGRICULTURAL CATCHMENT Krzysztof Ostrowski, Agnieszka Policht, Włodzimierz Rajda, Andrzej Bogdał Department of Land Reclamation and Environmental Development, Agricultural University, Kraków Key words: catchment, water quality, biogens, electrolytic conductance Summary

The work aims at assessing the changes of electrolytic conductance and biogenic element concentrations in a small catchment of agricultural, animal breeding and settlement use depending on the distance from the source of pollution.


131

Studies were conducted on a watercourse draining Wronowiec micro catchment, which is a part of the Wieprzówka river (left side tributary of the Skawa river) catchment. Selected physico-chemical indices were assessed in water samples collected on 10 days over a two-year period from 10 sampling points distributed along the watercourse at a distance of 1.5 km. Water sampling points were localized in places of potential pollution sources and also on the stretch of 1.0 km along the watercourse below pollution sites. Electrolytic conductance was measured at the, whereas biogenic element concentrations: K+, PO4

3-, NH4+, NO3-, NO2- were assessed in a laboratory

using standard methods. The research results revealed that phosphates, ammonia and nitrites affected water quality deterioration most strongly, while nitrite concentrations on all dates of tests did not allow to classify the water either to the first or even to the second purity class. On the other hand, values of electrolytic conductance and nitrate concentrations in a majority of cases classified the water to II purity class. The diffe-rence in tested component concentrations between the upper section of the watercourse and its final section demonstrates that the water is capable of self-cleaning also in small watercourses with a relatively slow flow. Dr hab. inŜ. Krzysztof Ostrowski Dr inŜ. Agnieszka Policht, prof. AR Prof. dr inŜ. Włodzimierz Rajda Dr inŜ. Andrzej Bogdał Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja al. Mickiewicza 24/28 30-059 KRAKÓW e-mail: [email protected] e-mail: [email protected] e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 133-140 POMIAR NIEZB ĘDNYCH PARAMETRÓW OBIEKTU, UMOśLIWIAJ ĄCYCH ZASTOSOWANIE MODELI MATEMATYCZNYCH SYMULUJĄCYCH RUCH WODY GLEBOWEJ 1 Grzegorz Pęczkowski, Wiesław Szulczewski, Wojciech Orzepowski, Tomasz Kowalczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wstęp

Zastosowanie modeli matematycznych do opisu zjawisk zachodzących w zlewni wymaga do ich właściwego opracowania zaprojektowania wyposaŜenia obiektu badań we właściwą aparaturę pomiarową. Projekt wyposaŜenia zlewni w urządzenia pomiarowe powinien poprzedzać koncepcję budowy modelu. Jednym z najistotniejszych jest jego identyfikacja i parametryzacja, jako oszacowanie parametrów funkcji operatorów (funkcji we-wy). Odbywa się ono w głównej mierze na podstawie pomiarów zmierzonych czynników środowiskowych oraz na znajomości stałych charakterystyk. Zarówno dokładność pomiarów zmiennych – jako czynników hydrometeorologicznych, jak i pomiar w czasie rzeczywistym ma znaczący wpływ na jakość modelu. Celem pracy była charakterystyka zagadnień monitoringu w zlewni podgórskiej połoŜonej na zdrenowanych gruntach ornych w Sudetach Środkowych, a takŜe prezentacja wyników badań nad symulacją odpływu i poziomu wody gruntowej. Symulację przeprowadzono w warunkach utworów słabo przepuszczalnych przy pomocy modelu zbudowanego na podstawie dwuwymiarowego równania Richardsa.


1 Praca finansowana z grantu KBN 2-PO6S06326.

Rejon obiektu badań połoŜony jest na pograniczu Pogórza Bolkowsko-Wał-brzyskiego i Gór Wałbrzyskich [KONDRACKI 2002]. Obiekt badawczy (16°11’ E; 50°52’ N) stanowią grunty orne w Starych Bogaczowicach, połoŜone na wysokości 430-470 m n.p.m. Gleby obiektu leŜą na zboczu o spadkach od 5,0 do 9,2%. Całkowita powierzchnia zlewni eksperymentalnej to 15,93 ha, na które składa się 10 działów drenarskich z drenowaniem systematycznym. Odbiornikami wód drenarskich są rowy melioracyjne, które prowadzą stale, niekiedy okresowo wodę. Na obiekcie występują gleby bielicowe, najczęściej o składzie granulometrycznym glin cięŜkich i średnich [KABAŁA 2005]. Po przeprowadzeniu szczegółowego studium terenowego, właściwie rozpoznano cechy fizjograficzne obszaru badawczego. W obrębie modelowanego obszaru występowały utwory, które moŜna zaklasyfikować wg PN-R-04033 do gliny zwykłej, gliny pylastej i gliny cięŜkiej. Materiał powierzchniowy zawiera do 28%

G. Pęczkowski i inni

134

części < 0,002 mm, a warstwy głębsze od 13 do 34% części < 0,002 mm. Zawartość części szkieletowych (> 1 mm) wynosi do 31,2% w warstwach wierzchnich, w podglebiu nawet do 36,6%. Pierwotne badania prowadzone od 1990 r. skupiały się wyłącznie na pomiarach elementów hydrogeologicznych, prowadzono cyklicznie pomiary głębokości wód gruntowych i odpływów z sieci drenarskiej, dane meteorologiczne pozyskiwano z posterunku IMGW Szczawno Zdrój, połoŜonego w pobliŜu obiektu. Obecnie w ramach projektu badawczego 2-PO6S06326 – pt. „Modelowanie zasobów wodnych w zlewni górskiej”, obiekt doświadczalny wyposaŜono w aparaturę pomiarowo-rejestrującą zdarzenia hydrometeorologiczne. Pomiary prowadzone są pod kątem budowy modelu bilansowania zasobów w omawianej zlewni, uproszczony schemat blokowy jednego z takich modeli przedstawiono na rysunku poniŜej (rys. 1).

Rys. 1. Uproszczony schemat blokowy modelu Fig. 1. Simplified block diagram of the model

W bliskim sąsiedztwie obiektu zainstalowano autonomiczną stację wyposaŜoną w urządzenia do pomiaru zdarzeń meteorologicznych. System obejmuje m.in. jednostkę centralną - moduł mikroprocesorowy posiadający zegar czasu rzeczywistego,

Bank danych topograficznych i hydrologicznych

Hydrologic i topographic database

Bank danych klimatycznych Climatic database

Model matematyczny Mathematical model

+

∂∂

∂∂=

∂∂

x

hhK

xt

hhC )()( 1

−

+∂∂

∂∂

)()( 22 hKz

hhK

z

),,( hzxQ

Model ewapotranspiracji Evapotranspiration model

Model strefy aeracji i saturacji Model of aeration and saturation

zones

Model odpływu z sieci drenarskiej Model of run off from

drainage system

Rozkłady: - wilgotności - połoŜenia zwierciadła wody gruntowej - odpływów drenarskich Distribution of: - moisture - location ground water - drainage run off

Bilans odpływu z sieci drenarskiej Balance of run off

from drainage system

POMIAR NIEZBĘDNYCH PARAMETRÓW OBIEKTU ...

135

wyposaŜony w interfejsy transferu danych 1-wire oraz złącze komunikacji RS-232 z wyŜszą warstwą systemu. Jednostkę wyposaŜono w moduł ekranu dotykowego (touch screen) ułatwiającego obsługę. Bezpośrednio z jednostką centralną współpracują czujniki temperatury i wilgotności powietrza – o dokładności pomiaru odpowiednio 0,1°C i 1%, ciśnienia, prędkości i kierunku wiatru (o progu zadziałania wiatromierza 0,3 m⋅s-1). Dodatkowo stacja wyposaŜona jest w czujnik promieniowania słonecznego Kipp & Zonen SP LITE, do pomiarów promieniowania słonecznego w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni 0-2000 W⋅m-2 o czułości 100 mV⋅W⋅m-2.

NiezaleŜnie prowadzone są pomiary opadu atmosferycznego deszczomierzem samorejestrującym TPG-23 (A-STER), umoŜliwiającym pomiar wielkości i natęŜenia opadu z dokładnością pomiaru 0,1 mm.

Bezpośrednio na obiekcie zainstalowano aparaturę kontrolno-pomiarową, w szczególności: - w działach drenarskich studzienki piezometryczne do kontroli poziomu wody

gruntowej (pomiar przy pomocy sondy hydrostatycznej), - na wylotach drenarskich dokonywany jest okresowo pomiar odpływu za pomocą

koryta podstawianego (na dwóch z nich zainstalowano urządzenia do ciągłego pomiaru, gdzie elementem pomiarowym jest korytko wywrotne. Przechył naczynia powoduje podanie impulsu na urządzenie rejestrujące, w tym przypadku rejestrator firmy HOBO U 11-001 w obudowie o klasie szczelności Ip 65.

Pomiary uwilgotnienia profilu glebowego w obrębie działów drenarskich prowa-

dzono przy pomocy urządzenia TDR, wykorzystującego zjawisko reflektometrii domenowo-czasowej. Sondy pomiarowe umieszczono na stałe w jednometrowej warstwie gleby na kilku głębokościach – pomiar wykonywany jest okresowo 4-5 razy w miesiącu. Pomiar kontrolny wilgotności przeprowadzany jest przy pomocy metody grawimetrycznej, suszarkowo-wagowej.

Analizie poddano okres wegetacyjny (IV-IX) 2005 roku. Rozpatrywano wybrany pionowy przekrój przedstawiony na rysunku 2. Codzienne pomiary poziomu wody gruntowej w piezometrach 1 i 3 wykorzystano w modelu do określenia warunku brzegowego Dirichleta. Na powierzchni terenu był realizowany warunek przepływu określony na podstawie opadów atmosferycznych i parowania. Mierzono czas trwania i natęŜenie chwilowe opadów, natomiast wielkość parowania wyznaczono metodą złoŜoną Penmana-Monteith’a. Na poziomie spągu załoŜono warunek braku przepływu. Poziom zwierciadła wody w piezometrze 2 posłuŜył do badania adekwatności opracowanego modelu z rzeczywistym procesem przepływu (rys. 2).

W badaniach modelowych do rozwiązania podstawowego dwuwymiarowego równania róŜniczkowego przepływu – Richards’a (1) wykorzystano analityczny opis krzywej desorpcji (2) [DRIESSEN 1986; KOWALIK 2001].

(1)

(2) gdzie: Θs uwilgotnienie przy stanie pełnego nasycenia (cm3⋅cm-3),

),,()()()()( 221 hzxQhKz

hhK

zx

hhK

xt

hhC −

+∂∂

∂∂+

∂∂

∂∂=

∂∂

( )[ ]2lnexp)( hh s µ−Θ=Θ


136

µ parametr (cm-2), h ciśnienie ssące (cm).

Rys. 2. Przekrój pomiarowy A-A z zaznaczonymi rodzajami warunków brzegowych

realizowanych w trakcie obliczeń. _1 - realizowano warunek Neumanna, _2 - realizowano warunek Dirichleta

Fig. 2. Measure profile A-A where marked types of boundary realized during calculations.

By _1 the boundary was described where Neumann condition was realized by _2 the boundary where Dirichlet condition was realized

PrzybliŜone rozwiązanie omawianego zagadnienia otrzymano przy pomocy metody elementów skończonych (trójkątnych). W tym celu równanie (1) z warunkami początkowo-brzegowymi przetransformowano do postaci całkowej w standardowy sposób definiując równowaŜne rozpatrywanemu zagadnienie wariacyjne [ZIENKIEWICZ, TAYLOR 1994]. Uzyskany układ równań liniowych rozwiązano metodą dekompozycji.

Otrzymany model zweryfikowano na podstawie przeprowadzonej symulacji w okresie wegetacyjnym 2006 r. W celu sprawdzenie przydatności modelu do opisu, porównano obliczone modelem i pomierzone wartości poziomu wody gruntowej, uwilgotnienia profilu glebowego oraz odpływu drenarskiego. Przykładowo zaprezentowano pomierzone i obliczone modelem wartości uwilgotnienia w profilu glebowym (rys. 3).


137

Rys. 3. Rozkład opadów atmosferycznych P (mm), ewapotranspiracji E (mm⋅d-1) i uwilgotnienia

profilu glebowego W (m3⋅m-3), na czterech głębokościach w okresie IV-IX w 2005 r. na obiekcie Stare Bogaczowice

Fig. 3. Distribution of precipitation P (mm) and evapotranspiration E (mm⋅d-1) and soil

moisture W (m3⋅m-3) on four depth in the growing season 2005 at Stare Bogaczowice object

Tabela 1; Table 1


138

Zestawienie wartości miar statystycznych dla obliczonych i pomierzonych wartości połoŜenia zwierciadła wody gruntowej, odpływu drenarskiego i uwilgotnienia gleby Statistical measurements for measured and calculated values of ground water level, drainage run off and soil mosture

Miara Standard

Zakres Range

Poziom wody Water level

Wilgotność gleby; Soil moisture

Odpływ drenarski

Run off pipe drainage

S

(%)

2,21

6,27

3,5

ME

(m3⋅m-3) (0, ∞)

27

0,13

1,02

RMSE

(%) (-∞, ∞)

7,65

20,74

115,54

CD

(-) (0, ∞)

1,03

0,38

2,36

CRM

(-) (-∞, ∞)

0,013

0,09

0,22

S błąd standardowy; conventional error ME błąd maksymalny; maximum error RMSE względny średniokwadratowy błąd resztkowy; root mean squared error CD współczynnik determinacji; determination coefficient CRM współczynnik odchylenia resztkowego; residual deviation coefficient

Jako ilościowe miary zgodności (rozbieŜności) pomiędzy obliczonymi i po-mierzonymi wartościami zastosowano błąd standardowy oceny S oraz odchylenie przeciętne α, błąd maksymalny ME, względny średniokwadratowy błąd resztkowy RMSE, współczynnik determinacji CD, współczynnik odchylenia resztkowego CRM (tab. 1). Podsumowanie i wnioski

Optymalnym i docelowym rozwiązaniem jest moŜliwość stosowania modeli symulacyjnych, w których wszystkie parametry są mierzalnymi charakterystykami zlewni. Osiągnięcie takiego celu nie jest łatwe, jednak prowadzenie badań w tym kierunku jest niezbędne. Przedstawione wyniki badań z wykorzystaniem podstawowych niezbędnych parametrów do rozwiązania zadania pozwalają odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu omówiony model moŜna przybliŜyć do rzeczywistości. W świetle tych rozwaŜań nasuwają się następujące wnioski: 1. Opisany program badawczy dla obiektu Stare Bogaczowice, w którym zasto-

sowano nowoczesną aparaturę pomiarową, był podstawą do podjęcia tematów zgodnych z obecnymi trendami.

2. Prowadzone badania w zlewni doświadczalnej w Sudetach Środkowych, mogą

być wykorzystane do analizy danych środowiskowych i poznania procesów zachodzących na obiekcie.

3. Osiągnięte rezultaty potwierdzają poprawność opisu procesu przypływu wody

modelem, którego podstawą jest uogólnione równanie Richardsa, pomimo tak skomplikowanych hydrologicznie warunków; porównanie wyników obliczeń symulacyjnych z wynikami pomiarów polowych wykazało przydatność modelu do opisu zmian wilgotności profilu glebowego dla zdrenowanych gruntów ornych. Uzyskano dobrą zgodność pomiędzy pomierzonymi i obliczonymi wartościami, o czym świadczą następujące miary statystyczne: względnego błędu


139

całkowego 6,27%, błędu maksymalnego 0,13 m3⋅m-3, względnego średniokwadratowego błędu resztkowego 20,74%, współczynnika determinacji 0,38 oraz współczynnika odchylenia resztkowego 0,09.

Literatura DRIESSEN P.M. 1986. The water balance of a soil. Simulation Monograph. PUDOC, Wageningen: 76-116.

KABAŁA C. 2005. Geneza, właściwości i występowanie gleb bielicowych w zróŜnicowa-nych warunkach geologicznych Dolnego Śląska. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 519: 9-22.

KONDRACKI J. 2002. Geografia regionalna Polski. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 440 ss.

KOWALIK P. 2001. Ochrona środowiska glebowego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 113-123.

ZIENKIEWICZ O.C., TAYLOR R.L. 1994. Finite element method. 4th ed. McGraw-Hill Book Co., New York, NY: 648 ss

Słowa kluczowe: monitoring środowiska, zlewnia eksperymentalna, parametryzacja,

modelowanie Streszczenie

W pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące monitoringu zlewni górskiej w Sudetach Środkowych, a takŜe zastosowania modelu matematycznego do opisu zmian poziomu wody gruntowej, uwilgotnienia gleby i odpływu drenarskiego. Sprzęt pomiarowy przystosowany do prowadzenia rejestracji w czasie rzeczywistym zainstalowano w ramach projektu badawczego PO6S06326 – pt. „Modelowanie zasobów wodnych w zlewni górskiej”. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów przedstawiono moŜliwości monitorowania niektórych wielkości fizycznych i zastosowanie ich do budowy modelu matematycznego. Osiągnięte rezultaty po-twierdzają poprawność opisu procesu przypływu wody modelem, którego podstawą jest uogólnione równanie Richardsa, pomimo tak skomplikowanych hydrologicznie warunków; porównanie wyników obliczeń symulacyjnych z wynikami pomiarów polowych wykazało przydatność modelu do opisu zmian wilgotności gleby dla obiektu w Starych Bogaczowicach. Uzyskano dobrą zgodność pomiędzy pomierzonymi i obliczonymi wartościami, o czym świadczą wartości miar statystycznych Kilkuletnie wyniki badań i wyniki pozyskane omawianymi metodami potwierdzają duŜe znaczenie stosowania nowoczesnych technik pomiarowych w monitoringu środowiska THE STRUCTURE OF MEASUREMENT SYSTEM FOR MATHEMATICAL MODELS APPLICATION OF GROUND WATER MOVEMENTS SIMULATION


140

Grzegorz Pęczkowski, Wiesław Szulczewski, Wojciech Orzepowski, Tomasz Kowalczyk Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: environment monitoring, experimental basin, modelling, parame-

trization Summary

Paper presents issues concern the mountain watershed monitoring in the Middle Sudetes and mathematical model applied to describing the groundwater level, soil moisture and pipe drainage runoff changes. Measurement equipment adapted to carry on research in the real time was installed within the framework of research project PO6S06326 „Water resources modeling in mountain watershed”. Possibilities of monitoring of some physical values and applying them to structure of mathematical model are presented against the background of the obtained results. The results confirm the correctness of description of the water flow model, which is based on the genera-lized Richard’s equation, despite such complicated hydrological conditions. A com-parison between simulation of calculated results and field investigation results proved the usability of the model to describe the soil moisture at the Stare Bogaczowice object. High accordance with calculated and measured values was achieved, it follows from the statistical parameters. The results of several years research and results obtained in the discussed methods confirm the great importance of applying modern measurement techniques in the environmental monitoring. Dr inŜ Grzegorz Pęczkowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POST�PÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 141-148

ANALIZA PRZYDATNO�CI METODY TDR (REFLEKTOMETRII DOMENOWO-CZASOWEJ) DO POMIARU WILGOTNO�CI GLEB Z DU�� ZAWARTO�CI� FRAKCJI SZKIELETOWYCH

Grzegorz P�czkowski, Andrzej �yromski, Stanisław Kostrzewa

Instytut Kształtowania i Ochrony �rodowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wst�p

Obserwacja dynamiki wilgotno�ci gleb jest zwykle elementem bada� słu��cym okre�lonemu celowi. Kryteria, którym powinna odpowiada� zastosowana aparatura, zale�� od specyfiki bada�. Najwi�ksze wymagania stawia si� w badaniach prowadzonych na potrzeby parametryzacji o�rodka glebowego. Obecnie znanych jest wiele metod, które ogólnie mo�na podzieli� na bezpo�rednie i po�rednie, innym istotnym podziałem z punktu widzenia ingerencji w profil glebowy s� metody destruktywne (bezpo�rednie) i niedestruktywne. Spo�ród metod po�rednich najcz��ciej spotykane na �wiecie to metody oparte na pomiarach wła�ciwo�ci elektrycznych o�rodka glebowego, m.in. FDR (oparta o frekwencj� impulsu elektromagnetycznego w o�rodku), TDR (zmiana czasu trwania impulsu elektromagnetycznego w o�rodku), ADR (pomiar zmiany amplitudy generowanej fali w czasie), TDT (pomiar propagacji impulsu elektromagnetycznego). W Instytucie Kształtowania i Ochrony �rodowiska wykorzystuje si� powszechnie aparatur� pomiarow� Instytutu Agrofizyki PAN w Lublinie opart� o metod� reflektometrii domenowo-czasowej (TDR) [MALICKI 1980; MALICKI, SKIERUCHA 1989; DANE i in. 2002].

Celem pracy było porównanie wyników pomiarów przeprowadzonych metod�TDR i metod� grawimetryczn� suszarkowo-wagow�. W opracowaniu skupiono si� na glebach terenów górskich o znacznej zawarto�ci cz��ci szkieletowych.

Materiał i metody bada�

G. P�czkowski, A. yromski, S. Kostrzewa 142

Obiekt badawczy poło�ony jest w rejonie Sudetów �rodkowych obejmuj�cych �rodkow� – sudeck� nieck� tektoniczn� z szeregiem pasm górskich zró�nicowanych budow� geologiczn� i urzebieniem. W zespole geologicznym tego obszaru wyró�nia si� podłu�na strefa obni�e� z wyst�pieniami górnej kredy i otaczaj�ce j� z obu stron starsze elementy ró�norodnych serii skalnych. Stare Bogaczowice nale�� do pogórza niskiego z resztkami zrówna� cz��ciowo okrytych osadami pochodz�cymi ze zlodowace�. Gleby obiektu utworzone s� z glin stokowych i eluwialnych na wychodniach osadowych. Na obiekcie do�wiadczalnym Stare Bogaczowice wyst�puj�gleby bielicowe najcz��ciej o składzie granulometrycznym glin ci��kich i �rednich. Profile glebowe s� płytkie, si�gaj�ce od 0,8 do 1,2 m z du�� zawarto�ci� cz��ci szkieletowych, w tym tak�e kamieni od 15% do 35,7%, zalegaj�ce na rumoszu skalnym. Wła�ciwo�ci fizyczne gleb wywieraj� du�y wpływ na kształtowanie si� stosunków wodnych na danym obszarze.

Podstaw� dla szczegółowej charakterystyki gleb obiektu Stare Bogaczowice oraz analizy ich wła�ciwo�ci były badania wykonane w 6 reprezentatywnych warstwach profili glebowych wytypowanych na podstawie składu granulometrycznego i zawarto�ci frakcji szkieletowej. Wskanikiem stanu zag�szczenia utworów glebowych najcz��ciej przyjmowanym jest ich g�sto�� obj�to�ciowa, która w glebach mineralnych mo�e wynosi� 0,75–1,90 g⋅cm-3, niekiedy wi�cej. Okre�lenie g�sto�ci gleb górskich jest trudne do wykonania ze wzgl�du na du�� ilo�� cz��ci szkieletowych i kamieni, a ró�nice w otrzymanych wynikach mog� dochodzi� do 40–50%. Mimo pewnych przybli�e� mo�na stwierdzi�, �e na obiekcie Stare Bogaczowice najluniejsze s�warstwy wierzchnie, na gruntach ornych, a ich g�sto�� obj�to�ciowa wynosi od 1,37 g⋅cm-3 w dziale 2 do 1,42 g⋅cm-3. Warto�ci g�sto�ci obj�to�ciowej rosn� wraz z gł�boko�ci� profilu. Istotn� wielko�ci�, która charakteryzuje panuj�ce stosunki powietrzno-wodne w profilu glebowym jest porowato��. Zale�y ona od gł�boko�ci zalegania warstw, składu granulometrycznego, struktury, fauny i flory oraz od uprawy. Porowato�� badanych gleb w wierzchnich warstwach wynosi 45,1% obj�to�ci w dziale 1 do 46,2% i maleje wraz z gł�boko�ci� zalegania warstw.

Wyniki i dyskusja

Analizie poddano gleby o ró�nej grupie mechanicznej, które posiadały zró�nicowan� zawarto�� frakcji szkieletowej > 1 mm (tab. 2). Wyniki pomiarów uwilgotnienia z wybranych profili pomierzonych za pomoc� dwóch metod - su-szarkowo-wagowej (grawimetrycznej) oraz TDR (reflektometrii domenowo-czasowej) wykorzystano przy ustaleniu zale�no�ci korelacyjnych. Punkty pochodz�ce z pomiarów wyrównano metod� najmniejszych kwadratów. Jednocze�nie ustalono współczynniki korelacji r. W wyniku przeprowadzonych analiz przy pomocy programu Statistica otrzymano równania regresji opisuj�ce zale�no�ci obu analizowanych metod (rys. 1, tab. 1).

Tabela 1; Table 1

Równania regresji i współczynniki korelacji (r) dla analizowanych przypadków Regression equations and correlation coefficients (r) for the analysed cases

Dział Section

Grupa Series

Cz��ci; Parts > 1 mm

Równanie Equation

r

1 gl 21,4 y = 2,1342 + 0,91564*x 0,9792

ANALIZA PRZYDATNO�CI METODY TDR ... 143

2 3 9

11 12

glp gs gc gc gsp

22,8 29,6 30,2 31,1 15,0

y = 2,0518 + 0,94466*x y = 0,8020 + 0,96953*x y = 2,8872 + 0,87760*x y = 3,6247 + 0,83680*x y = 7,5236 + 0,66376*x

0,9944 0,9801 0,9899 0,9755 0,9198


W ka�dym z profili stwierdzono zale�no�� bardzo siln� (współczynnik korelacji r > 0,9), najni�sz� warto�� współczynnika r uzyskano dla gliny �redniej pylastej o zawarto�ci cz��ci > 1 mm 15,0% (r = 0,9198). Inni autorzy, porównuj�c opisane metody, uzyskali zbli�one rezultaty. Oleszczuk w badaniach otrzymał współczynnik r na poziomie 0,998 [OLESZCZUK i in. 1998]. Wyniki pomiarów przeprowadzone w dolinie Odry przez Łyczk� równolegle obiema metodami wykazały wyst�powanie du�ej zgodno�ci uzyskanych wyników pomiarów, najni�sze współczynniki korelacji uzyskano dla pomiarów w grupie gleb - glina lekka i glina lekka pylasta, jednak we wszystkich przypadkach osi�gano współczynniki korelacji o warto�ciach powy�ej 0,9 [TOPP i in. 1980; REN i in. 1999; ŁYCZKO i in. 2000] dla grup mechanicznych od piasków do glin ci��kich uzyskali współczynniki r w zakresie 0,9622-0,9664.

Wnioski

Badania wykazały, �e metoda reflektrometrii domenowo-czasowej daje podobne wyniki w porównaniu z metod� grawimetryczn�.

1. Najni�sz� warto�� współczynnika korelacji uzyskano w przypadku pomiarów dla gliny �redniej pylastej o zawarto�ci 15,0% cz��ci > 1 mm.

2. Analiza i porównanie uzyskanych wyników bada� oraz osi�ganie współczynnika korelacji r na wysokim poziomie wskazuj� na wyst�powanie zale�no�ci bardzo silnych w obu metodach.

3. Z uwagi na niedestruktywny pomiar przy u�yciu metody TDR oraz dokładno�� i szybko�� pomiaru, metoda ta w utworach o podobnych wła�ciwo�ciach mo�e znale� zastosowanie.

Literatura

DANE J.H., TOPP G.C. 2002. The soil solution phase, w: Methods of soil analysis. J.H. Dane, G.C. Topp (red.). Part 4: Physical methods, Chapter 3. Soil Science Society of Americal, Inc., Madison, WI.

ŁYCZKO W., OLSZEWSKA B., PŁYWACZYK L. 2000. Porównanie metody TDR oraz metody suszarkowo-wagowej do okre�lania uwilgotnienia ró�nych typów gleb w Dolinie Odry.Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 385, In�. �rod. XI: 111-119.

MALICKI M. 1980. Przegl�d metod pomiaru wilgotno�ci gleb i ocena ich przydatno�ci w badaniach polowych. Problemy Agrofizyki 31: 51 ss.

MALICKI M., SKIERUCHA W.M. 1989. A manually controlled TDR soil moisture meter operating with 300 ps rise-time needle pulse. Irrigation Science 10: 153-163.

OLESZCZUK R., BRANDYK T., SZATYŁOWICZ J. 1998. Analiza mo�liwo�ci zastosowania metody TDR do pomiaru uwilgotnienia w glebie torfowo-murszowej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 458: 263-274.

REN T., NOBORIO K., HORTON R. 1999. Measuring soil water content, electrical con-ductivity, and thermal properties with a thermo-time domain reflectometry probe. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:450–457.


TOPP G.C., DAVIS J.L., ANNAN A.P. 1980. Electomagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resour. Res. 16: 574–582.

Słowa kluczowe: pomiary, wilgotno�� gleby, metoda TDR, metoda suszarkowo-wagowa

Streszczenie

W pracy przedstawiono badania wykonane dla porównania wyników pomiarów uwilgotnienia gleby uzyskanych metod� TDR i metod� grawimetryczn� suszarkowo-wagow�. Badania wykonano w glebach terenów górskich o znacznej zawarto�ci cz��ci szkieletowych. W wyniku przeprowadzonych analiz przy pomocy programu Statistica stwierdzono zale�no�� bardzo siln� (współczynnik korelacji r > 0,9), najni�sz� warto��współczynnika r uzyskano dla gliny ci��kiej o zawarto�ci cz��ci > 1 mm 31,2% (r = 0,9198). Obserwowane niewielkie ró�nice w pomierzonych warto�ciach uwilgotnienia obiema metodami, których przyczyn� mogła by� zmienno�� przestrzenna wła�ciwo�ci gleby oraz zmiany g�sto�ci gleby na przestrzeni czasu, a tak�e dokładno��zastosowanego urz�dzenia pomiarowego i temperatura gleby. Z uwagi na niedestruktywno��, dokładno�� i szybko�� pomiaru przy u�yciu metody TDR, technika ta w podobnych utworach mo�e znale� zastosowanie.

ANALYSIS OF PRACTICABILITY OF TDR METHOD (TIME DOMAIN REFLECTOMETRY) FOR THE MEASUREMENT OF SOILS WITH HIGH CONTENT OF SKELETON FRACTIONS

Grzegorz P�czkowski, Andrzej �yromski, Stanisław Kostrzewa Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław

Key words: measurement, soil moisture, time domain reflectometry, versus gravimetric method

Summary

The studies were conducted to compare results of measurements of soil humidity attained due to the TDR and gravimetric methods. Sub-mountain area soils with significant content of skeleton parts were analyzed. In the result of analyses performed by Statistica program a very strong dependence was found (correlation coefficient r > 0.9) the lowest value coefficient r was attained for heavy clay with the content of parts > 1 mm 31.2% (r = 0.9198). There were observed insignificant differences between the measured values of humidity done with these two methods. The reason of these differences could be the spatial variability of properties of soil and changes of soil density in time as well as an accuracy of the used installation and soil temperature. Considering non - destructiveness, accuracy and speed of measure using the TDR method such a technique can be used in the similar formations.


Dr in�. Grzegorz P�czkowskiDr hab. in�. Andrzej �yromski, prof. UP Prof. dr hab. Stanisław KostrzewaInstytut Kształtowania i Ochrony �rodowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW

ZESZYTY PROBLEMOWE POST�PÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 149-155

SKUTECZNO�� DZIAŁANIA REGULOWANEGO ODPŁYWU W OKRESACH SUSZY HYDROLOGICZNEJ I EKSTENSYWNEJ EKSPLOATACJI OBIEKTU

Ryszard Pokładek, Krzysztof Nyc

Instytut Kształtowania i Ochrony �rodowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wst�p

Cech� klimatu polskiego jest m.in. zmienno�� warunków zasilania obszarów opadem atmosferycznym. Wyst�puj� ró�ne okresy pojawiania si� suszy i ró�ny bywa czas ich trwania [ŁAB�DZKI 2006]. Problem te� mog� stwarza� okresowe nadmiary opadów, a przy tym mo�liwo�ci wyst�powania powodzi.

Badania wpływu zjawisk hydrologicznych (równie� ekstremalnych) na gos-podark� wodn� dolin małych zlewni rzecznych [CIEPIELOWSKI 1995], prowadzone s� od 1990 r. w okolicach Wrocławia, w dolinie Odry i jej lewobrze�nego dopływu rz. Bystrzycy na obiektach Mi�kinia i Samotwór. Głównym celem tych bada� jest wykazanie, czy w sytuacji bardzo ograniczonych zasobów dyspozycyjnych, jakie do��cz�sto wyst�puj� w małych zlewniach nizinnych, istnieje mo�liwo�� wyeliminowania niedoborów wodnych ro�lin stosuj�c gospodarowanie wod� przez regulowanie odpływu z obszaru obiektu i zlewni nawet w latach �rednio suchych i suchych. Wymaga te�wyja�nienia, jakie czynniki sprzyjaj� lub nie sprzyjaj� osi�gni�ciu najbardziej korzystnego efektu takiego nawodnienia (charakter i wielko�� zlewni hydrologicznej, sposób eksploatacji obiektu).

Materiały i metody bada�

Eksperymentalne systemy melioracyjne gospodarowania wod� przez regulowanie odpływu zlokalizowano na obszarach bardzo małych zlewni hydrologicznych, w których cieki stale (obiekt Mi�kinia o pow. 720 ha) lub tylko okresowo (obiekt Samotwór o pow. 100 ha) prowadz� wod�. Obiekt Mi�kinia zasilany jest ze zlewni cieku podstawowego Zdrojek o ogólnej powierzchni 27 km2. Bilans wodny Zdrojka kontrolowany jest w dwóch przekrojach: górnym o powierzchni zlewni 22 km2 i odległym o 3 km dolnym - o powierzchni zlewni 26 km2. Na obszarze 400 ha przyrostu powierzchni zlewni Zdrojka, 160 ha jest pod bezpo�rednim wpływem oddziaływania urz�dze� pi�trz�cych. Znacznie mniejszy obiekt Samotwór o pow. zaledwie 100 ha, stanowi�cy jednocze�nie jego zlewni�, zasilany jest wył�cznie z zasobów retencji własnej. Odpływ nadmiaru wody wyst�puje tu bardzo rzadko i przewa�nie wczesn�wiosn�. Oba obiekty posiadaj� podobne warunki hydrogeologiczne.

R. Pokładek, K. Nyc 150

Wyniki bada� i analiz

Wysoko�� opadów zasilaj�cych ww. obiekty uzyskano ze stacji IMGW Wrocław - Starachowice. Ich warto�ci �rednie z 50 lat (1950-1999) dla wybranych okresów charakterystycznych przyj�to jako opady normalne, do których odnoszone s�analizowane lata 2000-2006 (tab. 1).

Na uwag� zasługuj� opady okresu wegetacyjnego. Stanowi� one przeci�tnie 91% warto�ci opadu normalnego. Okres wegetacyjny 2000-2006 (za wyj�tkiem umiarkowanie mokrego 2001 r.) mo�na uzna� za suchy i �rednio suchy. W ka�dym z analizowanych 6 lat przynajmniej przez 3-4 miesi�ce (w 2004 r. 6 m-cy) opady okresu wegetacyjnego stanowiły mniej ni� 50% (suchy) lub mniej ni� 75% (�redni suchy) opadu normalnego. Wyst�powały te� krótkoterminowe okresy wysokich opadów (ok. 150-340% opadu normalnego). Wynosiły one: w 2000 r. 179% - w maju; w 2001 r. 208% - w lipcu i 196% - we wrze�niu; w 2002 r. 159% - w sierpniu, w 2003 r. 183% - w maju; w 2005 r. 179% - w maju oraz w 2006 r. 337% - w sierpniu. Te znacz�ce nadwy�ki opadów zostały spo�ytkowane przez �rodowisko przyrodnicze w kolejnych okresach suszy atmosferycznej, nie doprowadzaj�c do istotnego spadku poziomu wód gruntowych na analizowanych obiektach.

Jak wynika z przegl�du sum opadów z lat 2000-2006 (tab. 1) w okresie we-getacyjnym (IV-IX) przeci�tnie uzyzkiwano 91% warto�ci okre�lonej jako opad normalny, przy czym w pierwszej cz��ci tego okresu (IV-VI) wskanik opadów wynosił 77%, a w czerwcu jedynie 56% warto�ci normalnej dla analizowanych obiektów Mi�kinia i Samotwór. Spostrze�enie to sugeruje o potrzebie sporz�dzania krótkookresowych bilansów wodnych szczególnie tam, gdzie brak jest mo�liwo�ci retencjonowania nadwy�ek opadowych.

Pomimo niekorzystnego rozkładu wysoko�ci opadu, na systemie melioracyjnym z mo�liwo�ci� regulowania odpływu, udawało si� znacznie zwi�kszy� mał� retencje wodn� obiektu [POKŁADEK 2004] i znacz�co zredukowa� niedobory wodne gleb w warunkach małych zmian poziomu wódy gruntowej (w zasi�gu oddziaływania pi�trze�), rys. 1.

Na obiekcie Samotwór spadek poziomu wód gruntowych oscylował w granicach 30-50 cm (GW) w zasi�gu oddziaływania zastawki oraz ok. 95 cm poza jej zasi�giem (piez. 4b). W analogicznej sytuacji zasilania opadem w Mi�kini, stabilizacja poziomu wód gruntowych w wyniku pi�trzenia była znacznie wi�ksza (do 20 cm - piez. 17), a poza zasi�giem pi�trze� wyst�pował sukcesywny spadek poziomu wód gruntowych si�gaj�cy 130 cm (piez. 28 i 33). Do roku 1997 obiekty obj�te badaniami były eksploatowane w sposób zadowalaj�cy. Po katastrofalnej powodzi na Dolnym �l�sku (w lipcu 1997 r.) zmalało zainteresowanie intensywn� produkcj� rolnicz� na tym terenie. Zmniejszyły si� te� nakłady na eksploatacj� urz�dze� melioracyjnych. Sukcesywnie zmniejszano zakres prac konserwacyjnych cieków, a od 2003 r. w Mi�kini ograniczono je wył�cznie do wa�niejszych budowli melioracji podstawowych [NYC i in. 2003]. Od tego roku na obiekcie Mi�kinia obserwuje si� nie tylko gorsze warunki przepływu w wyniku zarastania i zamulania cieków, lecz równie� zmniejsza si� zdolno�� oczyszczania wód przepływaj�cych przez system melioracyjny [NYC, POKŁADEK 2004]. Pomiary przepływów w Zdrojku z lat 2003-2006 wskazuj�, �e po zaprzestaniu jego konserwacji w 2003 przepustowo�� koryta cieku sukcesywnie ulegała zmniejszaniu. Przykładowo przy napełnieniu cieku 35 cm �rednia przepustowo�� Zdrojka wyniosła: w 2003 r. - 150, w 2004 r. - 55, w 2005 i 2006 r. 35 dm3

⋅s-1 (rys. 2).

SKUTECZNO� DZIAŁANIA REGULOWANEGO ODPŁYWU ... 151


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200 250

2006

2005

2004

2003

obiekt; object: Mi�kiniaprzekrój: odpływ z obiektuF zlewni = 26 km2

Q (dm3·s-1)

H (

cm

)

Rys. 2. Przepustowo�� koryta cieku „Zdrojek” w latach 2003-2006. Przekrój dolny (F = 26 km2) Fig. 2. The „Zdrojek” stream flow capacity in the years 2003-2006. Downstream cross-

section (F = 26 km2)

Zmniejszenie przepustowo�ci cieków w wyniku zaniedba� w zakresie ich konserwacji utrudnia racjonalne gospodarowanie zasobami wodnymi w rolnictwie, zwi�ksza bezwładno�� działania systemu melioracyjnego zarówno w procesie na-wadniania, a tak�e odwadniania obiektu. Obserwacje i pomiary zjawisk hydrolo-gicznych i glebowo-wodnych oraz oceny przebiegu zjawisk meteorologicznych wskazuj�, �e mo�na bardzo skutecznie i efektywnie gospodarowa� równie� w małych zlewniach rolniczych o znikomych dyspozycyjnych zasobach wodnych - szczególnie nara�onych na wyst�powanie suszy glebowej. Niezb�dnym warunkiem do uzyskania takiego efektu jest posiadanie urz�dze� melioracyjnych umo�liwiaj�cych regulowanie odpływem wody ze zlewni (cieki wyposa�one w odpowiednie urz�dzenia pi�trz�ce) oraz zagwarantowanie ich sprawnej obsługi eksploatacyjnej. Głównym zadaniem słu�by eksploatacyjnej jest troska o wykorzystanie ka�dej dost�pnej ilo�ci wody, której okresowy nadmiar mo�na retencjonowa� w �rodowisku (retencja: glebowa, koryt i dolin rzecznych, wód powierzchniowych i gruntowych).

Wnioski

Badania przeprowadzone na obiektach z systemem gospodarowania wod� przez regulowanie odpływu, zlokalizowanych w dolinie Odry k. Wrocławia, wykazały �e:

1. Wyst�powanie w okresie wegetacyjnym znacznej zmienno�ci opadów powo-dowało niekorzystne skutki hydrologiczne, objawiaj�ce si� zró�nicowaniem przepływów w ciekach oraz wahaniami poziomu wód gruntowych i uwilgotnienia gleb, szczególnie w warunkach naturalnej gospodarki wodnej.

2. Na obszarze obj�tym działaniem systemu gospodarowania wod� przez regu-lowanie odpływu w wyniku pi�trze�, okresowo pojawiaj�ce si� wysokie opady (cz�sto o charakterze burzowym) skutecznie wzbogacały zasoby retencji wodnej gleb łagodz�c skutki posuch klimatycznych. Szczególnym tego przykładem był rok 2006.


Literatura

CIEPIELOWSKI A. (red.) 1995. Metodyka zagospodarowania zasobów wodnych w małych zlewniach rzecznych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa: 152 ss.

ŁAB�DZKI L. 2006. Susze rolnicze. Zarys problematyki oraz metody monitorowania i klasyfikacji. Woda-�rodowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy Naukowe i Monografie 17, wyd. JMUZ, Falenty: 107 ss.

NYC K., POKŁADEK R. 2004. Rola małej retencji w kształtowaniu ilo�ci i jako�ci wód.Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu 502, Seria In�ynieria �rodowiska XIII: 343-352.

NYC K., POKŁADEK R., ZACHARA M. 2003. Wpływ eksploatacji obiektu Mi�kinia na jako��wód. Wiadomo�ci Melioracyjne i Ł�karskie 2: 70-74.

POKŁADEK R. 2004. Kształtowanie małej retencji przez regulowanie odpływu. Przegl�d Komunalny 12: 78-81.

Słowa kluczowe: zlewnia rolnicza, nawadnianie, regulowany odpływ

Streszczenie

Na eksploatowanych systemach melioracyjnych Samotwór i Mi�kinia k. Wrocławia, wyposa�onych w urz�dzenia do regulowania odpływu wód powierzch-niowych i gruntowych, prowadzone s� badania kształtowania si� zasobów małej retencji gruntowej. Stwierdzono, �e w przypadku dobrej melioracyjnej i rolniczej eksploatacji obiektów, pojawiaj�ca si� okresowo susza atmosferyczna nie powodowała wyst�powania deficytu wody glebowej. Wahania poziomów wód gruntowych nie przekraczały 30-50 cm na obiekcie Samotwór i 20 cm w Mi�kini przy korzystniejszych warunkach hydrologicznych.

CONTROLLED RUNOFF EFFECTIVENESS IN PERIODS OF DRY WEATHER AND EXTENSIVE EXPLOITATION OF THE OBJECT

Ryszard Pokładek, Krzysztof Nyc Institute for Development and Environment Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław

Key words: irrigation, drainage area, regulated outflow Summary

Soil retention resource processes are investigated on the operational land reclama-tion systems of Samotwór and Mi�kinia near Wrocław. These systems are equipped for regulation of surface and ground water outflow. The investigation showed that on meliorated fields under the suitable exploitation the soil water deficit did not occur in dry periods. Changes in groundwater depths in the Samotwór object were 30-50 cm and 20 cm in the Mi�kinia object where the hydrological conditions were more favorable.


Dr in�. Ryszard PokładekProf. dr in�. Krzysztof NycInstytut Kształtowania i Ochrony �rodowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected], e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 157-164 ZAWARTO ŚĆ AZOTU I FOSFORU W WODACH ODPŁYWAJ ĄCYCH Z MAŁYCH ZLEWNI U śYTKOWANYCH ROLNICZO Krzysztof Pulikowski, Tomasz Hus, Stanisław Kostrzewa, Julian Paluch, Grzegorz Pęczkowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Wśród wielu przyczyn pogarszania się stanu środowiska, a w szczególności wód zarówno podziemnych, jak i powierzchniowych, jest działalność rolnicza. Uprawa gleby i jej nawoŜenie w wielu przypadkach powoduje okresowe pogorszenie jakości zasobów wodnych, co jest szczególnie waŜne w odniesieniu do zbiorników stanowiących źródło wody dla celów zaopatrzenia ludności. Rolnictwo jest nieco innym źródłem zanieczyszczeń antropogenicznych niŜ gospodarka komunalna lub przemysł, zagroŜenia związane z nim występują okresowo [PULIKOWSKI 2004; PULIKOWSKI i in. 2005]. Wymaga to dość ostroŜnego podejścia przy porównywaniu go ze źródłami zanieczyszczeń, działającymi z jednakowym natęŜeniem na przestrzeni całego roku. Powszechnie panuje pogląd, Ŝe głównym czynnikiem odpowiedzialnym za ilość odprowadzanych biogenów z terenów uŜytkowanych rolniczo jest poziom nawoŜenia, jednak ta zaleŜność nie ma charakteru liniowego [AZEVEDO i in. 1997]. Materiał i metody badań

Badania składu i natęŜenia odpływu ze zlewni przeprowadzono w latach hydrologicznych 1999/2000-2001/2002 w terenie Dolnego Śląska. Jedna ze zlewni B-II jest połoŜona w miejscowości Bogaczowice w rejonie Sudetów Środkowych, a 2 pozostałe (S-II i S-III) w Szewcach na Nizinie Śląskiej na północny zachód od Wrocławia.

Badaniami objęto zlewnię rowu o łącznej powierzchni FII = 29 ha ograniczoną przekrojem B-II. Spadki terenu są bardzo duŜe i wynoszą od 52 do 84‰. Około 50% powierzchni tej zlewni zajmują pola orne odwadniane za pomocą drenowania. Na obiekcie tym występują gleby pseudobielicowe o składzie granulometrycznym glin średnich i cięŜkich z duŜą zawartością szkieletu. W okresie badań uprawiano głównie: jęczmień, pszenicę i kukurydzę.

Roczna suma opadów z wielolecia dla tego obiektu wynosi 655 mm, a średnia roczna temperatura 7,3°C. Okres badawczy przypadał na lata o opadach i temperaturach

K. Pulikowski i inni

158

wyŜszych od średnich wieloletnich. Na szczególną uwagę zasługuje rok hydrologiczny 2001/2002, w którym roczna suma opadów wyniosła aŜ 1 044 mm. Średnie roczne temperatury wynosiły odpowiednio w kolejnych latach: 8,4; 8,6 i 8,4°C.

Obiekt Szewce jest połoŜony w zlewni na wysokości 114-132 m n.p.m. Spadki terenu wynoszą od 2,5 do 4‰. Badaniami objęto dwie zlewnie: zlewnię S-II o powierzchni FS-II = 100,7 ha ograniczoną przekrojem S-II, są to grunty orne, z których prawie 40% jest odwadniane za pomocą drenowania oraz zlewnię S-III (ograniczoną przekrojem S-III) o powierzchni FS-III = 65,3 ha, obejmującą grunty orne odwadniane za pomocą rowów. Na obiekcie przewaŜają gleby brunatne o składzie granulometrycznym glin lekkich i średnich. W uprawach dominuje kukurydza i pszenica, w okresie badań uprawiano równieŜ ziemniaki i rzepak.

Roczna suma opadów z wielolecia dla tego obiektu wynosi 587 mm, a średnia roczna temperatura 8,2°C. W okresie badań występowały zróŜnicowane sumy opadów rocznych i w kolejnych latach wynosiły: 562, 714 i 586 mm. Okres ten był bardzo ciepły, średnia roczna temperatura wahała się od 9,7 do 10,0°C.

Badania polegały na ciągłym pomiarze stanów wody (limnigrafy) we wszystkich przekrojach zamykających zlewnie powyŜej umieszczonych w nich trójkątnych przelewów Thomsona. W pierwszym roku badań dokonano bezpośrednich pomiarów przepływu na kaŜdym stanowisku (25-30 pomiarów). Pomiary wykonywano metodą naczynia podstawionego, stosowano naczynia o pojemności: 10 dm3, 20 dm3 lub 30 dm3. Uzyskane wyniki pozwoliły na wyznaczenie dla kaŜdego z przelewów zaleŜności Q = f(h). Próbki wody do analiz pobierano 1-2 razy w miesiącu. Oznaczenia zawartości podstawowych form azotu (organiczny, amonowy, azotanowy i azotynowy) oraz fosforu wykonano w Laboratorium Wód i Ścieków Instytutu Kształtowania i Ochrony Środowiska Akademii Rolniczej we Wrocławiu, stosując metody zalecane przez normy PN-EN lub ISO.

Wyniki i dyskusja

Zawartość związków azotu i fosforu w wodach opływających z małych zlewni rolniczych zmienia się w szerokich granicach, równieŜ obserwuje się zmiany stęŜenia na przestrzeni roku, szczególnie w odniesieniu do azotanów [RAJDA, NATKANIEC 2001; PULIKOWSKI i in. 2005]. Średnie stęŜenie azotanów w wodach odpływających z poszczególnych zlewni róŜniło się istotnie, wyŜsze stwierdzono w zlewni podgórskiej i wynosiło ono 64,5 mg NO3⋅dm-3 (rys. 1). Ma to związek z dopływem do rowu odwadniającego duŜej ilości odcieków drenarskich z gruntów ornych, jednak w przypadku drugiego obiektu ta teza nie znajduje potwierdzenia, poniewaŜ niŜsze stęŜenie tej formy azotu stwierdzono w zlewni o znacznym udziale gruntów odwadnianych za pomocą drenowania. W tym przypadku udział wód drenarskich w całkowitym odpływie był znacznie mniejszy. Zawartość azotu ogólnego takŜe róŜniła się istotnie, poniewaŜ główną składową stanowiła forma azotanowa. Zdecydowanie niŜsze stęŜenia zarówno azotanów, jak i azotu ogólnego uzyskano w badaniach prowadzonych w zlewniach podgórskich uŜytkowanych jako pastwiska [HUS i in. 1998].

Średnie stęŜenia fosforanów róŜniły się istotnie, wyŜsze stwierdzono w zlewni odwadnianej tylko za pomocą rowów. Dla tej zlewni średnie stęŜenie wynosiło 0,31 mg P⋅dm-3 i było prawie identyczne z podawanymi w literaturze [PALUCH 1994; śMUDA i in. 2001]. Znacznie wyŜsze wartości poddaje HUS i in. [1998] dla zlewni uŜytkowanej jako pastwisko. W przypadku stęŜenia fosforu ogólnego róŜnice stęŜenia są nieistotne, wynika to z mniejszego zróŜnicowania wartości średnich, jak równieŜ duŜego przedziału ufności. ZróŜnicowanie stęŜeń moŜe wynikać ze sposobu zasilania głównego

ZAWARTOŚĆ AZOTU I FOSFORU W WODACH ODPŁYWAJĄCYCH ...

159

cieku odprowadzającego wodę ze zlewni, prawidłowo działający system drenarski zmniejsza zasilanie powierzchniowe i mimo zwiększenia odpływu poprzez doprowadzenie wód drenarskich moŜe powodować zmniejszenie stęŜenia, a w konsekwencji teŜ ładunku fosforu odpływającego ze zlewni [TURTOLA, PAAJANEN 1995].

B-II S-II S-III10

20

30

40

50

60

70

80m

g N

O3

· dm

-3

F(2;84) = 14,82; p < 0,0001

B-II S-II S-III8

10

12

14

16

18

20

22

24

mg

N ·

dm

-3

F(2;84) = 12,42; p< 0,0001

B-II S-II S-III0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

mg

PO

4 ·

dm-3

F(2;84) = 41,61; p < 0,0001

B-II S-II S-III0,12

0,16

0,20

0,24

0,28

0,32

0,36

0,40m

g P

· d

m-3

F(2;84) = 2,29; p = 0,1080

Rys. 1. Średnie, wraz z 95% przedziałami ufności, stęŜenia azotanów, fosforanów oraz azotu

i fosforu ogólnego w wodach odpływających z małych zlewni uŜytkowanych rolniczo

Fig. 1. Average with 95% interval of trust, concentration of nitrate nitrogen, phosphate and

general nitrogen and phosphorus


160

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

B-II

IXIIXI V VI VII VIII IX X

kg N

· ha -1

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

S-II


kg N

· ha -1

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

S-III


kg N

· ha -1

Rys. 2. Roczny ładunek azotu ogólnego odpływającego z małych zlewni uŜytkowanych rolniczo Fig. 2. The one year’s load of total nitrogen in the effluent waters from little agricultural

catchments

Ze względu na duŜą zmienność stęŜeń w okresie np. roku hydrologicznego, znacznie lepszym wskaźnikiem charakteryzującym odpływ związków biogennych ze zlewni jest ładunek zanieczyszczeń. Na rysunku 2 przedstawiono krzywe sumowe ładunku azotu ogólnego o dpływającego w kolejnych latach. O wielkości ładunku


161

0,00

0,50

1,00

1,50

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

B-II


kg P

· ha -1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

S-II


kg P

· ha -1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

miesiące; months

1999/2000

2000/2001

2001/2002

III IVII

S-III


kg P

· ha -1

Rys. 3. Roczny ładunek fosforu ogólnego odpływającego z małych zlewni uŜytkowanych rolniczo Fig. 3. The one year’s load of total phosphorus in the effluent waters from little agricultural

catchments głównie decyduje ilość odpływającej wody [PULIKOWSKI 2004]. W zlewniach połoŜonych w Szewcach wyraźnie widać związek wielkości ładunku z sumą opadów w kolejnych latach, która bezpośrednio przekłada się na ilość wody odpływającej ze zlewni, jedno-cześnie róŜnice pomiędzy zlewniami nie są zbyt znaczące. Ze zlewni połoŜonej na


162

Przedgórzu Sudeckim odpływało od 58,2 do 95,0 kg N⋅ha-1, są to wartości bardzo duŜe, prawie 5-krotnie większe niŜ w zlewniach połoŜonych na Nizinie Śląskiej. Stosunek sumy opadów w tych zlewniach jest zdecydowanie niŜszy, natomiast dla wskaźników odpływu jest porównywalny i wynosi 4,4-4,8. Uzyskane wielkości ładunków są zdecydowanie wyŜsze od wyników uzyskanych przez innych autorów [KOC, SOLARSKI 2006].

Analizując krzywą sumową na przestrzeni roku hydrologicznego moŜna stwierdzić, Ŝe w okresie od połowy lutego do końca marca, w okresie roztopów wiosennych, odpływa znacząca cześć ładunku rocznego. Wynika to z tego, Ŝe w tym czasie maksymalne wartości przyjmują zarówno odpływ, jak i stęŜenia [PULIKOWSKI i in. 2005]. W przypadku zlewni o charakterze rolniczym, dla większości wskaźników, nie obserwuje się zmniejszenia stęŜeń wraz ze wzrostem natęŜenia przepływu [HUS 1994; PULIKOWSKI 2002]. W tym okresie średnio odpływa ze zlewni od 28 do 50% rocznego ładunku azotu (rys. 2). Od ogólnej tendencji odbiega rok hydrologiczny 2001/2002 na obiekcie Bogaczowice, ze względu na wysoką temperaturę w miesiącach zimowych (średnia miesięczna dla lutego wynosiła 4,4°C) okres roztopowy rozpoczął się wcześniej, natomiast bardzo wysokie opady w sierpniu (348 mm) spowodowały odpływ duŜego ładunku na przełomie sierpnia i września.

Roczne ładunki fosforu są zdecydowanie mniejsze na obiekcie Szewce (rys. 3) i równieŜ o ilości odpływającego fosforu z okresie całego roku decyduje ten sam okres jak w przypadku azotu. W tym czasie odpływa średnio z badanych zlewni od 27 do 44% fosforu.

Trudno jest jednoznacznie określić wpływ sposobu uŜytkowania zlewni, rodzaju uŜytków rolnych i sposobu ich odwadniania na ilość związków azotu i fosforu odpływającego z małych zlewni. Przeprowadzone badania wskazują, Ŝe drenowanie moŜe przyczyniać się do zwiększonego odpływu azotu, jednak przy nieco mniejszym wymywaniu fosforu [TURTOLA, PAAJANEN 1995]. Jest to korzystne, poniewaŜ badania przeprowadzone na Pogórzu Sudeckim i Pojezierzu Mazurskim jednoznacznie wykazały, Ŝe ze zlewni uŜytkowanych rolniczo odpływa zdecydowanie większy ładunek fosforu niŜ ze zlewni leśnej [PALUCH 1994; KOC, SIDORUK 2005]. Takiej zaleŜności nie obserwuje się w odniesieniu do związków azotowych [PALUCH 1994]. Wnioski 1. W okresie od połowy lutego do końca marca ze zlewni uŜytkowanych rolniczo

odpływa do 28 do 50% rocznego ładunku azotu i od 27 do 44% rocznego ładunku fosforu.

2. Ze zlewni ze znacznym udziałem pól ornych odwadnianych za pomocą dre-

nowania odpływa większy ładunek azotu, decyduje o tym między innymi duŜe stęŜenie azotanów w odciekach drenarskich, jednocześnie ograniczeniu ulega spływ powierzchniowy i zmniejsza się ilość fosforu wynoszonego ze zlewni.

3. Odpływające wody ze zlewni uŜytkowanych rolniczo charakteryzują się

znacznie większym wzrostem ładunku fosforu niŜ azotu w porównaniu z od-pływami ze zlewni zalesionych.

Literatura

AZEVEDO A.S., SINGH P., KANWAR R.S., AHUJA L.R. 1997. Simulating nitrogen management effects on subsurface drainage water quality. Agricultural Systems 55: 481-501.


163

HUS S. 1994. Związek stęŜenia zanieczyszczeń wód z przepływami w małych potokach górskich. Roczn. AR w Poznaniu CCLXVIII, Melior. i InŜ. Środ. 15, Cz. I, Poznań: 93-100.

HUS S., PULIKOWSKI K., NOWACKI J. 1998. Jakość wód w niektórych małych ciekach górskich przepływających przez pastwiska na terenie Sudetów. Probl. Zagosp. Ziem Górskich 44: 87-101.

KOC J., SIDORUK M. 2005. Wpływ uŜytkowania zlewni na ładunek fosforu dopływającego do jezior z wodami powierzchniowymi. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 505: 159-167.

KOC J., SOLARSKI K. 2006. Wpływ systemów melioracyjnych na wymywanie związków azotu i fosforu ze zlewni uŜytkowanych rolniczo. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 6, z. 1(16): 195-205.

PALUCH J. 1994. Porównanie jakości wód odpływających z sąsiadujących ze sobą zlewni rolniczej i zalesionej w Kotlinie Marciszowskiej w latach 1987-1989. Instytut Badawczy Leśnictwa, Prace IBL 21/1, seria B (numer specjalny): 129-143.

PULIKOWSKI K. 2002. ZaleŜność między wartościami wskaźników zanieczyszczenia a objętością przepływu w małych ciekach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 487: 295-303.

PULIKOWSKI K. 2004. Zanieczyszczenia obszarowe w małych zlewniach rolniczych. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Ser. Rozprawy CCXI(479): 137 ss.

PULIKOWSKI K., PALUCH J., PARUCH A., KOSTRZEWA S. 2005. Okres pojawiania się ma-ksymalnych stęŜeń azotanów w wodach powierzchniowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 505: 339-346.

RAJDA W., NATKANIEC J. 2001. Jakość wody odpływającej z mikrozlewni podgórskiej o zróŜnicowanym uŜytkowaniu. Zesz. Nauk. AR w Krakowie 21(382): 33-40.

TURTOLA E., PAAJANEN A. 1995. Influence of improved subsurface on phosphorus losses and nitrogen leaching from a heavy clay soil. Agricultural Water Management 28: 295-310.

śMUDA R., SASIK J., SZEWRAŃSKI SZ. 2001. Odpływ wybranych składników materii ze zlewni rolniczej Wzgórz Trzebnickich. Zesz. Nauk. AR w Krakowie 21(382): 41-47.

Słowa kluczowe: zlewnia, woda, azot, fosfor Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań stęŜenia i ładunku azotu i fosforu w wodach odpływających z małych zlewni rolniczych w warunkach nizinnych i pod-górskich Dolnego Śląska. W okresie od połowy lutego do końca marca ze zlewni uŜytkowanych rolniczo odpływa od 28 do 50% rocznego ładunku azotu i od 27 do 44% rocznego ładunku fosforu. W zlewniach ze znacznym udziałem pól ornych odwadnianych za pomocą drenowania odpływa większy ładunek azotu, decyduje o tym między innymi duŜe stęŜenie azotanów w odciekach drenarskich, jednocześnie ograniczeniu ulega spływ powierzchniowy i zmniejsza się ilość fosforu wynoszonego ze zlewni.

CONCENTRATION OF NITROGEN AND PHOSPHORUS IN THE EFFLUENT WATERS

FROM LITTLE AGRICULTURAL CATCHMENTS


164

Krzysztof Pulikowski, Tomasz Hus, Stanisław Kostrzewa, Julian Paluch, Grzegorz Pęczkowski Institute for Development and Protection of Environment, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: catchments area, water, nitrogen, phosphorus Summary

The article presents results of research of the concentration and of the load of nitrogen and phosphorus in the effluent waters from little agricultural catchments in lowlands and foothils of Lower Silesia. From the middle February and the of March, from 28 to 50% of the year load of nitrogen and from 27 to 44% of phosphorus outflow from the agriculturally used catchments. In catchments with significant participation of arable fields drained with the drainage a higher load of nitrogen outflow as a resulting of high concentration of nitrates in the effluent waters. At the same time the surface flow is limited and the amount of phosphorus outflowing from the catchment decreases. Dr hab. inŜ. Krzysztof Pulikowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Plac Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 165-173 STĘśENIE NIEKTÓRYCH SKŁADNIKÓW BIOGENNYCH W WODZIE POTOKU PYCHOWICKIEGO Włodzimierz Rajda, Włodzimierz Kanownik, Ewa Goryl Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp

StęŜenie biogennych składników w wodach małych cieków zaleŜy między innymi od uŜytkowania i zagospodarowania zlewni. Jako główne źródło zanieczyszczenia wód na terenach wiejskich wymienia się szeroko rozumianą działal-ność rolniczą i osadnictwo wiejskie [BAUMANN 1989; RAJDA, NATKANIEC 2001; PIJANOWSKI, KANOWNIK 2002; RAJDA i in. 2002], a na terenach miejskich czynniki związane z urbanizacją [INGLOT i in. 2006; RAJDA, KANOWNIK 2005, 2006], przemysłem i transportem. Problem czystości wód małych cieków staje się waŜny nie tylko ze względu na obligatoryjną Dyrektywę 2000/60/WE Unii Europejskiej, ale takŜe z powodu rozpoczętej w naszym kraju realizacji programu „małej retencji”, w ramach którego na licznych ciekach, na których nie prowadzi się badań monitoringowych, planowana jest budowa zbiorników wodnych mających poprawić stan lokalnych zasobów wodnych. W tym kontekście nie bez znaczenia moŜe być potencjalna skłonność do eutrofizacji wody mającej zasilać zbiorniki wodne.

Do przedsięwzięć podejmowanych w ramach Małopolskiego Programu Małej Retencji naleŜy, między innymi, budowa przeciwpowodziowego zbiornika w zlewni cieku o nazwie Jaz (potocznie nazywany Pychowicki) w peryferyjnej dzielnicy Krakowa. Przedstawione wyniki badań mogą być wykorzystane w decyzjach lokalizacyjnych oraz w decyzjach administracyjnych związanych z planowaniem gospodarki wodno-ściekowej na terenie zlewni planowanego zbiornika.


Zlewnia potoku znajduje się w Dzielnicy VIII. Dębniki na prawym brzegu Wisły w południowo-zachodniej części Krakowa. LeŜy ona na obszarze mezoregionu „Pomost Krakowski”. Całkowita powierzchnia zlewni potoku wynosi 5,44 km2. Pod względem spadków podłuŜnych, warunków hydrogeologicznych, a zwłaszcza zagospodarowania terenu, zlewnia jest zróŜnicowana (rys. 1). Górna jej część, na terenie Kobierzyna oraz osiedli Skotniki i Mochnaniec, a takŜe część dolna na terenie Pychowic, są w znacznym stopniu zurbanizowane. Osiedla te były częściowo skanalizowane. Do roku 2005, w którym prowadzono badania, część posesji nie została jeszcze podłączona do sieci kanalizacyjnej, mimo Ŝe oczyszczalnia ścieków w Skotnikach działa od 1999 roku. Część środkową zlewni stanowią w większości nieuŜytkowane tereny zielone. Stan

W. Rajda, W. Kanownik, E. Goryl

166

zagospodarowania powierzchni zlewni w ostatnich latach ulegał zmianie. Powstają tu nowe osiedla mieszkaniowe, w trakcie realizacji są obiekty Campusu Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Znaczne spadki podłuŜne potoku po przejściu przez przepust w ul. Skotnickiej wyraźnie maleją. Tereny, na których przewiduje się utworzenie suchego zbiornika przeciwpowodziowego, są w duŜej mierze podmokłe; występują tu miejsca zabagnione, torfowiska, a nawet oczka wodne. Stanowią one korzystne naturalne warunki lokalizacji zbiornika retencyjnego wód opadowych ze zlewni. Zbiornik ten ma chronić niŜej połoŜony, intensywniej zagospodarowany teren zlewni, gdzie w czasie wysokich stanów wody w Wiśle przy zamkniętej śluzie wałowej tworzą się rozlewiska wskutek braku odpływu.

Próbki wody do badań pobierano z pięciu punktów pomiarowo-kontrolnych zlokalizowanych wzdłuŜ biegu cieku (rys. 1), w pięciu terminach w okresie od lipca do listopada 2005 r. Standardowymi metodami oznaczono w nich stęŜenia amonowej formy azotu (NH4

+), azotanów (NO3-), azotynów (NO2-) oraz fosforanów (PO43-).

Oznaczenia wykonano na analizatorze przepływowym FIAstar 5000. Klasy czystości wody dla tego okresu ustalono w oparciu o 5-stopniową skalę, zgodnie z zasadami ustalonymi w Rozporządzeniu Ministra Ochrony Środowiska z 2004 roku [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Analiza wyników

Losowo wybrane terminy oznaczeń nie wpływały na stęŜenia składników biogennych (tab. 1), czynnik czasu nie jest bowiem sam w sobie obiektywną przyczyną, która mogłaby spowodować wyraźne trendy w kształtowaniu jakości wody. Jedyny wyjątek stanowią wyniki oznaczeń w punkcie kontrolnym nr 3 w dniu 28 września. Próbę wyjaśnienia tego zdarzenia podano w dalszej części pracy przy szczegółowym analizowaniu jakości wody. Natomiast bardzo wyraźne zmiany występowały w zaleŜności od lokalizacji punktów pomiarowo-kontrolnych. MoŜna to uzasadnić oddziaływaniem otoczenia cieku, a takŜe czasem niezbędnym do biochemicznego procesu samooczyszczania wody, który mógł przebiegać podczas przepływu wody między poszczególnymi punktami na trasie cieku.

W 1. punkcie pomiarowo-kontrolnym, zlokalizowanym bezpośrednio poniŜej osiedlowej zabudowy w miejscowości Skotniki, średnie stęŜenia wszystkich badanych składników były relatywnie wysokie (rys. 1), a woda miała zdecydowanie złą jakość (tab. 1). StęŜenie PO4

3- w czterech na pięć terminów oznaczeń kwalifikowało wodę w tym punkcie do klasy V (zła jakość), czyniąc ją nieprzydatną do celów utylitarnych. Tylko w jednym terminie (24 XI 2005), ze względu na stęŜenie fosforanów, moŜna ją było zaliczyć do wód niezadowalających (klasa IV). StęŜenia amonowej formy azotu (NH4

+) w punkcie 1. tylko w jednym terminie oznaczeń kwalifikowały wodę do klasy V. W dwu terminach moŜna ją było zaliczyć do klasy III, a w dwu innych odpowiednio do klasy IV lub I (tab. 1). Podobne wyniki klasyfikacji uzyskano ze względu na stęŜenia azotynów (NO2-). W jednym terminie ich stęŜenie odpowiadało klasie V, w innym klasie IV, a trzykrotnie klasie III. Na kolejnym etapie utlenienia azotu (do postaci azo-tanów NO3-), stęŜenia tego związku w dwu terminach oznaczania kwalifikowały wodę odpowiednio do klasy III lub II i raz do klasy I (tab. 1). Na jakość wody w 1. punkcie oddziaływały głównie i najsilniej fosforany, następnie w równym mniej więcej stopniu amonowa i azotynowa forma azotu, a w stopniu najmniejszym jego forma azotanowa. Wysokie i bardzo wysokie stęŜenia niektórych składników w punkcie nr 1 pojawiały się w większości terminów oznaczeń. Oznacza to, Ŝe składniki te, zwłaszcza fosforany

STĘśENIE NIEKTÓRYCH SKŁADNIKÓW BIOGENNYCH ...

167

powodujące degradację wody, działały w tym punkcie permanentnie.

Rys. 1. Zagospodarowanie zlewni, rozmieszczenie punktów pomiarowo-kontrolnych i średnie

wartości niektórych składników biogennych w wodzie potoku Pychowickiego Fig. 1. Catchment management, locations of measuring-control points and mean values of

some nutrients concentrations in the Pychowicki stream water Tabela 1; Table 1 Wskaźniki zanieczyszczeń oraz klasy czystości wody w potoku Pychowickim w poszczególnych terminach i punktach pomiarowo-kontrolnych Pollution indices and water purity classes in the Pychowicki stream on individual dates and measuring-control points


168

Nr punktu No. of point

Data pomiaru Measurement date

StęŜenie (mg⋅dm-3) Concentration (mg⋅dm-3)

Klasa czystości Water purity

class

PO4

3-

NH4+

NO2-

NO3-

1

2005VII 05

1,47

2,54

1,65

19

V

2005 VII 20

1,25

1,70

0,99

19

V

2005 IX 28

1,69

9,73

0,23

5

V

2005 X 27

1,54

0,43

0,44

14

V

2005 XI 24

0,98

1,14

0,29

7

IV

2

2005 VII 05

1,34

0,27

0,17

19

V

2005 VII 20

1,46

0,05

0,07

15

V

2005 IX 28

1,84

0,00

0,16

21

V

2005 X 27

1,74

0,10

0,09

16

V

2005 XI 24

0,96

0,07

0,04

7

IV

3

2005 VII 05

0,07

0,40

0,05

6

II

2005 VII 20

0,27

0,02

0,07

7

II

2005 IX 28

2,27

2,79

1,23

20

V

2005 X 27

0,36

0,06

0,03

7

II

2005 XI 24

0,29

0,20

0,06

5

II

4

2005 VII 05

0,31

0,09

0,05

5

II

2005 VII 20

0,25

0,00

0,06

7

II

2005 IX 28

0,17

0,00

0,06

7

II

2005 X 27

0,34

0,03

0,04

7

II

2005 XI 24

0,25

0,00

0,06

5

II

5

2005 VII 05

0,55

0,00

0,19

4

III

2005 VII 20

0,35

0,80

0,11

7

III

2005 IX 28

0,08

0,00

0,03

6

II

2005 X 27

0,43

0,43

0,16

7

III

2005 XI 24

0,57

0,00

0,07

4

III

Drugi punkt kontrolny był oddalony od pierwszego o około 1,0 km i znajdował

się wśród łąk i zadrzewień. TakŜe w tym punkcie jakość wody była zła, głównie z powodu nadmiernego stęŜenia fosforanów. StęŜenie NH4

+ i NO2- w tym punkcie kształtowało się inaczej niŜ stęŜenie fosforanów. Jego wartości obniŜyły się wyraźnie w porównaniu z punktem 1., przy tym stęŜenie NH4

+ nie przekraczało wartości granicznej dla wód I klasy czystości. W czterech terminach było ono nawet mniejsze lub równe 0,1 mg⋅dm-3, a w jednym nie stwierdzono jego występowania (tab. 1). MoŜna przypuszczać, Ŝe juŜ w tym punkcie było to efektem przejścia formy amonowej na wyŜszy poziom utlenienia, a takŜe efektem wykorzystania tego składnika przez organizmy Ŝywe. Z tego samego zapewne powodu w punkcie 2. zmniejszyły się stęŜenia azotynów, a stęŜenia azotanów utrzymywały się na mniej więcej tym samym poziomie co w punkcie 1. (rys. 1). Pod względem wartości stęŜeń azotynów i azotanów jakość wody w punkcie 2. moŜna określić jako dobrą i zadowalającą (klasa II i III). JednakŜe generalnie, uwzględ-niając wszystkie badane składniki, jakość wody takŜe i w tym punkcie naleŜy ocenić jako złą, poniewaŜ, podobnie jak w punkcie 1., w czterech na pięć terminów poboru prób, składnikiem decydującym o niskiej klasie były fosforany.


169

Widoczną poprawę stanu czystości wody, zwłaszcza pod względem stęŜenia fosforanów i azotanów, obserwowano dopiero w punkcie nr 3 (tab. 1) usytuowanym, podobnie jak punkt 2 wśród łąk i zadrzewień. Zastanawiające są jednak wyniki oznaczeń z dnia 28 września. Wtedy bowiem stęŜenia PO4

+ i NO2- kwalifikowały wodę do V klasy, stęŜenia NH4

+ – do klasy IV, natomiast NO3- – do klasy III. Przyczynę tego trudno wyjaśnić; najprawdopodobniej w dniu tym wystąpiło zanieczyszczenie punktowe, zwłaszcza Ŝe zbadane w tym samym dniu wartości stęŜeń NH4

+ i NO2- w połoŜonym wyŜej punkcie nr 2 były mniejsze. Poza tym, w pozostałych dniach kontroli jakość wody w punkcie 3., oceniana pod względem stęŜenia innych badanych składników, była bardzo dobrej lub dobrej jakości (tab. 1).

Punkt 4. obrano bezpośrednio powyŜej ujścia cieku bocznego do potoku monitorowanego (rys. 1). Po przepłynięciu odcinka o długości około 0,36 km od punktu 3., w punkcie tym jakość wody, dzięki procesowi samooczyszczania, była we wszystkich terminach i pod względem wszystkich badanych składników co najmniej dobra (klasa II), a pod względem stęŜenia NH4

+ nawet bardzo dobra (tab. 1). W dolnym biegu cieku, na liczącym około 420 m odcinku między punktem 4.

a 5., jakość wody uległa ponownie pogorszeniu. Ciek płynie tu przez teren zabudowany domami jednorodzinnymi. Jego koryto jest uregulowane, a dno i skarpy są umocnione aŜurowymi płytami betonowymi. Jakość wody w tym przekroju była juŜ tylko zadowalająca. Przyczyną mogły być widoczne po obu stronach potoku na tym odcinku, ujścia kilku rurociągów odprowadzających ścieki z pobliskich posesji. Wskutek tego w trzech terminach pomiaru stęŜenia fosforanów i azotynów zwiększyły się do wartości odpowiadających klasie III, to znaczy tylko o jedną klasę w stosunku do punktu połoŜonego wyŜej. Nie stwierdzono więc powrotu do stanu obserwowanego w początkowym biegu potoku (punkty nr 1 i 2). Jakość wody pogorszyła się tu zapewne na skutek zwiększonej antropopresji (zabudowa). Dyskusja

Przedstawione wyniki dowodzą oddziaływania terenu zabudowanego oraz zaniedbań gospodarki wodno-ściekowej osiedla na jakość wody badanego potoku. Na terenach osadniczych wzrasta stęŜenie PO4

3-, NH4+, NO2-. Podobne spostrzeŜenia

poczyniono w przypadku cieku Drwinka na terenie południowo-wschodnich dzielnic Krakowa. RównieŜ w tym przypadku badania wykazały złą jakość wody na całej długości tego cieku, a jej dyskwalifikację spowodowały podobnie wysokie stęŜenia związków biogennych [RAJDA, KANOWNIK 2006]. Podstawowymi źródłami zanieczyszczenia Drwinki były nieszczelne szamba zlokalizowane w nieskanalizowanej części zlewni. Nieco odmienne warunki w zlewni potoku Pychowickim lokalnie sprzyjały jednak procesowi samooczyszczania. Złej jakości woda wypływająca z terenu zabudowanego, po przepłynięciu na odcinku około 2,6 km przez silnie porośnięte tereny zielone uległa w punkcie pomiarowo-kontrolnym nr 4 oczyszczeniu i pod względem stęŜenia biogenów moŜna ją zaliczyć do wód II klasy jakości.

Dwuletnie badania cech jakościowych wody przeprowadzone na potoku Wieprzówka przepływającym przez miasto Andrychów wykazały [OSTROWSKI i in. 2005], Ŝe mimo czynnej w tym mieście oczyszczalni ścieków, stęŜenie fosforanów w przekroju poniŜej miasta było 16 razy większe niŜ powyŜej miasta, zaś średnie stęŜenie azotu w formie amonowej było analogicznie 1,8 razy, a azotanów 1,6 razy większe niŜ przed miastem. W tym przypadku, przy podobnej tendencji zmian jakości wody, róŜnica w porównaniu do naszych badań polega na usytuowaniu terenu zanieczyszczającego. Miasto będące głównym źródłem zanieczyszczenia jest zlokalizowane w środkowym


170

biegu rzeki, natomiast w przypadku potoku Pychowickiego osiedla Kobierzyn, Skotniki i Mochnaniec są usytuowane w górnej, źródłowej części zlewni.

Negatywny wpływ nieskanalizowanych osiedli Wrocławia na stęŜenia badanych składników biogennych wykazały takŜe badania przeprowadzone przez INGLOTA i in. [2006] na cieku Kasina i Ryńki. Stwierdzony przez tych autorów największy wzrost średniego stęŜenia amoniaku pod wpływem terenów zurbanizowanych wynosił prawie 500%.

ZABŁOCKI i in. [1996] prowadząc badania na cieku Wełtyka zanieczyszczanego ściekami bytowymi i gospodarczymi odpływającymi między innymi ze wsi Wełtyń o nieuregulowanej gospodarce ściekowej i powodującymi znaczący wzrost stęŜeń fosforanów, amoniaku i azotynów, zaobserwowali istotny, korzystny wpływ na jakość wody sorpcji biologicznej. Stwierdzili oni, Ŝe roślinność szuwarowa i ruderalna znacznie zmniejszały stęŜenie wszystkich badanych składników. W półroczu letnim sorpcji ulegały zwłaszcza składniki biogenne, których stęŜenie w tym okresie było o 60-80% mniejsze niŜ w półroczu zimowym. Nasze badania, pomimo Ŝe prowadzono je w sezonie letnio-jesiennym, częściowo potwierdzają prawidłowość spostrzeŜeń tych autorów.

Badania prowadzone w zlewni Gowienicy wykazały [DURKOWSKI i in. 2001], Ŝe zbiorowiska roślinne występujące w cieku spełniają waŜną rolę sanitarną, a takŜe rolę biochemicznego filtra sezonowo oczyszczającego wodę. Największe zmiany stęŜeń biogenów w cieku badanym przez tych autorów odnotowano na odcinku środkowym o największym udziale roślinności w strefie wodnej.

Na pozytywne zmiany stęŜeń składników biogennych z biegiem cieku mają równieŜ zbiorniki wodne dzięki kumulacji fosforu i azotanów w biomasie roślin i zwierząt wodnych, a takŜe w osadach dennych [ZBIERSKA, ŁAWNICZAK 2001].

Niniejsze badania dowodzą, Ŝe degradacja wody występuje na terenie zabu-dowanym o nieuporządkowanej gospodarce ściekowej, a poprawa jej jakości następuje na terenie, gdzie antropopresja nie ma istotnego znaczenia. Podobną prawidłowość stwierdzili RAJDA i NATKANIEC [2001], badając w latach 1998-1999 jakość wód odpływających z dwu małych zlewni, rolniczej i osadniczo-rolniczej we wsi Wieprz koło Andrychowa. W badaniach tych stwierdzono, Ŝe rozproszone osadnictwo wiejskie o nieuporządkowanym odprowadzaniu ścieków wpłynęło istotnie na pogorszenie jakości wody odpływającej w stosunku do zlewni o wyłącznie rolniczym uŜytkowaniu, zwłaszcza pod względem zawartości biogenów. Na negatywny wpływ wiejskich terenów osiedlowych wskazują teŜ wyniki sześcioletnich badań prowadzonych w terenach górskich [PIJANOWSKI, KANOWNIK 2002]. W badaniach tych stwierdzono, Ŝe w wodach cieku przepływającego przez wieś Trybsz stęŜenie fosforanów wzrosło prawie 4,5-krotnie, chlorków 3,5-krotnie, a potasu i Ŝelaza 2-krotnie w stosunku do wartości oznaczonych w tym samym cieku powyŜej terenu o wiejskiej zabudowie.

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań moŜna stwierdzić, Ŝe: 1. Silne antropogeniczne oddziaływanie osiedlowej części zlewni wpływa nega-

tywnie na jakość wody potoku; dotyczy to przede wszystkim stęŜeń fosforanów, amonowej formy azotu i azotynów.

2. Ze względu na stęŜenia większości badanych składników biogennych,

w punktach pomiarowo-kontrolnych zlokalizowanych poniŜej terenów osad-


171

niczych, woda badanego potoku kwalifikowała się do V i IV klasy jakości. 3. Po przepłynięciu przez nieuŜytkowany teren silnie porośnięty roślinnością, na

skutek bioakumulacji składników biogennych, nastąpiła znaczna poprawa jakości wody pozwalająca, za wyjątkiem jednego terminu pomiaru, na zaliczenie jej do klasy II.

4. Uzyskane wyniki wskazują, Ŝe przy obecnym stanie gospodarki wodno-ściekowej

w połoŜonej powyŜej planowanego zbiornika miejscowości Skotniki, zbiornik ten byłby zagroŜony dopływem wody o duŜym stęŜeniu składników biogennych.

Literatura BAUMANN H. 1989. Studie zur Belastung eines kleinen Wasserlaufes in landwirtschaftlich genutzter Landschaft. Zeitschr. f. Kulturtechnik und Landentwicklung, 30 Berlin u. Hamburg: 21-27.

DURKOWSKI T., SOBIERAJ R., WESOŁOWSKI P. 2001. Badania związków biogennych w małej rzece na przykładzie Gowienicy. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 1, 2(2): 137-152.

INGLOT A., OLSZOWY M., PULIKOWSKI K. 2006. Wpływ nieskanalizowanych osiedli Wrocławia na jakość wody w Kasinie i Ryńce. Gosp. Wod. 4: 144-148.

OSTROWSKI K., RAJDA W., BOGDAŁ A., POLICHT A. 2005. Wpływ zabudowy miejskiej na jakość wody w potoku podgórskim. Zesz. Nauk. AR w Krakowie. 420, InŜ. Środ. 26: 21-29.

PIJANOWSKI Z., KANOWNIK W. 2002. Wpływ wiejskich obszarów zabudowanych na zawartość substancji chemicznych w wodach Trybskiej Rzeki (Spisz Polski). Zesz. Nauk. AR w Krakowie 393, InŜynieria Środowiska 23: 43-51.

RAJDA W., KANOWNIK W. 2005. Wpływ czynników antropogenicznych na jakość wody potoku na terenie podmiejskim i zurbanizowanym. Wiad. Mel. i Łąk. 4(407): 176-180.

RAJDA W., KANOWNIK W. 2006. Cechy fizyko-chemiczne i źródła zanieczyszczeń wody potoku na terenie zurbanizowanym. Rocz. Glebozn. LVII(1/2): 164-170.

RAJDA W., NATKANIEC J. 2001. The impact of select forms of antropopresion on quality of surface waters. Ann. Warsaw Agricult. Univ. – SGGW, Land Reclam. 31: 65-74.

RAJDA W., NATKANIEC J., BOGDAŁ A. 2002. Jakość wody opadowej i odpływającej ze zurbanizowanej mikrozlewni podmiejskiej o zróŜnicowanym uŜytkowaniu. Acta Sci. Pol., Form. Circ. 1-2(1-2): 49-60.

ROZPORZĄDZENIE 2004. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 roku, w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. z 2004 r. Nr 32, poz. 284.

ZABŁOCKI Z., PIEŃKOWSKI P., KUPIEC M. 1996. ZróŜnicowanie składu chemicznego wód cieku Wełtynka. Zesz. Nauk. AR w Szczecinie 173, Rolnictwo 63: 43-49.

ZBIERSKA J., ŁAWNICZAK A. 2001. Ocena jakości wody w rzece Samicy Stęszewskiej i źródeł zanieczyszczeń w jej zlewni w latach 1999-2000. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 476: 527-535.


172

Słowa kluczowe: składniki biogenne, jakość wody, potok, antropopresja

Streszczenie

W wodzie potoku Pychowickiego o powierzchni zlewni 5,44 km2, w górnej i dolnej części zagospodarowanej osadniczo, a w części środkowej nieuŜytkowanej, podmokłej i porośniętej bujną roślinnością i częściowo zajętej pod ekstensywne uŜytki zielone, oznaczono standardowymi metodami, w pięciu punktach pomiarowo-kontrolnych i pięciu terminach, stęŜenia NH4

+, NO3-, NO2- i PO43-. Dokonano oceny

zagroŜenia eutrofizacją wody zbiornika przeciwpowodziowego, projektowanego na terenie zlewni w ramach programu małej retencji. W wyniku badań nie stwierdzono wyraźnego związku pomiędzy stęŜeniem badanych składników a losowo wybranymi terminami oznaczeń. Natomiast wyraźne róŜnice stęŜeń odnotowano pomiędzy punktami kontrolnymi, gdzie na stan czystości wody oddziaływały antropogeniczne czynniki otoczenia. Na terenach osadniczych i bezpośrednio poniŜej woda potoku kwalifikowała się do V i IV klasy czystości, a po przepłynięciu przez ekstensywnie wykorzystywaną i częściowo nieuŜytkowaną część doliny, wskaźniki te kwalifikowały wodę do klasy II. Stwierdzona poprawa była skutkiem bioakumulacji rozpuszczonych składników biogennych. W dolnej, zabudowanej domami jednorodzinnymi, części zlewni ponownie wystąpiło obniŜenie czystości wody do klasy III. Wyniki badań mogą być przydatne przy wyborze lokalizacji zbiornika oraz w decyzjach dotyczących zagospodarowania jego zlewni. CONCENTRATION OF SOME NUTRIENTS IN THE PYCHOWICKI STREAM Włodzimierz Rajda, Włodzimierz Kanownik, Ewa Goryl Department of Land Reclamation and Environment Development, Agricultural University, Kraków Key words: nutrients, water quality, stream, anthropopressure

Summary

Concentrations of NH4+, NO3-, NO2- and PO4

3- were assessed in the Pychowicki stream water, using standard methods, at 5 measuring-control points and on 5 dates. The stream catchment area is 5.44 km2, in its upper and lower part managed for settlements, whereas the middle part is partly disused, waterlogged and covered with exuberant vegetation, only in some parts used for extensive grassland farming. The investigations aimed at an estimation of possible eutrophication hazard for a flood control reservoir designed for the catchment area in the frame of a small retention programme. The research did not reveal an apparent connection between the concentrations of the analyzed components and randomly chosen dates of their determining. On the other hand, clear differences in concentrations were registered between control points depending on anthropogenic factors of the environment. In the settled areas and immediately below them the stream water could be classified to V and VI water purity classes, whereas after flowing through extensively used and partly unused valley part, these factors classified water to II class. The notable improvement resulted from bio-accumulation of solved biogenic constituents. In the lower part of the catchment, built-


173

up with family houses water quality deteriorated again to III class. The results of analyses may be useful while choosing the localization for the reservoir and for making decisions on its catchment management. Prof. dr hab. inŜ. Włodzimierz Rajda Dr inŜ. Włodzimierz Kanownik Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja Al. Mickiewicza 24-28 30-059 KRAKÓW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 175-181 MATEMATYCZNY MODEL PROCESU NAWODNIENIA KROPLOWEGO Tadeusz Reinhard, Andrzej Reinhard, Krzysztof Nyc Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

W miarę postępu cywilizacyjnego, a szczególnie w ostatnim czasie, zwraca się coraz większą uwagę na potrzebę racjonalnego korzystania z wody. Stosowanie mikr-onawodnień naleŜy do działań, które zapewniają moŜliwość skutecznej ingerencji w układ gleba-roślina-atmosfera, są teŜ wodo- i energooszczędne. W skład tego typu rozwiązań wchodzą takŜe systemy nawodnień kroplowych. ZuŜycie wody i energii przy nawodnieniach kroplowych wymaga weryfikacji i stałego udoskonalania sposobu podawania wody. Ma to szczególne uzasadnienie na uprawach sadowniczych, gdzie system korzeniowy drzew moŜe kształtować obieg wody w profilu glebowym. Pojawia się problem nie tylko wysokości optymalnej dawki polewowej, lecz równieŜ ilości i rozmieszczenia stanowisk zwilŜania [JEZNACH 1996]. Do rozwiązania tego zagadnienia, niezaleŜnie od badań empirycznych, wykorzystano matematyczne modele procesu nawadniania systemem kroplowym. Materiał i metody badań

Zastosowany w pracy model matematyczny umoŜliwia symulację ruchu wody (przepływu wody w glebie), który wywołany jest działaniem emitera kropel. W modelu uwzględniono moŜliwość wprowadzenia róŜnych rodzajów gleb, opadów atmosferycznych, poboru wody przez korzenie rośliny oraz róŜnych warunków panujących w badanej przestrzeni gleby i na jej brzegach.

Model matematyczny, opisujący nawodnienia kroplowe, został opracowany na podstawie równania Richardsa, które moŜna zapisać następująco [FEDDES i in. 1978]:

S] K(h) []y

[K(h)y

]x

[K(h)x

C(h) +∂∂⋅

∂∂+

∂∂⋅

∂∂+

∂∂⋅

∂∂=

∂∂⋅

zzt

φφφφ (1)

gdzie: K przewodność hydrauliczna (cm d-1), h wysokość ciśnienia (ciśnienie ssące wody glebowej), (cm) H2O, φ = h+z całkowita wysokość ciśnienia (cm) H2O,

T. Reinhard, A. Reinhard, K. Nyc

176

MATEMATYCZNY MODEL PROCESU NAWODNIENIA KROPLOWEGO

177


178


179

Rys. 2. Rozkład wilgotności gleby zwilŜanej przez: a – 1 emiter, b – 4 emitery (% obj.) Fig. 2. Distribution of soil moisture irrigated by: a - 1 emitter, b - 4 emitters (% vol.)


180

Przy nawodnieniu kroplowym drzew zastosowanym na glebach przepuszczalnych mogą wystąpić znaczne straty wody wynikające z grawitacyjnego jej odpływu w głąb profilu glebowego. Aby zwiększyć efektywność wykorzystania wody moŜna zastosować w miejsce jednego np. cztery emitery kroplujące wokół rośliny. W prezentowanym przykładzie załoŜono brak opadów i ewapotranspiracji. Na rysunku 2a przedstawiono rozkład wilgotności gleby w przestrzeni nawadnianej jednym emiterem umieszczonym w środku obszaru, a na rysunku 2b alternatywnie stosując cztery emitery podające tę samą łączną pojedynczą dawkę nawodnieniową 24 dm3. ZałoŜono, Ŝe wymiary elementów (ilość elementów 7×7×7 = 343) badanej przestrzeni wynoszą 20×20×20 cm (rys. 2a i 2b), która wypełniona jest glebą przepuszczalną o początkowej wilgotności wynoszącej 15% obj. Wnioski 1. Badania modelowe pomagają precyzyjnie rozwiązać problem dotyczący sposobu

podawania wody w systemie nawodnień kroplowych. Stosowanie pojedynczego emitera kropel nie gwarantowało optymalnego rozkładu uwilgotnienia gleby (występował odpływ wody poza zasięg systemu korzeniowego rośliny).

2. Zwiększenie ilości emiterów do czterech z zastosowaniem tej samej sumarycznej

dawki polewowej 24 dm3 na roślinę powodowało poszerzenie frontu zwilŜania o 20% w kierunku poziomym i spłycenie jego zasięgu o 40%, utworzyły się znacznie korzystniejsze warunki do zwiększenia efektywności wykorzystania wody.

Literatura JEZNACH J. 1996. Analiza funkcjonowania nawodnień kroplowych w róŜnych warunkach środowiskowych. Rozprawy Naukowe i Monografie. Wydawnictwo SGGW, Warszawa: 127 ss.

FEDDES R.A., KOWALIK P., ZARADNY H. 1978. Simulation of field water use and crop yield. Simulation Monograph 17. PUDOC Wageningen oraz J. Wiley & Sons New York, Toronto: 245 ss.

REINHARD A. 2001. Regulacja i matematyczne modelowanie ruchu wody w glebie. Skrypty Akademii Rolniczej nr 462, Wydawnictwo AR we Wrocławiu: 118 ss.

SZULCZEWSKI W. 2003. Modelowanie migracji zanieczyszczeń w nienasyconych gruntach i glebach. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Rozprawy CCI(466): 112 ss.

ZARADNY H. 1990. Matematyczne metody opisu i rozwiązań zagadnień przepływu wody w nienasyconych i nasyconych gruntach i glebach. Polska Akademia Nauk, Prace Instytut Budownictwa Wodnego w Gdańsku 23: 367 ss.

Słowa kluczowe: nawodnienia kroplowe, model nawodnienia, uwilgotnienie gleby Streszczenie

W pracy przedstawiono model matematyczny nawodnień kroplowych oraz


181

wyniki dotyczące rozkładu uwilgotnienia gleby, wykorzystując własny program komputerowy. Stwierdzono, Ŝe stosowanie większej ilości emiterów kroplujących dla jednej rośliny (np. 4) ogranicza znacznie grawitacyjny odpływ wody poza strefę korzeniową. DROP IRRIGATION MATHEMATICAL MODEL Tadeusz Reinhard, Andrzej Reinhard, Krzysztof Nyc Department of Protection and Environmental Management, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: drop irrigations, irrigation model, soil moisture Summary

This paper shows original drop irrigations mathematical model and results of moisture distribution in the root zone. It is proved that the use of larger (for example 4) number of drip emitters reduce water outflow from the root zone. Prof. dr hab. inŜ. Andrzej Reinhard Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 183-193 IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW PRZEPŁYWU WODY GLEBOWEJ NA PODSTAWIE BADA Ń TERENOWYCH Małgorzata Biniak 1, Anna Machowczyk 2, Wiesław Szulczewski 2, Andrzej śyromski 1 1 Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Katedra Matematyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Zasoby wody w glebie oraz warunki termiczne i opadowe w istotny sposób wpływają na plonowanie roślin [ASLYNG, HANSEN 1982; śYROMSKI 1989; BAC, śYROMSKI 1990]. Szczególnego znaczenia nabiera nie sam fakt występowania wody w glebie, ale jej ilość, dostępność oraz moŜliwość korzystania z niej przez rośliny w ciągu całego okresu wegetacji.

Istnieje silna współzaleŜność, jaka zachodzi między ilością a rozkładem opadów atmosferycznych, temperaturami powietrza oraz zawartością wilgoci w glebie i plonowaniem wielu roślin uprawnych [JASIŃSKA, KOTECKI (red.) 2003]. Na istotne znaczenie opadów oraz zasobów wodnych gleby w uzyskiwaniu wysokich plonów wskazują ASLYNG, HANSEN [1982] oraz KOŹMIŃSKI i in. [2003].

Przy badaniach wpływu oddziaływania róŜnego rodzaju czynników na plo-nowanie roślin nieodzowne są szczegółowe badania środowiska glebowego, w jakim posadowione są rośliny [L IPIEC 1983; WALCZAK 1984; USOWICZ 2000; KOWALIK 2001; SŁAWIŃSKI 2003]. W literaturze brak jest oceny wzajemnych relacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu: opadów atmosferycznych, parowania terenowego, wilgotności gleby oraz stanów wód gruntowych w krótkich okresach czasu jakim jest doba. Niniejsza praca jest taką próbą, wykonaną dla standardowej nieporośniętej powierzchni gleby, na której jako punkcie odniesienia prowadzi się obserwacje agrometeorologiczne. Materiał i metody badań

W trakcie eksperymentów polowych wykonywano często pomiary opadów atmosferycznych oraz temperatur powietrza, jednak nie zawsze prowadzono równolegle przez wiele lat pomiary wilgotności gleby. W związku z tym brak informacji o zasobach wodnych gleby był rekompensowany przez opady atmosferyczne. Wynikało to z łatwości dostępu do materiałów obserwacyjnych tego elementu meteorologicznego. Wykorzystywane wyniki obserwacji elementów meteorologicznych powinny podlegać obowiązkowej weryfikacji [KOZIEŁ 1975] ze względu na prawidłowość ich interpretacji.

Mając na uwadze ten fakt, postanowiono przeprowadzić ocenę poprawności stosowania metod modelowania matematycznego w oparciu o uzyskane dane w warunkach polowych. Modelowanie polegało na określeniu zmian uwilgotnienia w profilu glebowym na podstawie wyników pomiarów opadów atmosferycznych oraz

M. Biniak i inni

184

stanów wód gruntowych pomierzonych na terenie Obserwatorium Agro- i Hydrometeorologicznego Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

Analizy przeprowadzono w oparciu o serię obserwacyjną opadów atmosfe-rycznych z okresu od 1 lipca do 30 września 2006 (rys. 1). Dla uzyskania załoŜonego celu wykorzystano pomiary wilgotności gleby wykonywane metodą TDR pod powierzchnią nieporośniętą na głębokościach 5, 20, 40, 60, 80 i 100 cm. Wykonywano je codziennie od początku lipca do końca września. Ze względu na brak parametrów funkcyjnych, charakteryzujących typ gleby (krzywa pF i przewodności hydraulicznej), cały okres poddany badaniom podzielono na dwie części. Pierwszy z nich, od 1 lipca do 15 sierpnia, posłuŜył do ustalenia parametrów odpowiedzialnych za typ gleby, natomiast drugi, do końca września, do weryfikacji otrzymanych rezultatów.

Rys. 1. Zmienność opadu (P), parowania (E) oraz wilgotności gleby (θ; pomiar TDR) w okresie

badań w zaleŜności od analizowanej warstwy gleby (z) Fig. 1. Variability of precipitation (P), evaporation (E) and soil moisture (θ; TDR

measurements) for the analyzed period depending on soil layer (z)

Na terenie pól objętych badaniami występują przede wszystkim piaski sła-bogliniaste i piaski gliniaste lekkie. W niektórych odkrywkach występowały piaski pylaste [MAZIJ i in. 1965]. Strop glin układa się na głębokości od 3,3-5,0 m. Jest to warstwa nieprzepuszczalna, podścielająca całe pole doświadczalne. Pełna pojemność wodna na terenie pól wahała się w granicach od 306 mm do 340 mm dla warstwy gleby o miąŜszości 100 cm. Średnia wartość dla całego obiektu wynosi 323 mm. O dobrych właściwościach wodnych świadczy duŜa zdolność zatrzymywania wody. Pojemność polowa wynosi 217 mm w 100 cm warstwie. Gleby te charakteryzują się równieŜ duŜą wysokością kapilarnego podnoszenia wody. Przy wodzie gruntowej na głębokości 1,0 m powierzchniowe warstwy zawierają średnio około 18% wody w stosunku do objętości. W warstwie o miąŜszości 1,0 m jest 69 mm wody nieuŜytecznej dla roślin. Szczegółowy opis warunków glebowych i hydrogeologicznych zawarty jest ekspertyzie hydrogeologicznej i gleboznawczej [MAZIJ i in. 1965].

Do opisu procesu przepływu wody w badanym profilu glebowym wykorzystano równanie dyfuzji (Fokkera-Plancka) [SZULCZEWSKI 1986, 1990; ZARADNY 1990]:

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW PRZEPŁYWU WODY GLEBOWEJ ...

185

−−−−∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂∂∂∂∂∂∂====

∂∂∂∂∂∂∂∂

)()( θθθθK

zD

zt

gdzie: θ = θ (z, t) wilgotność objętościowa (cm3⋅cm-3), z zmienna przestrzenna (cm), t czas (doba), K(θ) przewodność hydrauliczna (cm⋅doba-1),

dh D(θ) = K(θ) ---- współczynnik dyfuzji (cm2⋅doba-1), dθ h = -10 pF ciśnienie ssące (cm).

Dla uzyskania jednoznacznego rozwiązania powyŜszego równania, jako warunki początkowe przyjęto wilgotność gleby oraz zwierciadło wody zmierzone w pierwszym dniu badań. Warunki brzegowe determinujące proces przepływu wody na powierzchni terenu zostały określone na podstawie pomiarów opadu mierzonego deszczomierzem Hellmanna, a parowanie ewaparometrem Wilda skorygowane współczynnikami empirycznymi dla powierzchni nieporośniętej.

PrzybliŜone rozwiązanie równania Fokkera-Plancka otrzymano metodą schematów róŜnicowych. Zostały one tak skonstruowane, aby aproksymacja była stabilna, niezaleŜnie od kierunku przepływu. Szczegóły dotyczące konstrukcji schematu zostały zamieszczone w pracy SZULCZEWSKIEGO [2003].

Na pierwszym etapie badań przeprowadzono dwiema metodami identyfikacje parametrów fizycznych gleby. Pierwsza z nich polegała na jednoczesnej aproksymacji funkcji przewodności hydraulicznej oraz krzywej pF. Dla kaŜdej z tych funkcji poszukiwano takich wartości w 10 punktach bazowych, aby zminimalizować odległość rozwiązania teoretycznego od wilgotności pomierzonej, na ustalonych głębokościach w czasie trwania procesu identyfikacji. Dla krzywej pF dwa punkty brzegowe, odpowiadające pF = -∞ i pF = 4,2, zostały przyjęte jako stałe dla odpowiednio wilgotności pełnego nasycenia θs = 0,2920 oraz wilgotności oznaczającej punkt trwałego więdnięcia roślin, θr = 0,0160. W przypadku przewodności hydraulicznej przyjęto, Ŝe dla wilgotności na poziomie trwałego więdnięcia roślin θr = 0,0160 jest ona równa 0. Natomiast pozostałe wartości poddano procesowi aproksymacji. Dla określenia wartości poszukiwanych funkcji w całym zakresie zmienności wilgotności uŜyto algorytmu dopasowania bazującego na szybkiej transformacie Fouriera (FFT). Otrzymane opisaną wyŜej metodą krzywe pF oraz przewodności hydraulicznej przedstawiono na rysunku 2.

M. Biniak i inni

186

Rys. 2. Aproksymowane parametry funkcyjne gleby: krzywa pF i funkcja przewodności

hydraulicznej K (θ - wilgotność objętościowa) Fig. 2. Approximated functional parameters of soil: pF curve and hydraulic conductivity

function (θ - soil humidity)

Rys. 3. Krzywe pF z ekspertyzy z 1965 r. oraz funkcja przewodności hydraulicznej K (θ -

wilgotność objętościowa) Fig. 3. pF curves from the expertise from 1965 year and hydraulic conductivity K function

(θ - soil humidity) W drugiej metodzie aproksymacji parametrów wykorzystano ekspertyzę

hydrogeologiczną i gleboznawczą, wykonaną na terenie Obserwatorium Wrocław-Swojec [MAZIJ i in. 1965], w której określono krzywe pF na głębokościach 10, 20, 40, 60,


187

80 i 100 cm. W tej metodzie wykorzystano te wyniki, poddając procesowi aproksymacji tylko funkcję przewodności hydraulicznej. Krzywe pF z ekspertyzy oraz aproksymowaną funkcję przewodności hydraulicznej przedstawia rysunek 3.

Wyniki dopasowania wartości wilgotności otrzymanych teoretycznie dla aproksymowanych parametrów funkcyjnych oraz z pomiarów metodą TDR przedstawiono na kolejnych rysunkach. Przyjęto dwie miary charakteryzujące błąd przybliŜenia: współczynnik korelacji r oraz względny błąd odchyleń Bw. W obu przypadkach współczynniki korelacji wyniosły ponad 0,82, a względny błąd odchyleń wahał się od 8,98 % do około 19,4 %. Wyniki przedstawiono na rysunku 4 i 5. Rysunki 6 i 7 przedstawiają zmienność błędu aproksymacji w zaleŜności od czasu i głębokości dla obydwu analiz.

Rys. 4. ZaleŜność pomiędzy teoretyczną (θt) i mierzoną (θp) wilgotnością gleby dla

aproksymowanej krzywej pF oraz K Fig. 4. Dependences between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) for

approximated pF curve and K

Aproksymacja parametrów funkcyjnych determinujących przepływ wody umoŜliwiła weryfikację otrzymanych wyników, tzn. krzywych pF i przewodności hydraulicznej oraz adekwatności modelu, na danych niezaleŜnych z okresu od 15 sierpnia do 30 września. Do oceny poprawności dopasowania zastosowano takŜe współczynnik korelacji r oraz względny błąd odchyleń Bw. Dla obydwu zastoso-

M. Biniak i inni

188

Rys. 5. ZaleŜność pomiędzy teoretyczną (θt) i mierzoną (θp) wilgotnością gleby dla krzywych pF z

ekspertyzy oraz aproksymowanej funkcji K Fig. 5. Dependences between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) for pF curves

from the expertise and approximated K function

Rys 6. RóŜnica wilgotności teoretycznej (θt) i pomierzonej (θp) w zaleŜności od czasu i

głębokości (z) dla aproksymowanej krzywej pF oraz K Fig. 6. Difference between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) depending from

time and depth (z) for approximated pF curve and K


189

Rys. 7. RóŜnica wilgotności teoretycznej (θt) i pomierzonej (θp) w zaleŜności od czasu i

głębokości (z) dla krzywych pF z ekspertyzy oraz aproksymowanej funkcji K Fig. 7. Difference between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) depending on

time and depth (z) for pF curves from expertise and approximated K function

Rys 8. ZaleŜność pomiędzy teoretyczną (θt) i mierzoną (θp) wilgotnością gleby dla

aproksymowanej krzywej pF oraz K otrzymane dla okresu od 15 sierpnia do 30 września (r - współczynnik korelacji; Bw - względny błąd odchyleń)

Fig. 8. Dependences between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) for approximated pF curve and K obtained for the period from 15th of August to 30th of September (r - correlation coefficient; Bw - comparative deviation error)

M. Biniak i inni

190

Rys. 9. ZaleŜność pomiędzy teoretyczną (θt) i mierzoną wilgotnością gleby (θp) dla krzywych pF z

ekspertyzy oraz aproksymowanej funkcji K otrzymane dla okresu od 15 sierpnia do 30 września (r - współczynnik korelacji; Bw - względny błąd odchyleń)

Fig. 9. Dependences between theoretical (θt) and measured soil moisture (θp) for pF curves

from the expertise and approximated K function obtained for the period from 15th of August to 30th of September (r - correlation coefficient; Bw - comparative deviation error)

wanych metod wyniki są poprawne. Otrzymane współczynniki korelacji są bliskie 1 (dla pierwszego modelu 0,975, dla drugiego 0,96), natomiast względny błąd odchyleń w obu przypadkach wyniósł około 12%. Wyniki i dyskusja

W prezentowanym materiale badawczym pochodzącym z okresu od 1 lipca do 30 września 2006 roku poddano porównaniu wyniki wilgotności mierzone i teoretyczne z modelu dla 46 dni i 6 głębokości, z których pochodziły pomiary wilgotności gleby.

Przeprowadzone analizy pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: 1. Wartości współczynników korelacji oraz względnych błędów odchyleń dla

danych otrzymanych z modeli i dla wartości wilgotności pomierzonych metodą TDR dla obu podokresów świadczą o dobrej zaleŜności liniowej między badanymi cechami. Na etapie aproksymacji krzywej pF i przewodności hydraulicznej uzyskano współczynnik korelacji równy 0,92 i błąd względny równy 8,98% dla pierwszej metody, natomiast na etapie weryfikacji współ-czynnik korelacji wyniósł 0,975, a błąd względny 12,02%.

2. Analiza otrzymanych rezultatów, a dokładniej gorszych wyników dopasowania na etapie aproksymacji niŜ weryfikacji, pozwala zauwaŜyć, Ŝe największy błąd miał miejsce 6 sierpnia. W dniach 4 i 5 sierpnia wystąpiły bardzo intensywne opady (rys. 1) i te rozbieŜności są niewątpliwie ich rezultatem. W modelu


191

przyjęto, Ŝe opad jest realizowany poprzez przepływ przez powierzchnię terenu w czasie jego trwania o natęŜeniu wynikającym z pomiarów, jeŜeli tylko nie przekracza zdolności infiltracyjnych gleby. W przeciwnym przypadku realizowana jest infiltracja maksymalna (warunek Dirichleta). W tych dniach miał miejsce ten przypadek i w rzeczywistym procesie po opadzie nadmiar wody nadal infiltrował, gdyŜ w miejscu pomiarów na terenie obserwatorium proces spływu praktycznie nie występuje.

3. Uzyskane wyniki badań w oparciu o doświadczenia polowe oraz przeprowadzoną

symulację, pozwalającą wyznaczyć wartości teoretyczne, w znacznym stopniu są zadowalające, poniewaŜ potwierdziły moŜliwość oceny wilgotności gleby i weryfikacji wartości pomierzonych.

4. Pomimo dobrej zgodności otrzymanych wartości wilgotności z modelu

i mierzonych metodą TDR wydaje się waŜne kontynuowanie badań w tym kierunku oraz porównanie otrzymanych juŜ rezultatów z modelem, którego podstawą będzie uogólnione równanie Richardsa, uwzględniające zarówno strefę aeracji i saturacji, jak i pokrywę roślinną. Analiza otrzymanych rezultatów pozwala nawet przypuszczać, Ŝe model bazujący na równaniu Richardsa da lepsze rezultaty, gdyŜ łatwo zaobserwować, Ŝe stosunkowo słabe dopasowanie uzyskano na głębokościach powyŜej 80 cm. Przyczyną tego moŜe być takŜe przepływ horyzontalny, który w rozpatrywanych modelach został pominięty, poniewaŜ brak jest obecnie odpowiednich badań terenowych, które mogłyby określić wpływ tego procesu na zmiany wilgotności w strefie przypowierzchniowej.

Literatura ASLYNG H.C., HANSEN S. 1982. Water balance and crop production, simulation. Hy-drotechnical Laboratory The Royal Veterinary and Agricultural University. Copenhagen. BAC S., śYROMSKI A. 1990. Ewapotranspiracja rzeczywista i polowe zuŜycie wody przez pszenicę jarą w zróŜnicowanych warunkach wilgotności gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 390: 49-58. JASIŃSKA Z., KOTECKI A. (red.) 2003. Szczegółowa uprawa roślin. Wydawnictwo AR Wrocław: 120-132. KOWALIK P. 2001. Ochrona Środowiska glebowego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 248 ss. KOZIEŁ S. 1975. Problematyka obiektywnej weryfikacji danych. Wiadomości Meteorologii i Gospodarki Wodnej, tom II(XXIII), z. 3: 53-56. KOŹMI ŃSKI CZ., M ICHALSKA B., NIDZGÓRSKA -LENCEWICZ J. 2003. Warunki meteorolo-giczne kształtujące uwilgotnienie gleby pod ziemniakami w stacji Agrometeorologicznej w Lipkach w latach 1998 i 1999. Acta Agrophysica 84: 75-93. L IPIEC J. 1983. MoŜliwości oceny przewodnictwa wodnego gleb na podstawie ich niek-tórych właściwości. Problemy Agrofizyki 40: 5-75. M AZIJ S., KOWALSKI J., WOŹNY F., SZPIKOWSKI A., KRĘśEL J. 1965. Ekspertyza hydroge-ologiczna i gleboznawcza pól ustalonych na Swojcu k. Wrocławia - Warunki hydro-geologiczne i glebowo-wodne pól ustalonych Instytutu Gospodarki Wodnej - połoŜonych na terenie RZD, w Swojcu k. Wrocławia, (maszynopis), Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska AR, Wrocław: 112 ss. SŁAWI ŃSKI C. 2003. Wpływ fizycznych parametrów gleby na wartości współczynnika przewodnictwa wodnego. Acta Agrophysica 90: 3-75.

M. Biniak i inni

192

SZULCZEWSKI W. 1986. Sterowanie stopniem wilgotności gleby w obszarze ukorzenienia roślin (w oparciu o równanie dyfuzji). Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu Melioracja 30(174): 109-127. SZULCZEWSKI W. 1990. Modelowanie zmian uwilgotnienia gleby w strefie niepełnego nasycenia. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Melioracja 36(192): 87-98. SZULCZEWSKI W. 2003. Modelowanie migracji zanieczyszczeń w nienasyconych gruntach i glebach. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu 466: 112 ss. USOWICZ B. 2000. Statystyczno-fizyczne modele przepływu masy i energii w ośrodku porowatym. Acta Agrophysica 29: 3-112. WALCZAK R. 1984. Modelowe badania zaleŜności retencji wodnej od parametrów fazy stałej. Problemy Agrofizyki 41: 5-69. WENLONG LI., W EIDE LI., Z IZHEN LI. 2004. Irrigation and fertilizer effects on water use and yield of spring wheat in semi-arid regions. Agricultural Water Management 67: 35-46. ZARADNY H. 1990. Matematyczne metody opisu i rozwiązań przepływu wody w niena-syconych i nasyconych gruntach i glebach. Prace Instytutu Budownictwa Wodnego PAN 23: 367 ss. śYROMSKI A. 1989. Próba oceny związków między plonami i zasobami wodnymi gleby pod pszenicą jarą przy zróŜnicowaniu faz fenologicznych oraz warstw bilansowania na tle wybranych czynników meteorologicznych. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, CCI: 101-113.

Słowa kluczowe: opady atmosferyczne, wilgotność gleby, stany wód gruntowych,

model symulacyjny Streszczenie

W prezentowanym materiale badawczym, pochodzącym z okresu od 1 lipca do 30 września 2006 roku, poddano porównaniu wyniki wilgotności gleby mierzone i teoretyczne z modelu dla 46 dni i 6 głębokości. Do opisu przepływu wody w ośrodku porowatym zastosowano w pracy model dyfuzyjny (Fokkera-Plancka). Analiza otrzymanych rezultatów pozwala przypuszczać, Ŝe model bazujący na równaniu Richardsa da lepsze rezultaty, poniewaŜ łatwo zaobserwować, Ŝe stosunkowo słabe dopasowanie uzyskano w pracy na większych głębokościach (powyŜej 80 cm). Przyczyną takich rezultatów moŜe być takŜe przepływ horyzontalny, który w rozpatrywanym modelu został pominięty. W pracy do opisu parametrów funkcyjnych determinujących przepływ wody w ośrodku porowatym zastosowano metodę, która nie miała przyjmowanych a priori Ŝadnych szczególnych ograniczeń. Wydaje się, Ŝe warto kontynuować badania takŜe w tym aspekcie, aby dobrać nie tylko najlepszy rodzaj modelu matematycznego, ale i opis funkcyjny parametrów fizycznych gleby, które będą najbardziej sprzyjały adekwatności modelu i procesu rzeczywistego.

Uzyskane wyniki badań potwierdziły moŜliwość oceny wilgotności gleby i weryfikacji wartości pomierzonych. Przeprowadzenie badań wpływu na zmiany uwilgotnienia gleby w zaleŜności od rodzaju i stopnia rozwoju roślinności byłoby wstępem do badań modelowych pogoda-plon.

IDENTIFICATION OF SOIL WATER FLOW PARAMETERS ON THE BASIS OF FIELD INVESTIGATIONS IN THE AREA


193

OF AGRO- AND HYDROMETEOROLOGICAL OBSERVATORY IN WROCŁAW-SWOJEC

Małgorzata Biniak 1, Anna Machowczyk 2, Wiesław Szulczewski 2, Andrzej śyromski 1 1 Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: precipitation, soil humidity, ground water level, numerical model Summary

The presented data was obtained from the 1st of July to the 30th of September 2006. The measured soil moisture and theoretical data from the model for 46 days and 6 depths are compared in the paper. To describe water flow in porous media a diffusion model (Fokker-Planck) was applied. Analyses of the obtained results, that the model based on Richard’s equation would give better results, and worse results were obtained allow the assumption for higher depths (more than 80 cm). It could be caused by a horizontal flow, which in that model was ignored. To describe functional parameters that determine the water flow in porous media the method, that did not have any a priori limitations was used. It seems to be very useful to continue analyses in this aspect not only to select the best type of model, but also functional description of the soil physical parameters, that will be favorable to the adequacy of the model and real processes.

The obtained results proved the possibility of soil moisture estimation and veri-fication of the measured values. Research on soil moisture variability depending on the type and stage of plant development would be the introduction to the weather-yield model studies. Dr hab. Wiesław Szulczewski Katedra Matematyki Uniwersytet Przyrodniczy ul. Grunwaldzka 53 50-357 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 195-203 HYDROCHEMICZNE UWARUNKOWANIA LOKALIZACJI ZBIORNIKA WODNEGO MAŁEJ RETENCJI „UNISZOWA” Andrzej Bogdał, Krzysztof Ostrowski Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp

Skromne zasoby wodne na terenie naszego kraju skłoniły władze administracyjne do realizacji programu małej retencji, polegającego m.in. na gromadzeniu wody w małych zbiornikach retencyjnych [TRYBAŁA 1996].

WdraŜając program małej retencji naleŜy mieć na uwadze nie tylko ilość gromadzonej wody, ale równieŜ jej czystość. W wielu przypadkach zła jakość wody ogranicza jej społeczno-gospodarcze, rekreacyjne czy ekologiczne wykorzystanie. Nieodpowiednia jakość wody moŜe równieŜ powodować utrudnienia w eksploatacji zbiorników małej retencji, w których moŜe dochodzić do eutrofizacji lub deficytu tlenowego.

Dotychczas w większości zlewni, w których przewiduje się budowę zbiorników małej retencji, nie prowadzono systematycznych badań jakości wód. Badania takie są jednak konieczne, poniewaŜ wody w tych zlewniach naraŜone są na zanieczyszczenia pochodzące z działalności rolniczej, osadnictwa wiejskiego o nieuporządkowanej gospodarce wodno-ściekowej oraz innej działalności gospodarczej [RAJDA i in. 2001].

Celem pracy jest ocena jakości i walorów uŜytkowych wody odpływającej ze zlewni potoku Uniszowskiego, dla określenia moŜliwości jej retencjonowania w planowanym zbiorniku małej retencji. Zakres i metody badań

Badania cech jakościowych wody odpływającej potokiem Uniszowskim pro-wadzono od stycznia do grudnia 2005 roku. W km 0+710 potoku, tj. w miejscu projektowanej zapory czołowej zbiornika wodnego „Uniszowa”, systematycznie, raz w miesiącu pobierano próby wody, w których bezpośrednio w terenie oznaczano: temperaturę, pH, stęŜenie tlenu rozpuszczonego i stopień nasycenia tlenem oraz przewodność elektrolityczną, natomiast w laboratorium metodami standardowymi [HERMANOWICZ i in. 1999]: zawiesinę ogólną, fosforany (PO4

3-), amoniak (NH4), azotyny (NO2), azotany (NO3), substancje rozpuszczone, siarczany (SO4

2-), chlorki (Cl-), wapń

A. Bogdał, K. Ostrowski

196

(Ca2+), magnez (Mg2+), sód (Na+), potas (K+), Ŝelazo ogólne (Fe2+/3+) i mangan (Mn2+) oraz jednorazowo: BZT5, liczbę baterii grupy coli i liczbę bakterii grupy coli typu kałowego.

Ponadto opracowano parametry morfometryczne, fizjograficzne i hydrograficzne oraz określono warunki glebowe i uŜytkowanie zlewni potoku Uniszowskiego. Uwarunkowania społeczno-gospodarcze oraz potencjalne źródła zanieczyszczeń wód ustalono na podstawie badań ankietowych w gospodarstwach leŜących w granicach zlewni.

Jakość wody odpływającej potokiem Uniszowskim oceniono zgodnie z obo-wiązującym Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 roku w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanów wód powierzchniowych i podziem-nych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Natomiast walory uŜytkowe wody określono porównując badane wskaźniki z wartościami granicznymi jakim powinna odpowiadać woda wykorzystywana dla celów spoŜywczych [ROZPORZĄDZENIE 2002b], do bytowania ryb [ROZPORZĄDZENIE 2002a] i do kąpieli [ROZPORZĄDZENIE 2002]. Charakterystyka zlewni

Zlewnia potoku Uniszowskiego połoŜona jest na terenie wsi Bistuszowa i Uniszowa, naleŜących do gminy Ryglice, powiatu tarnowskiego w województwie małopolskim. Geograficznie zlewnia leŜy w mezoregionie Pogórza CięŜkowickiego [KONDRACKI 1998]. Jej najwyŜszym punktem jest Góra Brzanka o wysokości 533,73 m n.p.m.

Zlewnia, o powierzchni 5 km2, ma charakter górski, poniewaŜ usytuowana jest w przedziale hipsometrycznym 233–533 m n.p.m. (deniwelacja 300 m), a pochylenie jej terenu waha się od około 5% do 68%. Największa część zlewni, tj. około 30% obszaru ma nachylenie z przedziału 10–18% (tab. 1).

Potok Uniszowski jest lewobrzeŜnym dopływem Szwedki uchodzącej do rzeki Białej – prawostronnego dopływu Dunajca. Jest to ciek V rzędu o dobrze wykształconym, wciętym, średnio na głębokość około 1,5 m, korycie oraz zakrza-czonych i zadrzewionych brzegach. Średni spadek dna cieku głównego wynosi 5,04%. Sieć hydrograficzną o całkowitej długości 12 km stanowią, oprócz cieku głównego – 4 prawobrzeŜne i 4 lewobrzeŜne dopływy, tworząc znaczną gęstość sieci wodnej w zlewni (tab. 1).

Zlewnię pokrywają gleby brunatne wyługowane wytworzone ze skał osadowych o spoiwie niewęglanowym, które pod względem gatunkowym naleŜą do utworów pyłowych podścielanych pyłami ilastymi.

UŜytkowanie terenu zlewni ma charakter leśno-rolniczy, poniewaŜ ponad 54% jej powierzchni pokrywają lasy, które występują w południowej części zlewni. Grunty orne są drugim co do wielkości rodzajem uŜytkowania, na których uprawia się głównie pszenicę, Ŝyto, ziemniaki i buraki pastewne. Znaczną cześć zlewni zajmują uŜytki zielone, usytuowane wzdłuŜ potoku Uniszowskiego i jego dopływów. Uprawa części uŜytków rolniczych została zaniechana, powstały nieuŜytki rolnicze (tab. 1).

Tabela 1; Table 1 WaŜniejsze cechy fizjograficzne i uŜytkowanie zlewni badawczej More important physiographic features and land use of study catchment

Zlewnia Uniszowa

HYDROCHEMICZNE UWARUNKOWANIA LOKALIZACJI ZBIORNIKA WODNEGO ...

197

Uniszowa catchment Powierzchnia zlewni; Area of catchment (km2)

5,07

Długość zlewni; Length of catchment (km)

4,12

Średnia szerokość zlewni; Mean width of catchment (km)

1,23

Długość działu wodnego; Length of watershead (km)

11,36

Wysokość (m n.p.m.); Altitude (m a.s.l.) - zakres; range - średnia waŜona; weighted average

233,5–533,73 336,0

Średni waŜony spadek terenu zlewni (%) Weighted average slop of catchment area (%)

17,5

Długość cieku głównego; Length of main water-course (km)

4,79

Gęstość sieci wodnej; Water network density (km⋅km-2)

2,37

UŜytkowanie; Land use (%): - grunty orne; arable land - uŜytki zielone; greenland - lasy i zadrzewienia; forests and afforestations - sady; orchards - tereny zabudowane; build-up area - nieuŜytki; wasteland

21,3 11,7 54,5 1,8 2,1 8,6

Tereny zabudowane znajdują się w środkowej i północnej części zlewni

i zajmują, wraz z niewielkimi sadami przydomowymi, niecałe 4% jej powierzchni (tab. 1). W 45 spośród 64 zagród połoŜonych w granicach zlewni prowadzona jest gospodarka rolna oraz hodowla zwierząt. Powierzchnie gospodarstw wahają się od 1 do 15 ha (średnio 3,03 ha), w których nawoŜenie wynosi 60-120 kg NPK⋅ha-1, ponadto niektóre gospodarstwa stosują równieŜ nawoŜenie obornikiem (średnio 6,2 t⋅ha-1) i gnojowicą. Gospodarstwa nie są zwodociągowanie. Woda jest czerpana ze studni kopanych (67,2%) lub głębinowych (32,8%). Brak jest kanalizacji. Większość gospodarstw wyposaŜona jest w zbiorniki betonowane (78,1%), z których ścieki komunalne wywoŜone są na uŜytki rolne. Pozostałe (21,9%) gospodarstwa odprowadzają ścieki bezpośrednio do gruntu. Podstawowymi materiałami opałowymi są drewno, węgiel oraz gaz propan-butan emitujące pyły oraz związki chemiczne, które pośrednio wpływają na jakość wód. Średnio w gospodarstwie spala się 5,8 m3⋅rok-1

drewna oraz 1,54 t⋅rok-1 węgla. Gospodarka odpadami stałymi jest prowadzona przez Urząd Gminy w Ryglicach. Mieszkańcy składują odpady bez segregacji do worków foliowych, które są zabierane i wywoŜone na składowiska. Wyniki badań

Temperatura wody płynącej potokiem Uniszowskim była ściśle powiązana z termiką powietrza i wahała się od 0,8°C (luty) do 16,5°C (lipiec). Jej wartość średnia roczna wynosiła 8,2°C, a średnia z pierwszego półrocza była o 3,4°C niŜsza niŜ z drugiego.

Największe stęŜenie zawiesiny ogólnej stwierdzono w maju (37,2 mg⋅dm-3), duŜe w okresie od lutego do kwietnia, a najmniejsze w lipcu (1,8 mg⋅dm-3). Średnio stęŜenie tego składnika w pierwszym półroczu było o 15,1 mg⋅dm-3 większe niŜ w drugim, a średnio w roku wyniosło 14,2 mg.dm-3. Z tego wynika, Ŝe w warunkach badanej zlewni większe stęŜenia zawiesiny ogólnej powodują roztopy wiosenne, niŜ deszcze letnie.


198

Największą wartość pH odnotowano w lipcu (8,13), a najmniejszą (7,31) w lutym. Średnia roczna wartość tej cechy wody wynosiła 7,78, przy czym w pierw-szym półroczu była o 0,16 mniejsza niŜ w drugim.

StęŜenie tlenu rozpuszczonego wyniosło średnio 9,08 mg⋅dm-3, osiągając największą wartość w lutym (11,90 mg⋅dm-3), a najmniejszą we wrześniu (6,26 mg⋅dm-3). Średnio w pierwszym półroczu stęŜenie to było o 3,23 mg⋅dm-3 większe niŜ w drugim, co potwierdza prawidłowość, Ŝe ze spadkiem temperatury wody rozpuszczalność tlenu wzrasta. Stopień nasycenia wody tlenem wahał się od 60% do 97% i wyniósł średnio 78%, a przebieg jego zmienności był podobny do dynamiki stęŜeń tlenu rozpuszczonego.

Wartości stęŜeń fosforanów utrzymywały się w ciągu roku na stosunkowo niskim, stabilnym poziomie. Tylko w listopadzie (0,095 mg⋅dm-3) stęŜenie tego składnika było zdecydowanie większe niŜ w innych miesiącach, co znacznie wpłynęło na wartość średnią roczną (0,028 mg⋅dm-3). Tak relatywnie wysoka jednorazowa wartość PO4

3- mogła być spowodowana zrzutem ścieków lub jesiennym nawoŜeniem uŜytków rolnych.

StęŜenia amoniaku w ciągu roku podlegały duŜym wahaniom, ale przy niskich wartościach, nieprzekraczających normy dla I klasy czystości wód. Największe jego stęŜenia odnotowano w marcu i kwietniu oraz nieco niŜsze w styczniu i lutym, a więc w okresie pozawegetacyjnym, w którym nie pobierane są związki biogenne przez rośliny.

StęŜenia azotynów równieŜ charakteryzowały się duŜą dynamiką zmian. Największe wartości tego składnika stwierdzono w maju i grudniu (0,032 i 0,037 mg⋅dm-3). Średnio najwięcej azotynów zawierała woda w okresie wiosennym i je-siennym, co sugeruje, Ŝe składnik ten mógł być dostarczany z nawoŜeniem azotowym. Średnio w obu półroczach stęŜenia azotynów kształtowały się na tym samym poziomie (0,015 mg⋅dm-3).

Największą wartość stęŜenia azotanów stwierdzono w marcu (6,996 mg⋅dm-3), najmniejszą w październiku (0,261 mg⋅dm-3), a średnia roczna wyniosła 2,455 mg⋅dm-3. W pierwszym półroczu woda zawierała o ponad 4-krotnie więcej azotanów niŜ w drugim. Taki rozkład stęŜeń świadczy o niewielkim zanieczyszczeniu wód badanej zlewni azotanami, gdyŜ w wodach czystych ze względu na zahamowaną wegetację roślin, największe stęŜenia tego składnika występują właśnie w miesiącach zimowych.

Wartości przewodności elektrolitycznej kształtowały się na stosunkowo niskim poziomie – od 210 do 501 µS⋅cm-1, a średnia roczna wyniosła 363 µS⋅cm-1. W pierwszym półroczu średnia wartość tej cechy była o 121 µS⋅cm-1 mniejsza niŜ w drugim.

StęŜenia substancji rozpuszczonych nigdy nie przekroczyły 300 mg.dm-3, tj. normy I klasy czystości wód. Wartość minimalna wystąpiła w marcu (170 mg⋅dm-3), a maksymalna w styczniu (300 mg⋅dm-3). Średnie roczne stęŜenie tego składnika wyniosło 237 mg⋅dm-3, przy czym w drugim półroczu było o około 19% większe niŜ w pierwszym.

StęŜenia siarczanów wahały się od 8,44 mg⋅dm-3 w sierpniu do 47,79 mg⋅dm-3 w styczniu, przy średniej rocznej 30,29 mg⋅dm-3. Fakt, Ŝe najwięcej siarczanów zawiera woda w miesiącach zimowych, moŜna wiązać z ogrzewaniem gospodarstw domowych węglem, który jest często zasiarczony.

StęŜenia chlorków zmieniały się od 5,21 mg⋅dm-3 w czerwcu do 10,19 mg⋅dm-3 w listopadzie, a więc kształtowały się znacznie poniŜej norm dopuszczalnych dla wód I klasy czystości. Średnie roczne stęŜenie chlorków wyniosło 6,76 mg⋅dm-3. Przebieg zmienności tego składnika był bardzo regularny – od stycznia do marca jego wartości wzrastały, następnie malały do czerwca, by w listopadzie osiągnąć swoje maksimum.


199

Przebieg zmian stęŜeń wapnia, magnezu, sodu i potasu był podobny. Wartość maksymalną tych składników odnotowano w listopadzie. StęŜenia wapnia i magnezu osiągały odpowiednio od 26,21–52,67 mg⋅dm-3 i 5,65–11,61 mg⋅dm-3, a średnio rocznie wynosiły 40,49 i 8,66 mg⋅dm-3. We wrześniu listopadzie stęŜenia wapnia nieznacznie przekroczyły normy I klasy czystości wód (50 mg.dm-3). Pierwsze półrocze charakteryzowało się średnio mniejszymi stęŜeniami wapnia i magnezu – odpowiednio o około 44% i 48%. Średnie stęŜenia sodu i potasu wynosiły odpowiednio 10,80 i 2,25 mg⋅dm-3. W półroczu drugim były o około 36 i 31% większe niŜ w pierwszym. Większe stęŜenia tych składników późną jesienią, mogą mieć związek z nawoŜeniem organicznym gleb, co przy zanikającej wegetacji roślin stwarza dogodne warunki ich wypłukiwania.

StęŜenia Ŝelaza ogólnego zmieniały się w granicach 0,22–0,71 mg⋅dm-3 i za wyjątkiem tej najniŜszej wartości, stwierdzonej w marcu, przekraczały wartości normowe dla II klasy czystości wód. Tak duŜe stęŜenia tego składnika naleŜy wiązać z zasobnością gleb zlewni, szczególnie, Ŝe na duŜej jej części występują gleby płowe, które w swojej genezie mają wpisane ługowanie Ŝelaza [ZAWADZKI 1999].

StęŜenia manganu wahały się od 0,039–0,124 mg⋅dm-3. Najmniejszą wartość odnotowano w październiku, natomiast największe w styczniu i kwietniu, co w pierwszym przypadku moŜe mieć związek z okresem grzewczym, a w drugim z wiosennymi roztopami. Średnio w pierwszym półroczu stwierdzono około 1,5-krotnie więcej manganu.

Analiza wyników badanych cech w wodzie potoku Uniszowskiego wykazała, Ŝe wartości temperatury, pH, fosforanów, amoniaku, substancji rozpuszczonych, siarczanów, chlorków i magnezu we wszystkich terminach oznaczeń nie przekraczały norm I klasy czystości wód (rys. 1). Wartość przewodności elektrolitycznej tylko w jednym przypadku, a stęŜenia tlenu rozpuszczonego, azotynów, azotanów i wapnia 2-krotnie przekroczyły normę I klasy. StęŜenia manganu 7-krotnie przekraczały normę I klasy, a w dwóch przypadkach II klasy, natomiast stęŜenia zawiesiny po 3 razy były wyŜsze od norm I i II klasy. Najsilniej na obniŜenie jakości wody wpływało Ŝelazo ogólne, które w jedenastu przypadkach przewyŜszyło normę II klasy czystości wód.

Spośród 19 badanych cech w wodzie potoku Uniszowskiego, 16 uwzględnianych jest przy ocenie jakości wody [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Wyniki badań wykazały, Ŝe 9 cech pozwalało zakwalifikować wodę do I klasy czystości, 4 do klasy II, a 3 do klasy III (rys. 1). Na podstawie tej oceny moŜna stwierdzić, Ŝe woda odpływająca z obszaru badanej zlewni kwalifikuje się do III klasy czystości, tj. do wód o zadowalającej jakości.


200

Rys. 1. Częstotliwość (%) występowania wartości badanych cech w poszczególnych klasach

jakości wód Fig. 1. Frequncy (%) of occurrence of investigated characteristic values in particular classes

of quality water

Ocena przydatności wody do spoŜycia wykazała, Ŝe wartości: temperatury wody, pH, BZT5, fosforanów, amoniaku, azotanów, przewodności elektrolitycznej, siarczanów i chlorków w Ŝadnym terminie oznaczeń nie przekroczyły wartości granicznych kategorii A1, tj. wody wymagającej prostego uzdatniania fizycznego. Wskaźniki mikrobiologiczne – liczba bakterii grupy coli i grupy coli typu kałowego, których w jednorazowym badaniu ustalono odpowiednio na 1100 i 23 szt.⋅100 ml-1, oraz stopień nasycenia wody tlenem i stęŜenia Ŝelaza kwalifikowały wodę do kategorii A2, tj. wody wymagającej typowego uzdatniania fizycznego i chemicznego. Wartości stęŜeń manganu w styczniu i kwietniu kwalifikowały wodę do kategorii A3, tj. wody wymagającej wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego, w marcu, lipcu i październiku były niŜsze, a w pozostałych miesiącach wyŜsze od wartości granicznych kategorii A1. StęŜenie zawiesiny ogólnej w lutym przekraczało wartości graniczne


201

kategorii A1, w marcu kategorii A2, a w maju kategorii A3, natomiast w pozostałych miesiącach nie wykraczało poza wartości graniczne kategorii A1 [ROZPORZĄDZENIE

2002b]. Badania wody potoku Uniszowskiego wykazały, Ŝe temperatura, zawiesina

ogólna, pH, BZT5, fosforany oraz azot amonowy gwarantują sprzyjające warunki dla bytowania ryb łososiowatych i karpiowatych. Ze względu na warunki tlenowe nie ma przeszkód do bytowania ryb karpiowatych, natomiast w sierpniu i wrześniu moŜe zabraknąć tlenu dla ryb łososiowatych, poniewaŜ jego stęŜenia w tych miesiącach były mniejsze od wymaganych 7 mg⋅dm-3. Najniekorzystniejsze warunki do bytowania ryb powodują azotyny, które w około 58% i 25% oznaczeń odpowiednio dla ryb łososiowatych i karpiowatych, przekraczały dopuszczalne wartości stęŜeń [ROZPORZĄDZENIE 2002a].

Ze względu na BZT5, liczbę bakterii grupy coli i coli typu kałowego, pH, tlen rozpuszczony, fosforany, azot amonowy i azotanowy, badana woda spełnia warunki wody do kąpieli. Barwa wody tylko w przypadku wysokich stanów była nieakceptowalna. Na powierzchni wody nie stwierdzono widocznych plam, które informowałyby o jej zanieczyszczeniu olejami lub substancjami ropopochodnymi, a zapach wody był zawsze naturalny. StęŜenia zawiesiny ogólnej tylko w marcu i maju przekraczały wartości dopuszczalne, a więc w czasie, w którym woda zazwyczaj nie jest wykorzystywana do kąpieli i rekreacji. Natomiast stopień nasycenia wody tlenem wskazywał na niezbyt korzystne warunki w okresie od sierpnia do stycznia [ROZPORZĄDZENIE 2002]. Wnioski 1. Badane cechy fizykochemiczne w wodzie potoku Uniszowskiego charakte-

ryzowały się znaczną dynamiką zmian w poszczególnych miesiącach i porach roku.

2. Jakość wody odpływającej z obszaru badanej zlewni zaleŜała od stęŜeń zawiesiny

ogólnej, Ŝelaza ogólnego i manganu, kwalifikujących ją do III klasy czystości, tj. do wód o zadowalającej jakości.

3. Woda potoku Uniszowskiego mogłaby być wykorzystana przez ludność do

spoŜycia po wysokosprawnym uzdatnianiu fizycznym i chemicznym. 4. Niekorzystnie na warunki bytowania ryb mogą wpływać tylko azotyny, które

zarówno dla ryb łososiowatych, jak i karpiowatych przekraczają dopuszczalne stęŜenia. Ponadto dla rozwoju ryb łososiowatych niewystarczające są warunki tlenowe.

5. Spośród badanych wskaźników tylko stęŜenia zawiesiny ogólnej oraz stopień

nasycenia wody tlenem sporadycznie nie spełniają kryteriów wody do kąpieli. 6. Dla zapewnienia odpowiedniej jakości i walorów uŜytkowych wody w pla-

nowanym zbiorniku małej retencji, zasilanym ze zlewni potoku Uniszowskiego, naleŜy podjąć działania ograniczające jej zanieczyszczanie przez zawiesinę ogólną, azotyny, Ŝelazo ogólne i mangan.

Literatura HERMANOWICZ W., DOJLIDO J., DOśAŃSKA W., KOZIOROWSKI B., ZERBE J. 1999. Fizyczno-


202

chemiczne badanie wody i ścieków. Arkady, Warszawa: 556 ss.


RAJDA W., OSTROWSKI K., BOGDAŁ A. 2001. Zawartość wybranych składników fizyko-chemicznych w wodzie opadowej i odpływającej z mikrozlewni leśnej. Zesz. Nauk. AR Kraków, Ser. InŜynieria Środowiska 21: 21–31.

ROZPORZĄDZENIE 2002. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 16 października 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinna odpowiadać woda w kąpieliskach. Dz. U. 2002. nr 183 poz. 1530.

ROZPORZĄDZENIE 2002a. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 października 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody śródlądowe będące środowiskiem Ŝycia ryb w warunkach naturalnych. Dz. U. 2002. nr 176 poz. 1455.

ROZPORZĄDZENIE 2002b. Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zao-patrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spoŜycia. Dz. U. 2002. nr 204 poz. 1728.

ROZPORZĄDZENIE 2004. Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasy-fikacji dla prezentowania stanów wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. 2004. nr 32 poz. 284.

TRYBAŁA M. 1996. Gospodarka wodna w rolnictwie. Wyd. PWRiL, Warszawa: 256 ss.

ZAWADZKI S. 1999. Gleboznawstwo. Wyd. IV PWRiL, Warszawa: 560 ss.

Słowa kluczowe: mała retencja, hydrochemizm wód, jakość wód Streszczenie

W pracy oceniono jakość i walory uŜytkowe wody odpływającej potokiem Uniszowskim dla określenia moŜliwości jej retencjonowania w planowanym zbiorniku małej retencji.

Raz w miesiącu, od stycznia do grudnia 2005 r., pobierano próby wody. W terenie oznaczano: temperaturę, pH, stęŜenie tlenu rozpuszczonego i stopień na-sycenia tlenem, oraz przewodność elektrolityczną, natomiast w laboratorium: zawiesinę ogólną, fosforany, amoniak, azotyny, azotany, substancje rozpuszczone, siarczany, chlorki, wapń, magnez, sód, potas, Ŝelazo ogólne i mangan oraz jednorazowo: BZT5, liczbę baterii grupy coli i liczbę bakterii grupy coli typu kałowego.

Badane cechy charakteryzowały się znaczną dynamiką zmian w poszczególnych miesiącach i porach roku. Wartości temperatury, pH, fosforanów, amoniaku, substancji rozpuszczonych, siarczanów, chlorków i magnezu nie przekraczały normy I klasy czystości wód. Natomiast pozostałe cechy z róŜną częstotliwością przewyŜszały normę I klasy, a zawiesina ogólna, Ŝelazo i mangan nawet normę II klasy, przez co woda potoku kwalifikuje się do III klasy czystości.

Badania wykazały, Ŝe woda potoku Uniszowskiego moŜe być wykorzystana do spoŜycia po wykonaniu wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego. Spośród badanych cech na warunki bytowania ryb niekorzystnie wpływają głównie azotyny, a stęŜenia zawiesiny ogólnej oraz stopień nasycenia wody tlenem sporadycznie nie spełniają kryteriów wody do kąpieli.


203

HYDROCHEMICAL CONDITIONS OF LOCALIZATION OF „UNISZOWA” - A SMALL WATER RESERVOIR Andrzej Bogdał, Krzysztof Ostrowski Department of Land Reclamation and Environmental Development, Agricultural University, Kraków Key words: small retention, hydrochemistry of waters, water quality Summary

The aim of the paper was an assessment of quality and usable values of water outflowing with the Uniszowski stream to determine its potential retention in a planned small water retention reservoir.

Water was sampled once a month from January till December 2005. Temperature, pH, dissolved nitrogen concentrations and degree of oxygen saturation of water as well as electrolytic conductivity were measured on site, whereas total suspended solids, phosphates, ammonia, nitrates, nitrites, dissolved substances, sulphates, chlorides, calcium, magnesium, sodium, total iron and manganese were assessed in a laboratory. Single laboratory analyses comprised also BOD5, coliform bacteria count and the number of faeceal coliform bacteria.

The analyzed features revealed a considerable dynamics of changes in individual months and seasons of the year. Values of temperature, pH, phosphates, ammonia, dissolved substances, sulphates, chlorides and magnesium did not exceed the norm for I class water purity. On the other hand the other features exceeded the norm for I class water purity with various frequency, and total suspended solids, iron and manganese concentrations were even higher than II class norm, therefore the stream water was classified to III purity class.

The research demonstrated that water in the Uniszowski stream may be used for consumption only after highly efficient physical and chemical treatment. From among the analyzed features mainly nitrites negatively affect fish living conditions, whereas total suspended solid concentrations and degree of water oxygen saturation do not meet the bathing water criteria only sporadically. Dr inŜ. Andrzej Bogdał Dr hab. inŜ. Krzysztof Ostrowski, prof. UR Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja al. Mickiewicza 24/28 30-059 KRAKÓW e-mail: [email protected], [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 205-212 MODELOWANIE SPŁYWU WÓD PODZIEMNYCH W REJONIE ARBORETUM W PAWŁOWICACH 1 Mieczysław Chalfen 1, Tomasz Kowalczyk 2 1 Katedra Matematyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Zasoby wodne Polski wymagają ochrony i racjonalnego zagospodarowania, co wynika z ich ogólnego niedostatku, jak i znacznej zmienności w czasie i przestrzeni. W rolnictwie i leśnictwie dąŜy się do poprawy warunków retencjonowania wody w okresie jej nadmiaru w celu wykorzystania na potrzeby wegetacji roślin w okresach posusznych [NYC, POKŁADEK 2003]. Efektywnym narzędziem analizy i prognozowania zmian stosunków wodnych jest modelowanie matematyczne [BELMANS i in. 1983; ŁABĘDZKI, ŁOJEK 2000; KOWALCZYK i in. 2005]. W tej pracy modelowanie matematyczne zostało wykorzystane do określenia układu hydroizohips i przeanalizowania kierunków i intensywności spływu wody gruntowej w rejonie Arboretum Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Materiał i metody badań

1 Praca naukowa finansowana ze środków budŜetowych na naukę w latach 2005-2007 jako projekt badawczy.

Ośrodek Badań Dendrologicznych Arboretum połoŜony jest na północno-wschodnim krańcu Wrocławia, w rejonie osiedla Pawłowice i wsi Ramiszów. W skład arboretum wchodzi około 80 ha powierzchni leśnych i zalesionych, parkowych, a takŜe obszary łąk, pól uprawnych oraz staw parkowy i kilka małych oczek wodnych wraz z siecią rowów melioracyjnych [KOSTRZEWA i in. 2004]. W badaniach dynamiki wód podziemnych w rejonie arboretum wykorzystano model matematyczny dla jednowarstwowego przekroju płaskiego w planie. Podstawą modelu jest dwuwymiarowe, w układzie X-Y, równanie Boussinesq’a w wersji niestacjonarnej, pozwalające obliczyć wysokości piezometryczne i kierunki spływu wód gruntowych przy zmiennych w czasie i przestrzeni warunkach brzegowych. Do rozwiązania powyŜszego równania zastosowano metodę elementów skończonych [ZIENKIEWICZ i in. 2005] z podziałem obszaru filtracji wynoszącego 93,3 ha na elementy trójkątne (rys. 1). Opracowana siatka składa się z 3244 węzłów i 6320 trójkątów o średnim polu prawie 150 m2. Średni maksymalny kąt trójkąta wynosi 64°, co pokazuje, Ŝe trójkąty mają kształt zbliŜony do trójkątów równobocznych. Zgodnie z zaleceniami teoretycznymi [ZIENKIEWICZ 2005], elementy trójkątne powinny być zbliŜone do równobocznych, a w obszarach występowania większych gradientów oraz w rejonach, gdzie chcemy uzyskać

M. Chalfen, T. Kowalczyk

206

lepszą dokładność obliczeń, naleŜy siatkę maksymalnie zagęszczać. W przyjętej siatce średni bok trójkąta wynosi 18 m, przy czym w części centralnej badanego obszaru, gdzie spodziewano się większych spadków hydraulicznych i co za tym idzie większych gradientów przepływu, siatkę zagęszczono do 13-15 m. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem autorskiego programu FIZ [CHALFEN 2003]. W pracy przyjęto na brzegu wschodnim warunek cieku niedogłębionego, przyjmując wysokości piezometryczne zgodnie ze stanami rzeki Dobra (rys. 1). Brzeg północny i zachodni opisano warunkiem brzegowym typu Neumana, zadając wielkość dopływu gruntowego q oszacowaną na podstawie rzędnych zalegania zwierciadła wody gruntowej określonych pomiarami [KOWALCZYK i in. 2008]. Dokładne wartości q określono przez tarowanie modelu. Na brzegu zachodnim załoŜono warunek Neumana z dopływem q = 0,15 m3⋅d-1⋅mb-1, a na brzegu północnym q = 0.05 m3⋅d-1⋅mb-1.

Rys. 1. Obszar modelowania z siatką MES i warunkami brzegowymi Fig. 1. Modeling areas with FEM grid and boundary conditions

Uwzględniono niejednorodność warstwy wodonośnej zgodnie z mapami współczynnika filtracji [CHODAK i in. 2005]. Wartość współczynnika filtracji przyjęto w granicach od 20 m⋅d-1 na obszarach zewnętrznych, poprzez 10 m⋅d-1 do 5 m⋅d-1 w części centralnej obszaru. Zasilanie poziomu wodonośnego ze strefy aeracji (dodatnie w okresach infiltracji lub ujemne w okresach parowania) określono na drodze tarowania modelu z wykorzystaniem pomiarów piezometrycznych [CHEŁMICKI i in. 2002; KOWALSKI

q = 0,15 m3·d-1·mb-1

q = 0,05 m3·d-1·mb-1

MODELOWANIE SPŁYWU WÓD PODZIEMNYCH W REJONIE ARBORETUM ...

207

1998]. W okresie wegetacyjnym zasilanie ze strefy aeracji przyjęto w = –0,001 m⋅d-1, tzn. ewapotranspiracja przewyŜsza zasilanie z opadów średnio o 1 mm na dobę. W pozostałym okresie przyjęto zwiększone zasilanie ze strefy aeracji, średni dobowy bilans zasilania z opadów przewyŜsza o 0,00025 m⋅d-1 straty na parowanie. W badaniach wykonanych w rejonie Krotoszyna uzyskano na drodze tarowania modelu matematycznego wartości zasilania infiltracyjnego od 0,000039 m⋅d-1 dla lat suchych do 0,000275 m⋅d-1 dla lat mokrych, przy średniej z wielolecia równej 0,0002 m⋅d-1 [DĄBROWSKI i in. 2006]. Wartości maksymalne zasilania, uzyskane w obu pracach, są zbieŜne, a ujemny bilans zasilania w okresie letnim pokazuje, Ŝe teren arboretum za względu na szatę roślinną jest obszarem o znacznej ewapotranspiracji, gdzie całoroczny bilans opad–ewapotranspiracja wynosi około -700 m3⋅d-1, a zasoby wód podziemnych są uzupełniane przez dopływy boczne z terenów sąsiadujących i z rzeki Dobrej.

Rys. 2. Obliczone linie prądu i hydroizohipsy - wiosna Fig. 2. Calculated stream lines and hydroisohypses – spring Wyniki i dyskusja

Wykonane badania modelowe pozwoliły na zobrazowanie układu hydroizohips i określenie kierunku przemieszczenia się wody gruntowej przy róŜnych głębokościach jej zalegania. Wody dopływające do rozwaŜanego obszaru przez brzeg północny i


208

wschodni oraz wody infiltrujące z górnego i środkowego odcinka rzeki Dobrej przemieszczają się do centralnej, najniŜej połoŜonej części doliny, a następnie spływają w kierunku południowym, zasilając ciek Dobra poprzez dopływ gruntowy oraz istniejącą na obiekcie sieć rowów melioracyjnych. Stwierdzono występowanie róŜnic w kierunku i natęŜeniu spływu wód podziemnych w okresie ich najpłytszego (rys. 2) i najgłębszego (rys. 3) zalegania.

Rys. 3. Obliczone linie prądu i hydroizohipsy - jesień Fig. 3. Calculated stream lines and hydroisohypses - autumn

W okresie wiosennym obszar arboretum zasilany jest najintensywniej od strony północno-zachodniej, z wyŜej połoŜonych terenów przyległych. Z Dobrej woda infiltruje na teren arboretum jedynie na północno-wschodnim krańcu obiektu, posuwając się w dół biegu rzeki widać jego coraz bardziej neutralny charakter. Zmiana charakteru cieku wynika z istnienia na Dobrej dwóch progów piętrzących wodę (rys. 1). Na południowo-wschodnich krańcach obiektu Dobra posiada charakter drenujący, co pozwala na odprowadzanie wody z systemu wodno-melioracyjnego arboretum. W okresie jesiennym, kiedy na skutek ewapotranspiracji zasoby retencji gruntowej ulegają zmniejszeniu, zmniejsza się intensywność zasilania od strony zachodniej, wzrasta natomiast zasilający wpływ rzeki Dobrej, co symetryzuje dopływ do osi doliny w stosunku do okresu wiosennego.


209

Oceniając przebieg linii prądu na rysunkach 2 i 3 moŜna stwierdzić, Ŝe w okresach wysokich stanów zwierciadła wody gruntowej, w południowej części obiektu infiltruje ona na wschód do koryta rzeki Dobrej (poniŜej progów piętrzących). Przy stanach niskich kierunek spływu jest zbieŜny z układem istniejących na obiekcie rowów melioracyjnych.

Rys. 4. RóŜnice w rzędnych zwierciadła wody gruntowej między wiosną a jesienią Fig. 4. Differences between spring and autumn groundwater levels

Analizując wykres róŜnic w rzędnych zalegania zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosennym oraz jesiennym (rys. 4) moŜna stwierdzić, Ŝe amplituda wahań zwierciadła wody gruntowej jest najmniejsza (około 0,4 m) przy korycie rzeki Dobrej i wzrasta w kierunku zachodnim, osiągając około 1,0 m w części centralnej arboretum. Największą (około 1,4 m) amplitudą wahań lustra wody charakteryzują się zachodnie i północno-zachodnie krańce obiektu.

Obraz uzyskany z modelu jest zgodny z obserwowanym w terenie układem hydroizohips zarówno w okresie wiosennym przy wysokich stanach wód gruntowych i powierzchniowych, jak i w okresie późnojesiennym [KOWALCZYK i in. 2008]. Pozwala to na zastosowanie opracowanego modelu do analizy wpływu zmian sposobu funkcjonowania istniejącego systemu wodno-melioracyjnego obiektu, w związku z planami jego modernizacji, na zasoby retencji gruntowej oraz badań nad kształtowaniem się zasobów wodnych terenów zalesionych [KOWALCZYK i in. 2008] .


210

Wnioski

Przeprowadzone badania modelowe dynamiki zwierciadła wody gruntowej w

rejonie Arboretum w Pawłowicach pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: 1. Zasilanie warstwy wodonośnej arboretum wynoszące, na podstawie tarowania

modelu, q = 0,05–0,15 m3⋅d-1⋅mb-1 następuje poprzez dopływ z wyŜej połoŜonych obszarów na północy i zachodzie obiektu; dopływ na północnym wschodzie występuje takŜe z rzeki Dobrej.

2. W okresie wegetacyjnym na podstawie tarowania modelu przyjęto, Ŝe zasilanie

ze strefy aeracji wynosi -0,001 m⋅d-1, tzn. ewapotranspiracja przewyŜsza zasilanie z opadów średnio o 1 mm na dobę; w pozostałym okresie przyjęto zasilanie ze strefy aeracji większe od start na parowanie o 0,00025 m⋅d-1.

3. Spływ wód podziemnych w rejonie arboretum występuje w kierunku do najniŜej

połoŜonej, centralnej części obiektu, a następnie wzdłuŜ rzeki Dobrej, która na południu obiektu stanowi odbiornik dla wód gruntowych oraz odprowadzanych przez system wodno-melioracyjny.

4. Układ hydroizohips zmienia się w zaleŜności od stanu retencji gruntowej; na

wiosnę największe zasilanie arboretum występuje z obszarów wyŜej połoŜonych leŜących na zachodzie, jesienią po wyczerpaniu zasobów wodnych teren jest zasilany równie intensywnie od strony wschodniej przez rzekę Dobrą.

5. Ciek Dobra wpływa stabilizująco na wahania zwierciadła wody gruntowej na

terenach przyległych, których roczna amplituda w jego sąsiedztwie wynosi około 0,4 m, a w miarę oddalania się wzrasta przy zachodnich granicach obiektu do około 1,4 m.

6. Zbudowany model moŜe być wykorzystany do analizy wpływu wybranych

elementów hydrologicznych na wahania wód gruntowych, zmiany kierunków przepływu, zmiany retencji gruntowej itp., co będzie pomocne przy pracach związanych z przebudową systemu wodno-melioracyjnego obiektu oraz przy ocenie wpływu prac inŜynieryjnych na stosunki wodne arboretum.

Literatura BELMANS C., WESSELING J.G., FEDDES R.A. 1983. Simulation model of the water balanse of a cropped soil. SWARTE. J. Hydrol. 63: 271-286.

CHALFEN M. 2003. Opis programu FIZ – Filtracja i Zanieczyszczenia. XXXIII Se-minarium Zastosowań Matematyki. Kobyla Góra, 9-12 IX 2003: 37-40.

CHEŁMICKI W., CISZEWSKI S., śELAZNY M. 2002. Model wahań zwierciadła wód podziemnych w Puszczy Niepołomickiej. Czas. Techn. Polit. Krakowskiej, InŜynieria Środowiska 4-Ś: 19-26.

CHODAK T., KABAŁA C., BOGACZ A., KARCZEWSKA A., JEZIERSKI P., GAŁKA B. 2005. Gle-bowo-wilgotnościowe uwarunkowania róŜnorodności przyrodniczej w dolinie Dobrej w Pawłowicach na obszarach projektowanego Arboretum Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Sprawozdanie za 2003-2004 r., Wrocław.

DĄBROWSKI S., RYNARZEWSKI W., PAWLAK A., HERCKA A., JANISZEWSKA B. 2006. Identyfi-kacja modelowa zmienności zasilania ujęcia wody podziemnej Zduny dla miasta


211

Krotoszyna w czasie jego 50-letniej eksploatacji. Geologos 10: 19-33.

KOSTRZEWA S., PŁYWACZYK A., KOWALCZYK T. 2004. Ocena stosunków wodnych na terenie Arboretum. Mat. sem. „Stan obecny i kierunki rozwoju Arboretum Akademii Rolniczej we Wrocławiu”, Wrocław-Pawłowice, 8 XI 2004: 14.

KOWALCZYK T., CHALFEN M., PŁYWACZYK A. 2005. Modeling of groundwater table posi-tion in the subsurface irrigation on afforested (formerly arable) lands. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities. Www. Ejpau. <http://www.ejpau.media.pl/volume8/issue3/art-20.html>.

KOWALCZYK T., ORZEPOWSKI W., PĘCZKOWSKI G. 2008. Ocena moŜliwości rewaloryzacji systemu wodno-melioracyjnego na terenie Arboretum w Pawłowicach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 230-235.

KOWALCZYK T., PĘCZKOWSKI G., ORZEPOWSKI W. 2008. Ocena stosunków wodnych Arboretum w Pawłowicach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 237-242.

KOWALSKI J. 1998. Hydrogeologia z podstawami geologii. Wyd. AR we Wrocławiu: 351 ss.

ŁABEDZKI L., ŁOJEK W. 2000. Sterowanie nawodnieniami podsiąkowymi uŜytków zielo-nych w dolinie Noteci Górnej. WMiŁ 1: 16-19.

NYC K., POKŁADEK R. 2003. Efekty regulowania odpływu ze zmeliorowanych obiektów w małych zlewniach rolniczych. Acta Scientiarum Polonorum, Formatio Circumiectus 2: 3-12.

ZIENKIEWICZ O.C., TAYLOR R.L., NITHIARASU P. 2005. Finite element method for fluid dynamics. Elsevier: 400 ss.

Słowa kluczowe: modelowanie matematyczne, ruch wody gruntowej, stosunki

wodne lasu Streszczenie

W pracy omówiono wyniki badań modelowych dynamiki kształtowania się zwierciadła wody gruntowej w rejonie Arboretum w Pawłowicach Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Stwierdzono, Ŝe wody dopływające do rozwaŜanego obszaru przez brzeg północny i wschodni oraz wody infiltrujące z górnego i środkowego odcinka rzeki Dobra przemieszczają się do centralnej, najniŜej połoŜonej części doliny. Następnie spływają w kierunku południowym zasilając ciek Dobra poprzez dopływ gruntowy oraz istniejącą na obiekcie sieć rowów melioracyjnych. Tereny leŜące przy rzece charakteryzują się rocznymi wahaniami zwierciadła wody gruntowej wynoszącymi około 0,4 m, a w miarę oddalania się od cieku amplituda wzrasta przy zachodnich granicach obiektu do około 1,4 m. GROUNDWATER FLOW MODELING IN THE ARBORETUM IN PAWŁOWICE Mieczysław Chalfen 1, Tomasz Kowalczyk 2 1 Department of Mathematics, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław


212

2 Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: mathematical modeling, groundwater movement, forest water condition Summary

The paper presents the results of groundwater dynamics research in Agricultural University Arboretum in Pawłowice near Wrocław. The authors proved, that water flowing to the considered area through the north and west boundary and water infiltrating from the upper and medium section of the Dobra river moves to the central, lowest part of the valley. Next, it flows south supplying the Dobra river by groundwater inflow and existing network of drainage ditches. A yearly fluctuations of groundwater level near the river equal 0.4 m, while nearby the west boundary they increase to 1.4 m. Dr Mieczysław Chalfen Katedra Matematyki Uniwersytet Przyrodniczy ul. Grunwaldzka 53 50-357 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 213-222 OCENA SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA ROWÓW MELIORACYJNYCH NA TERENACH ROLNICZYCH Robert Kasperek 1, Mirosław Wiatkowski 2 1 Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Katedra Ochrony Powierzchni Ziemi, Uniwersytet Opolski Wstęp

Współczesne melioracje powinny zapewniać gruntowne ulepszanie ekosystemów uŜytków rolnych, leśnych i wód powierzchniowych, z utrzymaniem równowagi przyrodniczej, a takŜe ograniczać wpływ ekstremalnych zjawisk naturalnych (powodzie, erozja, susze) na gospodarkę. Potrzeba melioracji wynika z niesprzyjających naszemu rolnictwu warunków klimatycznych, a zwłaszcza niekorzystnego rozkładu opadów w ciągu roku, występowania lat suchych i mokrych [MARCILONEK i in. 1995]. Jak podaje LIPIŃSKI [2006], ze względu na czasową i przestrzenną zmienność warunków pogodowych na terenie naszego kraju, które prowadzą na przemian do powodzi i susz, naleŜy budować i utrzymywać w sprawności odpowiednie urządzenia wodne. Podstawowym zadaniem melioracji jest optymalizacja układu czynników plonotwórczych w środowisku (woda, powietrze, temperatura, światło, składniki pokarmowe) w całym okresie rozwoju roślin w celu zwiększenia produkcji rolnej, ulepszanie i kształtowanie siedliska, ochrona, kształtowanie i reprodukcja zasobów wodnych. Melioracje obejmują działania polepszające zdolność produkcyjną gleb, ułatwiają jej uprawę oraz chronią uŜytki rolne przed powodziami [PRAWO WODNE 2001; NYC, POKŁADEK 2007]. Podstawowym zagadnieniem związanym z gospodarką wodną gleb jest zapewnienie optymalnej wilgotności w warstwie korzeniowej. Wilgotność ta jest uzaleŜniona od ilości i rozkładu opadów, a takŜe temperatur powietrza, głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej oraz właściwości fizyko-wodnych profilu glebowego [PŁYWACZYK i in. 2007]. Podobnie stwierdza w swojej pracy Kostrzewa [KOSTRZEWA i in. 1994], Ŝe wielkość zapasów wody w glebie uzaleŜniona jest od opadów atmosferycznych i ewentualnego zasilania wodami rzecznymi.

Zgodnie z Prawem Wodnym [PRAWO WODNE 2001] kierunki rozwoju melioracji wodnych powinny wynikać z rzeczywistych potrzeb gospodarki, a takŜe racjonalnego kształtowania i ochrony cennych zasobów przyrody. Podstawowym kryterium w działalności gospodarczej i melioracyjnej powinna być zasada zrównowaŜonego rozwoju. Ponadto zadania w zakresie melioracji powinny uwzględniać aktualną kondycję rolnictwa oraz występujące i prognozowane w nim przemiany. Prawidłowo

R. Kasperek, M. Wiatkowski

214

zaprojektowane i eksploatowane systemy melioracyjne o działaniu odwadniająco-nawadniającym, zdolne do odpowiedniego kształtowania stosunków powietrzno-wodnych w glebie, pozwalają na stabilizację poziomu produkcji rolniczej na odpowiednio wysokim poziomie, zwiększenie efektywności zuŜycia wody przez rolnictwo, poprawę jakości wód w odbiornikach w wyniku lepszego wykorzystania biogenów przez roślinność [NYC, POKŁADEK 2007].

Celem pracy jest ocena działania urządzeń melioracji szczegółowych oraz ich wpływ na zdolność produkcyjną gleb terenów przyległych na przykładzie obiektu we wsi Chrząszczyce. Metodyka i zakres badań

W celu określenia skuteczności działania rowów melioracyjnych autorzy pracy wykonali: • inwentaryzację terenu i urządzeń melioracyjnych objętych analizą, • niwelację terenu i określili kierunki spływu wód opadowych, • odwierty hydrogeologiczne i wywiad terenowy z uŜytkownikami gruntów

rolnych, • analizę opadów deszczowych oraz wyznaczyli obszar oddziaływania urządzeń

melioracyjnych stopnia szczegółowego, • obliczenia spływu powierzchniowego ze zlewni badanego terenu, • obliczenia przepustowości hydraulicznej rowów melioracyjnych, • obliczenia zasięgu depresji rowu melioracyjnego [KASPEREK, WIATKOWSKI 2006a].

Badania zrealizowano w okresie jesiennym 2006 roku na terenie gruntów rolnych wsi Chrząszczyce (gmina Prószków). Charakterystka badanego obszaru

Teren badań stanowią grunty rolne połoŜone w obrębie wsi Chrząszczyce w gminie Prószków (rys. 1). Badany teren (działki Nr 158/12 i 159/12) ma kształt równoległoboku o wymiarach boków 24 m i 90 m (rys. 2) i graniczy z następującymi działkami: Nr 157/12, 318/12, 160/12, 161/12, 162/12 i 171/12.

Badany teren wg aktualnej ewidencji gruntów powinien być uŜytkowany jako łąki (ŁIV), natomiast z inwentaryzacji przeprowadzonej przez autorów wynika, Ŝe jest on uŜytkowany jako grunty orne.

Na badanym terenie oraz w jego sąsiedztwie znajdują się następujące rowy (rys. 1 i 2): • rów R1 o szerokości w dnie 30 cm, głębokości 60 cm, długości ok. 100 m

i spadku dna 4%, który przebiega zgodnie ze spadkiem terenu. Jest on zarośnięty krzakami, niekonserwowany i okresowo prowadzi wodę,

• rów melioracyjny RF-2 o długości 500 m, szerokości w dnie 0,5 m i głębokości 1

OCENA SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA ROWÓW MELIORACYJNYCH ...

215

m. Odbiera on wodę z badanych terenu oraz z gruntów połoŜonych powyŜej, • rów melioracyjny RF-1 ma długość 270 m, szerokość w dnie 0,5 m i głębokość 1

m. Jest on usytuowany prostopadle do rowu RF-2, od którego odbiera wodę i przekazuje do cieku podstawowego Olszanka.

O odwierty; drilling wells R rowy; ditches RF rowy melioracyjne; ditches irrigation M występowanie margli; marl occurrence D drenarz; drainage Rys. 1. Mapa badanego obszaru (BD) we wsi Chrząszczyce Fig. 1. Map of the studied area (BD) in Chrząszczyce village


216

Rys. 2. Schemat lokalizacji badanego terenu we wsi Chrząszczyce Fig. 2. Schematic diagram of the studied area in Chrząszczyce village Badania i dyskusja wyników

Zarówno pomiary, jak i obliczenia wykazały, Ŝe spadek badanego terenu jest rzędu 4%. Kierunki spływu wód opadowych są tu takie, Ŝe część wód będzie kierować się do lokalnego obniŜenia terenu, a następnie do rowu R1 i rowu R2, dalej przez przepust p1 do rowu R3. W efekcie wody te dostaną się do rowu melioracyjnego RF-2, RF-1 i do cieku Olszanka, która jest dopływem Odry. NaleŜy dodać, Ŝe część wód, które wsiąkną przejmie niesystematyczny drenaŜ podziemny D (rys. 1), który znajduje się na tym terenie, tuŜ poniŜej [KASPEREK, WIATKOWSKI 2006a]. Odwierty hydrogeologiczne


217

Na badanym terenie wykonano trzy odwierty O1, O2 i O3 do głębokości 1,5–2,1

m w celu określenia wysokości połoŜenia wód gruntowych (rys. 1 i 2, fot. 1) [KASPEREK, WIATKOWSKI 2006b]. Pierwszy odwiert O1 wykonano tuŜ przy drodze polnej (rys. 1). Zwierciadło wody układało się na głębokości 67-70 cm od terenu. Profil glebowy tworzy warstwa urodzajna i piaski, które zaczynają się na głębokości 40 cm.

Fot. 1. Widok na badany teren i rowy w Chrząszczycach: 1 - kierunki spływu wody, 2 -

badany teren, 3 - rów R1, 4 - rów R2, 5 - rów R3, 8 - rów RF-2 Photo 1. View of the studied area and drainage ditches in Chrząszczyce village: 1 - directions

of water flow, 2 - studied field, 3 - ditch R1, 4 - ditch R2, 5 - ditch R3, 8 - ditch RF-2 Drugi odwiert O2 wykonano w północnej części obiektu. Zwierciadło wody

gruntowej zalegało na głębokości 68-70 cm od terenu. W profilu glebowym znajdują się gleby dobrej klasy i piaski (równieŜ na głębokości 35-40 cm).

Trzeci odwiert O3 został wykonany tuŜ przy drodze polnej (rys. 1). W profilu odwiertu, który wykonano do ponad 1,8 m nie stwierdzono wody. Odwiert ten wykonano w lokalnym obniŜeniu, w celu określenia przyczyn występujących tu często zastoisk wód opadowych. Okazało się, Ŝe pobrany materiał podczas wierceń to margle M (rys. 1), tworzące nieprzepuszczalne podłoŜe, które nie pozwalają na wsiąkanie nadmiaru wód z opadów i ze spływu powierzchniowego. Jest to jedna z przyczyn - oprócz nieistniejącego tu juŜ rowu - powstawania lokalnych podtopień. Spływ powierzchniowy

Woda spływająca z terenu po ulewnych deszczach i roztopach tworzy spływ


218

powierzchniowy, który w efekcie wywołuje erozję wodną gleby. Szczególnie dotkliwa jest ona na terenach, których spadek jest rzędu kilku % i więcej. Na badanym terenie występują spadki terenu dochodzące do 4%, a występujące tu gleby pylasto-rędzinowe są bardzo podatne na działanie erozyjne. Wśród wielu działań rolniczych i technicznych zapobiegających niszczeniu gleb i upraw rolniczych na szczególną uwagę zasługują prace melioracyjno-techniczne.

Autorzy dokonali obliczeń spływu powierzchniowego wód z opadów dla badanego obszaru w okresie wezbrań z formuły (1): Q = 0,278α⋅I⋅F = B⋅F (1) gdzie: Q natęŜenie przepływu (m3⋅s-1),

0,278 współczynnik przeliczeniowy jednostki, α współczynnik odpływu z opadów deszczowych, I natęŜenie deszczu (mm⋅h-1), F powierzchnia zlewni w km2.

NatęŜenie deszczu nawalnego obliczono ze wzoru Lambora (2) [LAMBOR 1971]:

I = [(38-12log(p))⋅H0,28]⋅(t+o)n (2) gdzie: p prawdopodobieństwo przekroczenia opadu (%),

H wysokość średniego rocznego opadu (m), t czas trwania deszczu (godz.), o, n parametry wzoru, będące funkcjami wysokości opadu H.

Z obliczeń wynika, Ŝe jednostkowy spływ powierzchniowy wynosi 3 dm3⋅s-1, na-

tomiast z całej powierzchni obszaru objętego oddziaływaniem rowu RF-2 jest on rzędu 200 dm3⋅s-1. Oddziaływanie rowów na tereny przyległe i ich hydrauliczna przepustowość

Podstawowym celem odwadniania jest usuwanie przyczyn powstawania nad-miernego uwilgotnienia i jego skutków. Najczęściej wykonuje się to przez obniŜenie poziomu wód gruntowych i odprowadzenie ich nadmiaru siecią rowów melioracyjnych i drenaŜy podziemnych. Dlatego teŜ działanie rowów powinno polegać na przechwyceniu nadmiaru wód w taki sposób, aby ich spływ po zakończeniu długotrwałych opadów lub wiosennych roztopów nie trwał dłuŜej niŜ przez dopuszczalny okres nieszkodliwego uwilgotnienia lub zalania upraw. Czas ten zaleŜy od rodzaju upraw oraz od okresu ich rozwoju. Orientacyjnie wynosi on 20-25 dni dla łąk i 7-15 dni dla ozimin i upraw jarych w okresie pozawegetacyjnym, a w okresie wegetacyjnym 1,5 dnia dla łąk i 0,5 dnia dla upraw rolnych [KLUGIEWICZ 1992]. Rowy szczegółowe odwadniająco-nawadniające mają za zadanie równomiernie osuszyć teren przez przechwycenie wód powierzchniowych oraz obniŜyć zwierciadło wody gruntowej w terenie przylegającym.

Autorzy w celu sprawdzenia czy rowy funkcjonują skutecznie i czy spełniają podstawowe zadanie, tj. przechwytują nadmiar wód, oraz czy korzystnie oddziaływują na tereny przyległe, przeanalizowali zasięg ich depresji. Obliczenia zasięgu krzywej depresji wykonano dla okresu wegetacyjnego IV-IX. Z analizy pomiarów i danych wynika, Ŝe:


219

• średni opad miesięczny dla tego okresu (rok 2006) wynosi 53 mm, • współczynnik filtracji k dla warstw tworzących profil glebowy wynosi 8,64 m⋅d-1, • napełnienie Ho w rowie przyjęto w zakresie 0,2-1,0 m, • połoŜenie zwierciadła wody gruntowej kształtuje się na poziomie 0,70 m (HR =

7,8 m).

Z obliczeń wynika, Ŝe w zakresie głębokości wody w rowie od 0,2 m do 1,0 m zasięg krzywej depresji pokrywa się z granicą obszaru oddziaływania rowu wyznaczoną w oparciu o pomiary terenowe oraz analizę map badanego terenu. W planach melioracyjnych wyznaczane są obszary oddziaływania melioracji szczegółowych dla określenia zasięgu ich oddziaływania. Zgodnie z polską normą [MELIORACJE WODNE 1996] obszar oddziaływania jest rozumiany jako obszar znajdujący się w zasięgu dodatniego wpływu urządzeń melioracyjnych. Podstawą do wyznaczania obszaru oddziaływania urządzeń melioracyjnych są mapy sytuacyjno-wysokościowe w skali 1 : 2000 z wrysowaną siecią urządzeń melioracyjnych, mapy glebowo-wodne z wrysowanymi konturami gleb wymagających melioracji i profile podłuŜne rowów i rurociągów. Wyznaczone strefy oddziaływania melioracji powinny uwzględniać jakość gleb w obszarze drenowania. Jednak, wraz z działaniami melioracyjnymi, właściwości gleb ulegają zmianie. Skutkuje to zmianą granic strefy oddziaływania melioracji. Strefa ta pod względem zasięgu jest zatem zmienna – zaleŜnie od aktualnej jakości gleb i innych czynników (w tym przede wszystkim klimatycznych). Dlatego do celów projektowych przyjmuje się uproszczenia w wyznaczaniu stref oddziaływania i nie w pełni odzwierciedlają one rzeczywisty zasięg odwadniający melioracji – zwłaszcza w terenach przyległych do granic strefy oddziaływania.

Najkorzystniejsze w okresie wegetacyjnym głębokości zwierciadła wody dla naszych polskich warunków w gruntach mineralnych wynoszą dla łąk 50-80 cm, dla pastwisk 70-120 cm i dla pól uprawnych 90-120 cm. W celu uniknięcia zarastania i zamulania rowu, głębokość wody nie powinna być zbyt mała i poŜądane jest, aby wynosiła co najmniej 0,2-0,5 m [PAŁYS, SMORĘDA 1986].

Autorzy przeprowadzili obliczenia hydraulicznej przepustowości rowu RF-2. W celu sprawdzenia, czy jest ona wystarczająca do przejęcia i odprowadzenia wód pochodzących ze spływu powierzchniowego podczas deszczów nawalnych z badanego terenu wykorzystano wzór na natęŜenie przepływu Q = v⋅F oraz formułę Chezy na średnią prędkość wody w korytach otwartych: vśr = C⋅(R⋅I)0,5 gdzie: vśr średnia prędkość wody (m⋅s-1),

C współczynnik prędkości Chezy, C = R1/6⋅n-1, R promień hydrauliczny, R = F⋅U-1 (m), F pole powierzchni czynnego przekroju rowu (m2), U obwód zwilŜony (m), n współczynnik szorstkości, I spadek hydrauliczny.

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe przepustowość rowów melioracyjnych zmienia się

w zaleŜności od ich stanu. W tym celu obliczenia wykonano w dwóch wariantach: • gdy stan koryta rowu jest dobry (prowadzona jest systematyczna konserwacja, n

= 0,02), • gdy koryto jest zarośnięte i zamulone (brak jest konserwacji, n = 0,08).


220

Obliczenia przepustowości rowu RF-2 wykazały, Ŝe moŜe on przejmować całość wód opadowych oraz spływ, a takŜe odprowadzać je do odbiornika cieku Olszynka.

Analiza spływu powierzchniowego i ocena konfiguracji badanego terenu wskazują na potrzebę wykonania dodatkowych rowów, które by przechwytywały wody podczas deszczów nawalnych. Są to rowy R4, R5 i R6 (rys. 1), które odprowadzałyby wody do rowu RF-2. Wnioski i zalecenia

Przeprowadzone badania wskazują, Ŝe niesystematyczna sieć rowów otwartych na badanym terenie poprawia stosunki wodne, w granicach ich bezpośredniego oddziaływania. Wynika z nich m.in., Ŝe: • badany teren we wsi Chrząszczyce podlega bezpośredniemu oddziaływaniu rowu

RF-2, przez co poprawia się zdolność produkcyjna gleb, • rów RF-2 przejmuje opad i spływ wód z badanego terenu, a jego przepustowość

jest wystarczająca, co pozwala na znaczną redukcję negatywnych skutków susz, roztopów i wezbrań,

• zasięg krzywej depresji, tj. skutecznego i korzystnego oddziaływania rowu RF-2,

pokrywa się z obszarem, który został wyznaczony w oparciu o pomiary terenowe i kierunki spływu wód. Tym samym rów ten wywiera korzystny wpływ na stosunki wodno-powietrzne gleb na przyległym terenie. NaleŜy równieŜ zaznaczyć, Ŝe rów RF-1, do którego są odprowadzane wody z rowu RF-2, odgrywa teŜ waŜną rolę, gdyŜ jest odbiornikiem wód z ww. rowu, i przekazuje je dalej do Olszanki jako cieku podstawowego,

• odwierty hydrogeologiczne wykazały, Ŝe zwierciadło wody gruntowej zalega tu

na głębokości rzędu 0,65–0,70 m. W dolnej części badanego obszaru występują nieprzepuszczalne margle, które zatrzymują wody opadowe i wywołują lokalne uwilgotnienie terenu.

Aby zdolność produkcyjna badanego obszaru uległa znacznej poprawie, autorzy

pracy w odniesieniu do sieci rowów otwartych zalecają: • systematyczną konserwację istniejących rowów polegającą na odmulaniu

i wykaszaniu roślinności, • odtworzenie zaoranego rowu R2 i R3, • wykonanie nowych rowów R4, R5 i R6, • modernizację podziemnej sieci drenarskiej w rejonie zalegania nieprzepusz-

czalnych margli. Literatura KASPEREK R., WIATKOWSKI M. 2006a. Inwentaryzacja działek i urządzeń melioracyjnych, pomiary, wywiad terenowy i dokumentacja fotograficzna we wsi Chrząszczyce, gmina Prószków. Maszynopis, Wrocław-Opole. Obliczenia hydrologiczno-meteorologiczne, hydrogeologiczne i hydrauliczne działek oraz urządzeń melioracyjnych we wsi Chrząszczyce, gmina Prószków. Maszynopis, Wrocław-Opole.

KASPEREK R., WIATKOWSKI M. 2006b. Wykonanie odwiertów hydrogeologicznych na wybranych działkach we wsi Chrząszczyce, gmina Prószków oraz ich analiza. Ma-szynopis, Wrocław-Opole.

KLUGIEWICZ J. 1992. Polderyzacja terenów depresyjnych. TWWP, Bydgoszcz: 467 ss.


221

KOSTRZEWA S., PŁYWACZYK A., ORZEPOWSKI W., NOWACKI J. 1994. Odnawialność zaso-bów retencji wodnej gleb. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Konferencje III, Tom 2, Nr 246: 127-134.

LAMBOR J. 1971. Hydrologia inŜynierska. Arkady, Warszawa: 364 ss.

L IPIŃSKI J. 2006. Zarys rozwoju oraz produkcyjne i środowiskowe znaczenie melioracji w świetle badań. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 5(1): 3-15.

M ARCILONEK S., KOSTRZEWA S., NYC K., DRABIŃSKI A. 1995. Cele i zadania współczes-nych melioracji wodnych, w: Ekologiczne aspekty melioracji wodnych. L. Tomiałojć (red.). Wyd. Instytutu Ochrony Przyrody PAN, Kraków: 71-84.

M ELIORACJE WODNE 1996. Obszar oddziaływania. PN-92/B-12041.

NYC K., POKŁADEK R. 2007. Celowość i kierunki rozwoju melioracji w Polsce. Wia-domości Melioracyjne i Łąkarskie 3: 101-105.

PAŁYS F., SMORĘDA Z. 1986. Poradnik technika melioranta. PWRiL, Warszawa: 620 ss.

PAZDRO Z. 1977. Hydrogeologia ogólna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa: 735 ss.

PŁYWACZYK L., OLSZEWSKA B., ŁYCZKO W., KLAUS R. 2007. Oddziaływanie stopnia wodnego na Odrze w Brzegu Dolnym na koryto rzeki i warunki wodne w dolinie. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie 3: 106-114.

PRAWO WODNE 2001. Ustawa z dnia 18 lipca 2001, z późn. zmianami.

Słowa kluczowe: rowy, uŜytki rolne, spływ, krzywa depresji Streszczenie

Praca dotyczy oceny działania rowów melioracyjnych i ich wpływu na kształtowanie się stosunków wodnych na terenach rolniczych. Przeanalizowano m.in. drogi spływu wód na terenach znajdujących się we wsi Chrząszczyce (gmina Prószków, województwo opolskie), dokonano obliczeń spływu powierzchniowego w zlewni obejmującej oddziaływanie rowów melioracyjnych oraz oszacowano ich hydrauliczną przepustowość. Wykonano odwierty hydrogeologiczne i pomierzono głębokość zalegania wód gruntowych na badanym obszarze. Stwierdzono, Ŝe obliczenia zasięgu krzywej depresji rowu są zgodne z pomiarami wykonanymi na badanym obszarze. Wyniki badań świadczą o skutecznym działaniu rowu i jego pozytywnym wpływie na zdolność produkcyjną przyległych terenów. ESTIMATION OF WORKING EFFICIENCY OF THE DRAINAGE DITCHES ON THE AGRICULTURAL LANDS Robert Kasperek 1, Mirosław Wiatkowski 2 1 Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Department of Land Protection, Opole University Key words: ditch, arable land, run-off, depression curve Summary


222

The paper concerns the estimation of working of the drainage ditches and their influence on forming water relations on the agricultural lands. Run-off directions of surface water on lands located in Chrząszczyce village (Prószków community, Opole province) were analyzed, calculations of run-off from the basin area including the interaction range of drainage ditch were performed, and hydraulic flow capacity of drainage ditches was calculated. Hydro-geological bore-holes were made and depth of the ground water level was measured in the studied area. It was stated that calculations of depression curve range of the ditch are compatible with the measurements performed in the studied area. The results of in the studies attested about the effective working of the ditch and its positive influence on the productive potential of the adjacent lands. Dr inŜ. Robert Kasperek Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected] Dr inŜ. Mirosław Wiatkowski Katedra Ochrony Powierzchni Ziemi Uniwersytet Opolski ul. Oleska 22 45-052 OPOLE e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 223-229 WPŁYW WARUNKÓW ATMOSFERYCZNYCH NA ODPŁYW ZWI ĄZKÓW AZOTU ZE ZLEWNI ZDRENOWANEJ Józef Koc, Kamil Solarski, Justyna Koc-Jurczyk Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Wstęp

Warunki atmosferyczne naleŜą do najwaŜniejszych czynników wpływających na wymywanie składników chemicznych z obszarów uŜytkowanych rolniczo. Dotyczy to szczególnie azotu uwaŜnego za podstawowy czynnik produkcji, którego obieg w agroekosystemie jest wraŜliwy na warunki siedliskowe. Ulega on łatwo przemianom między formami organicznymi i mineralnymi [MESSENBURG i in. 2004]. Wysoka produkcyjność azotu sprzyja stosowaniu go w dawkach przekraczających optymalne zaopatrzenie roślin, powodujących niepełne jego wykorzystanie [SAPEK 1996; SOLARSKI 2002]. Stąd jednym z pierwszych objawów zanieczyszczenia środowiska przez rolnictwo było pojawienie się znaczących, często niebezpiecznych ilości azotanów w wodach gruntowych i powierzchniowych [FOTYMA 1996]. Rolnictwo jest uznawane za rozproszone źródło zanieczyszczeń w wodach gruntowych, głównie azotu [ALMASRI, KALUARACHCHI 2004]. Istnieje wiele danych literaturowych potwierdzających wpływ nawoŜenia rolniczego na wzrost stęŜenia azotu azotanowego (V) w wodach gruntowych [HUDAK 2000; HARTER i in. 2002; ALMASRI, KALUARACHCHI 2004].

W glebach występują często róŜnice między wielkością aktualnego zapotrze-bowania roślin na azot a ilością dostępnych jego form. Azotany, z uwagi na łatwą przyswajalność przez rośliny, są chętnie stosowaną formą nawozów azotowych, szczególnie w okresach spowolnienia uruchamiania azotu z zapasów glebowych i nawozów organicznych. Niewykorzystane przez rośliny azotany nie podlegają innym rodzajom sorpcji i łatwo przemieszczają się w glebie. Przez przewaŜającą część roku (poza latem), w glebach naszej strefy klimatycznej przewaŜa ruch wody w dół profilu i odpływ systemem melioracyjnym do wód otwartych. Azotany są niepoŜądane ze względu na udział w eutrofizacji i wtórnym zanieczyszczeniu oraz szkodliwość ich samych i pochodnych ich przemian dla organizmów wodnych [YAN i in. 1999; CHEN i in. 2004].

Od kilkudziesięciu lat stwierdza się związek stęŜeń azotanów w wodach z intensywną produkcją rolną o wysokim nawoŜeniu oraz z wpływem duŜych ferm chowu zwierząt o nieuporządkowanym sposobie przechowywania odchodów [KOC i in. 1996]. Ma temu zapobiec stosowanie tzw. dobrych praktyk rolniczych [FOTYMA 1996], ale czy to wystarczy? Odpływ azotanów do wód powierzchniowych naleŜy wiązać z systemami odwodnienia gleb, które były tworzone z myślą o jak najszybszym odpływie wód, co przyspiesza nagrzewanie gleb i uruchomienie procesów biologicznych oraz

J. Koc, K. Solarski, J. Koc-Jurczyk

224

odpływ biogenów [M ILLER i in. 2001; KOC, SZYMCZYK 2003; LIPIŃSKI 2003]. Rola systemów melioracyjnych w odprowadzaniu biogenów do wód jest ciągle dyskusyjna. Ustabilizowanie poziomu wód gruntowych na optymalnym dla roślin poziomie i wcześniejsze wiosenne ocieplenie gleb, sprzyja rozwojowi systemu korzeniowego i pobierania składników z głębszych warstw gleby. Brak odwodnienia nie tylko ogranicza odpływ biogenów poza glebę, ale powodując niedobory tlenu, sprzyja denitryfikacji azotanów. Problemem jest regulacja odpływu wód i ich retencja w obrębie ekosystemów rolniczych na okres letnich niedoborów. Dałoby to moŜliwość powrotu biogenów do obiegu rolniczego. Dopracowanie powyŜszych koncepcji i ich skuteczność zaleŜą od poznania dynamiki odpływu biogenów systemami melioracyjnymi.

Celem niniejszej pracy było określenie dynamiki odpływu azotanów i azotu amonowego ze zlewni rolniczej i poznanie wpływu stosowanego systemu odwodnienia na dynamikę tego procesu w powiązaniu z warunkami atmosferycznymi. Materiały i metody badań

Badania przeprowadzono w zlewni uŜytkowanej rolniczo na Pojezierzu Olsztyńskim. Zlewnia o powierzchni 4,7 ha, odwadniana jest systemem drenarskim (do jeziora BartąŜek). Dominują tu utwory macierzyste gleb piaszczystych (68%). Pozostałe to piaski gliniaste lekkie - wytworzone z glin zwałowych. Spadki terenu < 6% (20% powierzchni terenu), 6-12% (na 40%), 12-18% (na 32%), > 18% (na 8%). Gleby tej zlewni, z uwagi na znaczne spadki (nawet powyŜej 18%) i o luźnym składzie piaszczystym, są podatne na procesy erozyjne. Grunty orne zajmują 96% aerału. Zlewnia naleŜy do bezleśnych, jest równieŜ zasilana przez wody podziemne. Średnie nawoŜenie NPK w okresie badawczym wynosiło 180 kg⋅ha-1. W zmianowaniu dominowały zboŜa i rzepak [SOLARSKI 2002].

W badanej zlewni koło Olsztyna prowadzono pomiary odpływu wód z często-tliwością co 10 dni i pobierano próbki wody do analiz fizykochemicznych raz w miesiącu. Oznaczano azot azotanowy (V) metodą kolorymetryczną z kwasem feno-lodwusulfonowym, oraz azot amonowy metodą Nesslera. Dane meteorologiczne uzyskano ze stacji IMGW w Olsztynie Dajtkach. Uzyskane wyniki badań poddano ana-lizie statystycznej. Wyniki i dyskusja

Przemiany związków azotu w glebie, pobieranie przez rośliny oraz ich prze-mieszczanie w głąb profilu glebowego, zaleŜą od występujących warunków meteo-rologicznych. W okresie badań warunki meteorologiczne były bardzo zróŜnicowane, co jest cechą charakterystyczną terenu badań, połoŜonego w strefie przenikania się wpływu klimatów - morskiego i kontynentalnego (tab. 1). W przeprowadzonych 7-letnich badaniach stwierdzono, Ŝe średni roczny odpływ azotu mineralnego systemem drenarskim wynosi 13 kg z ha, z czego 95% przypada na azotany, a tylko 5% na azot amonowy. W badaniach REAY i in. [2004b] stwierdzono podobne proporcje form azotu w odpływie. Dominacja azotanów w wodach drenarskich świadczy o dobrym ich natlenieniu, ale jest teŜ związana z ich obojętnym lub lekko zasadowym odczynem [PAASONEN-KIVEKÄS i in. 1996]. Tabela 1; Table 1 Średnie roczne stęŜenia i ładunki azotu mineralnego w odpływach drenarskich

WPŁYW WARUNKÓW ATMOSFERYCZNYCH NA ODPŁYW ZWIĄZKÓW AZOTU ...

225

Average annual concentrations and loads of mineral nitrogen in drainage outflows

Rok Year

Średnia tem-

peratura Average tem-

perature (°C)

Opady

Precipita-tion

(mm)

Odpływ Runoff (mm)

N-NO3

N-NH4

ładunek

load (kg⋅ha-1)

stęŜenie

concentrations (mg⋅dm-3)

ładunek

load (kg⋅ha-1)

stęŜenie


1992

8,0

624

31

4,77

5,69

0,63

0,83

1993

7,4

684

56

17,29

10,24

0,57

0,38

1994

7,6

660

64

31,31

8,78

0,97

0,35

1995

7,8

572

70

15,94

7,43

1,10

0,63

1996

7,4

624

64

3,62

3,87

0,46

0,50

1998

7,8

552

42

5,57

3,96

1,06

0,97

1999

7,5

672

49

8,35

5,50

0,89

0,59

Średnia Average

7,6

629

54

12,41

6,50

0,81

0,61

Tabela 2; Table 2 Średnie miesięczne spływy jednostkowe, stęŜenie i ładunki N-NO3 i N-NH4 w badanej zlewni drenarskiej Average monthly overland flow, concentrations and loads of N-NO3 and N-NH4 in the studied drainage catchment

Miesiąc Month

Temperatura Temperature

(°C)

Opady

Precipitation (mm)

Odpływ Runoff (mm)

N-NO3

N-NH4

ładunek

load (kg⋅ha-1)

stęŜenie


ładunek

load (kg⋅ha-1)

stęŜenie


I

-1,3

39,9

4,85

1,12

7,89

0,05

0,47

II

-1,2

30,1

4,92

1,11

8,24

0,04

0,36

III

1,4

39,5

7,28

2,36

10,73

0,05

0,38

IV

7,7

60,9

9,16

2,37

9,03

0,13

0,61

V

12,7

59,6

5,27

1,68

6,75

0,10

0,61

VI

15,8

70,8

3,99

0,70

5,54

0,07

0,80

VII

17,9

57,1

2,98

0,89

5,73

0,15

0,80

VIII

17,1

54,5

2,20

0,38

5,22

0,04

0,62

IX

12,5

65,8

2,98

0,31

3,23

0,05

0,62

X

7,4

50,0

2,10

0,24

3,51

0,05

0,73

XI

0,5

43,5

4,85

1,12

7,89

0,05

0,49

XII

-1,2

47,5

3,71

0,72

7,13

0,05

0,50

Tabela 3; Table 3 Wielkość współczynnika korelacji (r) ładunku N-NO3 i N-NH4 z temperaturą, wysokością opadów, odpływem wód i stęŜeniem N-min.* Correlation coefficients (r) between the loads of N-NO3 and N-NH4 and air temperature, precipitation sums, runoff and N-min concentration*


226

Okres pomiaru Sampling

period

Ładunek N-NO3; Load of N-NO3 Ładunek N-NH4; Load of N-NH4

temperatura temperature (°C)

opad

precipita-tion

(mm)

odpływ runoff (mm)

stęŜenie concentrations N-NO3

(mg⋅dm-3)

tempera-

tura tempera-

ture (°C)

opad

precipita-tion

(mm)

odpływ runoff (mm)

stęŜenie concentrations N-NH4

(mg⋅dm-3)

I

0,54

0,86

0,93

0,76

0,39

0,14

0,41

0,75

II

-0,14

-0,23

0,79

0,91

0,66

-0,14

0,17

0,72

III

0,2

0,72

0,97

0,76

-0,15

-0,08

0,07

0,44

IV

0,17

0,34

0,96

0,68

0,5

0,5

0,84

0,33

V

-0,41

-0,24

0,96

0,63

-0,67

0,13

0,86

-0,20

VI

-0,7

-0,19

0,91

0,91

0,56

-0,28

-0,04

0,61

VII

-0,08

0,64

0,82

0,52

0,16

0,28

0,99

0,39

VIII

-0,55

0,42

0,82

0,90

-0,28

0,31

0,73

0,70

IX

-0,12

0,54

0,91

0,86

0,01

0,68

0,90

0,43

X

0,57

-0,07

0,95

0,66

0,69

-0,25

0,89

0,83

XI

0,27

0,05

0,54

0,87

0,33

0,39

0,58

0,48

XII

0,48

0,51

0,74

0,56

0,48

0,23

0,89

0,43

III-V

0,11

0,52

0,97

0,70

0,25

0,66

0,83

-0,01

V-VII

-0,35

-0,21

0,77

0,67

-0,02

0,04

0,76

0,10

VII-IX

-0,18

0,63

0,84

0,69

0,11

0,40

0,97

0,47

VIII-X

-0,25

0,42

0,92

0,76

-0,16

0,37

0,87

0,73

IX-XII

0,09

0,27

0,87

0,86

0,21

0,27

0,81

0,60

Rok Year

0,79

0,20

0,95

0,96

0,81

0,18

0,92

1,00

Przes. 1 m After 1 m

0,45

0,74

0,94

0,90

0,57

0,63

0,81

0,07


-0,59

0,63

0,91

0,89

0,19

-0,60

0,17

0,50


-0,61

0,61

0,95

0,82

-0,64

0,45

0,77

-0,70

* silny związek zaznaczono drukiem pogrubionym; strong correlation in bold

Wystąpił jednak wyraźny wpływ warunków meteorologicznych, co wyraŜało się zróŜnicowaniem wielkości odpływu azotu w poszczególnych latach, gdyŜ agrotechnika pola nie róŜniła się w sposób mogący aŜ w takim stopniu wpłynąć na ilość odprowadzanego z wodami drenarskimi azotu. Zmienność ładunku azotu azotanowego odpływającego z wodami drenarskimi wynosiła 660%, a azotu amonowego 240%. Związki wielkości odpływu azotu z pól uprawnych z warunkami meteorologicznymi potwierdzili równieŜ REAY i in. [2004a] oraz YAN i in. [1999].

W omawianym doświadczeniu uzyskano wyraźną sezonową zmienność ilości odprowadzanego azotu (tab. 2). Wyraźne maksimum stęŜenia i ładunku azotanów stwierdzono w marcu i kwietniu; stęŜenie 3-krotnie wyŜsze, a ładunek 5–10-krotnie wyŜszy niŜ we wrześniu i październiku. Na zimowe półrocze hydrologiczne przypadało 2/3 rocznego odpływu azotanów

Maksimum odpływu azotu amonowego wystąpiło w kwietniu. Uzyskane wyniki


227

potwierdzają wcześniej stwierdzony rozkład rocznego odpływu azotu w pracach z tego samego obszaru [KOC i in. 1996; KOC, SZYMCZYK 2003].

Stwierdzono, Ŝe wielkość ładunku azotu mineralnego odpływającego z wodami drenarskimi zaleŜała przede wszystkim od wielkości odpływu wody (r < 0,90) i dotyczy to zarówno azotanów, jak i azotu amonowego (tab. 3).

StęŜenie miało istotny wpływ tylko na wielkość odpływającego ładunku w przypadku azotanów. Jednak poszukiwanie związku między odpływającym ładun-kiem azotu mineralnego a warunkami meteorologicznymi potwierdziło się tylko w przypadku temperatury powietrza. Związek ten był dodatni w okresie paździer-nik-styczeń w przypadku azotanów i październik-luty w przypadku azotu amonowego. Potwierdza to istotny wpływ zimowych ociepleń na uruchomienie i odpływ azotu mineralnego. W okresie lata wysokie temperatury powodują zmniejszenie odpływu azotanów, głównie w skutek zmniejszenia odpływu wody.

Interesujący jest związek opadów z odpływem azotu mineralnego. Opady bieŜące nie mają generalnie wpływu na wielkość odpływu azotanów w skali roku, ale związek taki występuje juŜ w okresach braku pokrywy roślinnej tj. grudzień-marzec i sierpień-wrzesień. Istotny wpływ na odpływ azotanów mają opady w miesiącach poprzedzających miesiące pomiaru. Natomiast istotny był wpływ temperatury, dodatni w przypadku temperatury bieŜącej i ujemny w przypadku temperatury w miesiącach poprzedzających okres badawczy. Wnioski 1. Odpływ mineralnych form azotu z gleb do wód powierzchniowych wiąŜe się

silnie z systemami odwadniania, które były tworzone z myślą o jak najszybszym odpływie wód, co przyspiesza nagrzewanie gleb i procesy biologiczne w nich, w tym mineralizację i uwalnianie związków azotu.

2. Odpływ azotu mineralnego z gleb zaleŜy przede wszystkim od wielkości odpływu

wód. W odpływach drenarskich 95% ładunku azotu mineralnego stanowią azotany i tylko 5% azot amonowy.

3. W okresie zimowym (XII–II) oraz w okresie braku silnej pokrywy roślinnej po

zbiorze zbóŜ i rzepaku (VII-X) wielkość odpływu azotanów jest dodatnio skorelowana z temperaturą i wysokością opadów.

4. Istotny wpływ na ładunek azotanów w odpływie drenarskim ma temperatura z

miesiąca poprzedzającego miesiąc pomiarowy i opady z 3 poprzedzających miesięcy.

Literatura ALMASRI M.N., KALUARACHCHI J.J. 2004. Assessment and management of long-term ni-trate pollution of ground water in agriculture-dominated watersheds. Journal of Hy-drology 295: 225-245.

CHEN B-M., WANG Z-H., L I S-X., WANG G-X., SONG H-X, WANG X-N. 2004. Effects of ni-trate supply on plant growth, nitrate accumulation, metabolic nitrate concentration and nitrate reductase activity in three leafy vegetables. Plant Science 167: 635-643.

FOTYMA M. 1996. System doradztwa nawozowego z uwzględnieniem ochrony środowis-ka, a szczególnie ochrony wód gruntowych. Zesz. Eduk. IMUZ 1/96: 55-66.


228

HARTER T., DAVIS H., M ATHEWS M., M EYER R. 2002. Shallow ground water quality on dairy farms with irrigated forage crops. Journal of Contaminant Hydrology 55: 287-315.

HUDAK P.F. 2000. Regional trends in nitrate kontent of Teras groud water. Journal of Hydrology 228: 37-47.

KOC J., ĆIECKO CZ., JANICKA R., ROCHWERGER A. 1996. Czynniki kształtujące poziom mineralnych form azotu w wodach obszarów rolniczych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 440: 175-184.

KOC J., SZYMCZYK S. 2003. Wpływ intensyfikacji rolnictwa na odpływ azotu mineralnego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 494: 175-181.

L IPIŃSKI J. 2003. Drenowanie gleb mineralnych, a środowisko przyrodnicze. Wiad. Mel. i Łąk. 2: 74–76.

M EESENBURG H., MERINO A., M EIWES K.J., BEESE F.O. 2004. Effects of long-term application of ammonium sulphate on nitrogen fluxes in a beech ecosystem at solling, Germany. Water, Air and Soil Pollution 4: 415-426.

M ILLER A., L IBERADZKI D., PLEWI ŃSKI D. 2001. Jakość wód gruntowych w róŜnych siedliskach połoŜonych wzdłuŜ transektów odpływu. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 477: 93-100. PAASONEN-K IVEKÄS M., KARVONEN T., VAKKILAINEN P., SEPAHI N., KLEEMOLA J., TEITTINEN M. 1996. Field studies on controlled drainage and recycling irrigation drainage for reduction of nutrient loading from arable land. Wat. Sci. Tech. 33: 333-339.

REAY D.S., EDWARDS A.C., SMITH K.A. 2004a. Determinants of nitrous oxide emission from agricultural drainage waters. Water, Air and Soil Pollution 4: 107-115.

REAY D.S., SMITH K.A., EDWARDS A.C. 2004b. Nitrous oxide in agricultural drainage waters following field fertilisation. Water, Air and Soil Pollution 4: 437-451.

SAPEK 1996. Udział rolnictwa w zanieczyszczaniu wody składnikami nawozowymi. Zesz. Eduk. IMUZ 1/96: 9-34.

SOLARSKI K. 2002. Stosunki hydrologiczne i odpływ biogenów ze zlewni rolniczych i leśnych na pojezierzu Mazurskim. Praca doktorska: 144 ss.

YAN W., YIN C., ZHANG S. 1999. Nutrient budgets and biogeochemistry in an experimental agricultural watershed in Southeastern China. Biogeochemistry 45: 1-19. Słowa kluczowe: związki azotu, odpływ z gleb, wpływ temperatury i opadów Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki siedmioletnich badań odpływu azotanów oraz azotu amonowego z gleb średniozwięzłych uŜytkowanych ornie. Porównano odpływ związków azotu ze zlewni drenarskiej w róŜnych warunkach atmosferycznych. Odpływ mineralnych form azotu z gleb do wód powierzchniowych jest silnie związany z systemami odwadniania, tworzonymi z myślą a jak najszybszym odpływie wód.

Stwierdzono, Ŝe średni roczny odpływ azotu mineralnego systemem drenarskim wynosi 13 kg z ha, z czego 95% przypada na azotany, a tylko 5% na azot amonowy. Wystąpił wyraźny wpływ warunków meteorologicznych, co wyraŜało się zróŜnicowaniem wielkości odpływu azotu w poszczególnych latach. Stwierdzono, Ŝe wielkość ładunku azotu mineralnego odpływającego z wodami drenarskimi zaleŜała przede wszystkim od wielkości odpływu wody (r < 0,90) i dotyczy to zarówno azotanów, jak i azotu amonowego. Istotny wpływ na ładunek azotanów w odpływie drenarskim ma temperatura aktualna i z miesiąca poprzedzającego miesiąc pomiarowy


229

oraz opady z 3 miesięcy poprzedzających. EFFECT OF ATMOSPHERIC CONDITIONS ON THE OUTFLOW OF NITROGEN COMPOUNDS FROM A TILE-DRAINED CATCHMENT Key words: nitrogen compounds, outflow from soil, effect of temperature and

precipitation Summary

The paper presents results of the 7-year-long research on the nitrates and ammonium nitrogen outflows from medium-compact soils used as arable lands. The outflows of nitrogen compounds from a tile-drained catchment were compared under different atmospheric conditions. The loss of mineral nitrogen compounds from the soil to surface water is strongly connected with drainage systems. It was stated that the average annual outflow of mineral nitrogen amounted to 13 kg from 1 ha, 95% of which were nitrates and only 5% was ammonium nitrogen. A significant influence of me-teorological conditions is expressed in variations in nitrogen outflow in individual years. It was stated that outflow of the load of mineral nitrogen with drainage water is depended on the water discharge (r < 0.90) for both nitrates and ammonium nitrogen. The load of the nitrates in drainage water was also significantly affected by actual air temperature and the air temperature of the month that proceeded the sampling month as well as the precipitation sums during three months before sampling. Prof. dr hab. Józef Koc Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Warmińsko-Mazurski pl. Łódzki 2 10-759 OLSZTYN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 231-236 OCENA MOśLIWO ŚCI REWALORYZACJI SYSTEMU WODNO-MELIORACYJNEGO NA TERENIE ARBORETUM W PAWŁOWICACH 1 Tomasz Kowalczyk, Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Celem podjętych badań była ocena potrzeb i moŜliwości wykonania rewalo-ryzacji systemu wodno-melioracyjnego, znajdującego się na terenie Arboretum w Pawłowicach Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

Uregulowanie stosunków wodnych jest podstawowym zabiegiem przy zakładaniu terenów zielonych. Jednak prace zmieniające stosunki wodne prowadzone na terenach leśnych powinny zmierzać do zachowania istniejących warunków siedliskowo-wodnych, ograniczając jedynie okresowe niedobory wody. Muszą być one poprzedzone szczegółową analizą istniejących stosunków wodnych. Z technicznych metod kształtowania stosunków wodnych najwłaściwsza jest eksploatacja systemów wodno-gospodarczych, wyposaŜonych w urządzenia do regulowania odpływu [CIEPIELOWSKI i in. 2000]. Specyficzna lokalizacja obiektu wymaga równieŜ uwzględnienia wpływu czynników antropogenicznych, które mogą powodować znaczące zaburzenia stosunków wodnych [TYSZKA 2004]. Obecnie urządzenia melioracyjne obiektu są zaniedbane, co prowadzić moŜe do powstania znaczących szkód przyrodniczych [PIERZGALSKI 2004]. Materiał i metody badań


Ośrodek Badań Dendrologicznych „Arboretum” połoŜony jest na północno-wschodnim krańcu Wrocławia, w rejonie osiedla Pawłowice i wsi Ramiszów. W skład arboretum wchodzi około 80 ha powierzchni leśnych i zalesionych, parkowych, a takŜe obszary łąk, pól uprawnych oraz staw parkowy i kilka małych oczek wodnych wraz z siecią rowów melioracyjnych. Na obiekcie wykonano szczegółową inwentaryzację systemu wodno-melioracyjnego wraz z oceną jego stanu technicznego, a takŜe przeprowadzono analizę stosunków wodnych na podstawie monitoringu wód gruntowych i powierzchniowych prowadzonego w okresie VIII 2003-X 2006 r. na tle kształtowania się stosunków meteorologicznych [KOWALCZYK i in 2007, 2008].

T. Kowalczyk, W. Orzepowski, G. Pęczkowski

232

Wyniki i dyskusja

Rozpoznanie terenowe wykazało, Ŝe urządzenia melioracyjne są zaniedbane i wymagają remontu lub odbudowy w celu usprawnienia przepływu wody oraz stworzenia warunków do jej retencjonowania na terenie arboretum. Stwierdzono, Ŝe niektóre elementy systemu wodno-melioracyjnego pełnią znaczącą rolę w regulacji stosunków wodnych arboretum. Wynika stąd, Ŝe naleŜy przywrócić im pełną sprawność techniczną, uwzględniając potrzebę wybudowania nowych zastawek umoŜliwiających regulowanie odpływu wody z obiektu. RozwaŜa się ponadto odbudowę i uruchomienie przepływu wody przez rów R-A1 przebiegający przez najniŜej połoŜoną, centralną część arboretum (rys. 1). Niegdyś prawdopodobnie przebiegało tam pierwotne koryto rzeki Dobrej, o czym świadczą cechy fizjograficzne tego obszaru, w tym powszechne występowanie na nim mad rzecznych. Z racji ukształtowania terenu w rejon ten spływają wody powierzchniowe oraz gruntowe, co potwierdza wykonany przekrój przez teren arboretum (rys. 2) oraz przeprowadzone modelowanie matematyczne [CHALFEN, KOWALCZYK 2007]. Z analizy kształtowania się zwierciadła wody gruntowej wynika, Ŝe w okresie najpłytszego jej zalegania na wiosnę (IV 2006 r., 0,65-1,54 m poniŜej poziomu terenu) napływ jest bardziej intensywny, aniŜeli przy najgłębszym zaleganiu występującym w okresie jesiennym (XI 2005 r., 1,93-2,69 m poniŜej poziomu terenu). Stwierdzono równieŜ, Ŝe przy wysokim poziomie zalegania zwierciadła wody gruntowej oczka wodne połoŜone w centralnej części arboretum są zasilane, natomiast w okresie zmniejszenia zasobów retencji gruntowej zbiorniki wodne stabilizują lub nieznacznie zasilają wody gruntowe terenów przyległych.

Ponowne uruchomienie przepływu wody przez centrum arboretum wymaga poboru wody z rzeki Dobrej, a ze wstępnych ustaleń wynika, Ŝe konieczne będzie niewielkie jej piętrzenie na rzece (rys. 1). W celu realizacji tego zamierzenia konieczna będzie ocena moŜliwości poboru wody z Dobrej oraz przeprowadzenie prawnie wymaganych procedur.

Przywrócenie przepływu przez część leśną arboretum powinno zapewnić ustabilizowanie stosunków wodnych doliny oraz umoŜliwi ć utrzymanie załoŜonych rzędnych piętrzenia na zlokalizowanych w tym rejonie zbiornikach wodnych. Będzie równieŜ moŜliwe utworzenie nowych zbiorników wodnych wraz ze strefami siedlisk bagiennych, a takŜe poprowadzenie trasy nowego cieku w sposób proekologiczny [PRZYJAZNE NATURZE ... 2006]. Odtworzenie przepływu wody przez arboretum wzbogaci zarówno zasoby retencji obiektu, jak równieŜ znacząco uatrakcyjni walory krajobrazowe oraz pozwoli na wprowadzenie kolekcji roślinności hydrofilnej.

MoŜna rozwaŜyć wzbogacenie zasobów wodnych arboretum poprzez wyko-rzystanie wód przejmowanych przez system odwadniający projektowanej obwodnicy autostradowej Wrocławia, która będzie stanowić północną granicę obiektu. W analizie stosunków wodnych rozpatrywanego obszaru naleŜy uwzględnić wpływ budowy drogi na przepływ wód powierzchniowych i podziemnych w rejonie arboretum [PIERZGLASKI 2004; TYSZKA 2004]. Wykonanie silnie zagęszczonego nasypu w poprzek doliny rzeki Dobrej moŜe w znaczący sposób wpłynąć na stosunki wodne w arboretum, gdyŜ z dotychczasowych badań wynika, Ŝe woda gruntowa przemieszcza się przez obiekt w warstwie wodonośnej z północy na południe, wzdłuŜ koryta rzeki Dobrej [CHALFEN, KOWALCZYK 2007].

OCENA MOśLIWOŚCI REWALORYZACJI SYSTEMU WODNO-MELIORACYJNEGO ...

233

Rys. 1. Koncepcja rewaloryzacji systemu wodno-melioracyjnego arboretum Fig. 1. Revaluation conception of the land reclamation system in the arboretum


234

Rys. 2. Przekrój przez studzienki piezometryczne P, zbiorniki wodne H i Dobrą Fig. 2. Cross-section through piezometers P, water reservoirs H and the Dobra river

Na terenie arboretum dominują siedliska świeŜe i wilgotne ze zwierciadłem wody gruntowej zalegającym w okresie wiosennym na głębokości od 0,5 do 2,0 m, występują teŜ obszary o płytszym zaleganiu zwierciadła wody gruntowej, które obecnie moŜna zaliczyć do siedlisk bagiennych, a niegdyś zapewne łęgów [INSTRUKCJA 2003; KOWALCZYK i in. 2007]. Zmodyfikowany system wodno-melioracyjny musi umoŜliwiać prowadzenie dwukierunkowej gospodarki wodnej bazującej na retencjonowaniu wody w okresach jej nadmiaru oraz uzupełnienia niedoborów w okresach posusznych [NYC, POKŁADEK 2003]. Przy wykonywaniu projektu przebudowy naleŜy zwrócić szczególną uwagę na obszary siedlisk bagiennych, dąŜąc do ich zachowania poprzez zapobieganie odwodnieniu i uzupełnianie zasobów retencji gruntowej w suchych okresach. Jakiekolwiek przekształcenie stosunków wodnych związane ze zmianą funkcjonowania sytemu wodno-melioracyjnego arboretum nie powinno w negatywny sposób odbić się na istniejącym drzewostanie [M IODUSZEWSKI 1998]. NaleŜy stale monitorować stosunki wodne, a wszelkie zmiany wprowadzać stopniowo, aby drzewostan mógł się do nich dostosować.

Wnioski 1. System wodno-melioracyjny obiektu wymaga remontu i przebudowy w celu

usprawnienia przepływu wody oraz stworzenia warunków do jej retencjonowania poprzez regulację odpływu z obszaru zalesionej nizinnej doliny rzecznej, stanowiącej teren arboretum.

2. Istotne jest umoŜliwienie regulowania odpływem wody poprzez budowę

zastawek na głównych rowach odprowadzających wodę z terenu arboretum. 3. Modyfikowanie funkcjonowania urządzeń wodno-melioracyjnych na terenach

leśnych wymaga ostroŜności i stałego monitorowania stosunków wodnych w celu ograniczenia do minimum negatywnego wpływu zmiany stosunków wodnych na drzewostan.

4. Wykonanie remontu i zmiana sposobu funkcjonowania systemu wodno-me-

lioracyjnego powinny wzbogacić zasoby wodne obiektu oraz rozwiązać problem pojawiających się okresowo nadmiarów wody, co zapewni lepsze warunki bytowania drzewostanu przy jednoczesnym zachowaniu istniejących na terenie arboretum siedlisk bagiennych w niezmienionym stanie.

OCENA MOśLIWOŚCI REWALORYZACJI SYSTEMU WODNO-MELIORACYJNEGO ...

235

5. NaleŜy dokonać oceny wpływu na stosunki wodne obiektu projektowanej obwodnicy autostradowej Wrocławia, która przetnie dolinę rzeki Dobrej na północ od arboretum, a takŜe niezbędne jest prowadzenie monitoringu w trakcie i po ukończeniu tej inwestycji.

Literatura CIEPIELOWSKI A., DĄBKOWSKI SZ. L., GRZYB M. 2000. Kształtowanie retencji wodnej na obszarach leśnych. Głos Lasu 2: 16-17.

CHALFEN M., KOWALCZYK T. 2007. Modelowanie spływu wód powierzchniowych w re-jonie arboretum w Pawłowicach. InŜynieria Ekologiczna 18: 219-220.

INSTRUKCJA 2003. Instrukcja urządzania lasu. Część 2. Instrukcja wyróŜniania i kar-towania siedlisk leśnych. PGL Lasy Państwowe, Załącznik do Zarządzenia Nr 43 Dyr. Gen. Lasów Państwowych z dn. 18 kwietnia 2003, Warszawa: 11 ss.

KOWALCZYK T., PĘCZKOWSKI G., ORZEPOWSKI W. 2008. Ocena stosunków wodnych Arboretum w Pawłowicach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 237-242.

KOWALCZYK T., PŁYWACZYK A., PĘCZKOWSKI G., ORZEPOWSKI W. 2007. Ocena stosunków wodnych arboretum w Pawłowicach. InŜynieria Ekologiczna 18: 228-229.

M IODUSZEWSKI W. 1998. Small retention and land reclamation politics. (Mała retencja i polityka melioracyjna). Komitet Naukowy przy Prezydium PAN „Człowiek i środowisko”. Zeszyty Naukowe nr 17, Warszawa: 49-62.

NYC K., POKŁADEK R. 2003. Efekty regulowania odpływu ze zmeliorowanych obiektów w małych zlewniach rolniczych. Acta Scientiarum Polonorum, Formatio Circumiectus 2: 3-12.

PIERZGALSKI E. 2004. Las a woda. Postępy Techniki w Leśnictwie 86, Problematyka gospodarki wodnej w ekosystemach leśnych w Polsce i wybranych krajach UE. SIiTLiD, Wyd. Świat, Warszawa: 7-12.

PRZYJAZNE NATURZE KSZTAŁTOWANIE RZEK I POTOKÓW . PRAKTYCZNY PODR ĘCZNIK . 2006. Polska Zielona Sieć, Wrocław-Kraków.

TYSZKA J. 2004. Przyczyny zakłóceń warunków wodnych i metody łagodzenia ich skutków w ekosystemach leśnych. Postępy Techniki w Leśnictwie 86, Problematyka gospodarki wodnej w ekosystemach leśnych w Polsce i wybranych krajach UE. SIiTLiD, Wyd. Świat, Warszawa: 49-53.

Słowa kluczowe: las, retencja, system wodno-melioracyjny, rewaloryzacja Streszczenie

W pracy oceniono załoŜenia koncepcji rewaloryzacji systemu wodno-melio-racyjnego Arboretum w Pawłowicach Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Obecnie system wodno-melioracyjny arboretum jest w złym stanie technicznym i nie spełnia prawidłowo funkcji regulacji stosunków wodnych. NaleŜy poddać go kompleksowemu remontowi budując nowe zastawki do regulacji odpływu wody z arboretum. Istotnym załoŜeniem koncepcji jest uruchomienie przepływu wody przez arboretum bazującego na zasobach rzeki Dobrej. Pozwoli to na ustabilizowanie zasobów retencji gruntowej, właściwe napełnienie istniejących oczek wodnych oraz


236

budowę nowych zbiorników. ASSESSMENT OF THE REVALUATION ABILITY OF THE LAND RECLAMATION SYSTEM IN THE ARBORETUM IN PAWŁOWICE Tomasz Kowalczyk, Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: forest, retention, land reclamation system, revaluation Summary

The paper presents the assessment of the revaluation conception of the land reclamation system in the arboretum of Wrocław University of Environmental and Life Sciences in Pawłowice. At present the system is in bad technical condition and does not perform correctly the function of water condition regulation. It is necessary to make an extensive renovation by building the new weirs for the regulation of runoffs from the arboretum. The essential condition of the conception is initialization of water flow through the arboretum, basing on the Dobra river resources. It allows to stabilize the groundwater resources, proper filling of existing ponds and building new reservoirs. Dr inŜ. Tomasz Kowalczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 237-242 OCENA STOSUNKÓW WODNYCH ARBORETUM W PAWŁOWICACH 1 Tomasz Kowalczyk, Grzegorz Pęczkowski, Wojciech Orzepowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Stosunki wodne obszarów rolno-leśnych oraz zadrzewionych terenów zieleni naleŜy poddawać kompleksowej ocenie przed wprowadzeniem jakichkolwiek zmian zasobów wodnych. W lasach oraz na terenach zieleni wysokiej nieprawidłowe funkcjonowanie systemów wodno-melioracyjnych moŜe doprowadzić do pogorszenia warunków siedliskowych i wywołać zahamowanie wzrostu, a nawet straty w drzewostanie [PŁYWACZYK i in. 2001; PIERZGALSKI i in. 2004]

Celem badań prowadzonych od sierpnia 2003 r. do listopada 2006 r. była ocena stosunków wodnych na terenie Ośrodka Badań Dendrologicznych Arboretum w Pawłowicach Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Rozpoznanie warunków wodnych pozwala na optymalny dobór roślinności do istniejących siedlisk, a takŜe umoŜliwia prognozowanie zmian wywołanych modernizacją systemów wodno-melioracyjnych. Materiał i metody badań

Ośrodek Badań Dendrologicznych Arboretum połoŜony jest na północno-wschodnim krańcu Wrocławia, w rejonie osiedla Pawłowice i wsi Ramiszów. Arboretum zajmuje około 80 ha powierzchni leśnych i zalesionych, parkowych, a takŜe obszary łąk, pól uprawnych. Arboretum posiada rozbudowany system wodno-melioracyjny, w skład którego wchodzi: staw parkowy, kilka małych oczek wodnych oraz bogata sieć rowów melioracyjnych [KOSTRZEWA i in. 2004]. Odbiornikiem wody z terenu arboretum jest rzeka Dobra, która stanowi jego południowo-wschodnią granicę. Stan techniczny systemu wodno-melioracyjnego jest zróŜnicowany: najlepszy występuje w rejonie parku, gdzie przeprowadzono remont stawu, natomiast w części leśnej rowy są zaniedbane i wymagają konserwacji i odbudowy. RównieŜ wiele budowli jest w złym stanie technicznym. Brak jest urządzeń piętrzących, pozwalających na regulację odpływu wody z terenu arboretum [KOWALCZYK i in. 2008].


Obszar badań pokrywają utwory glebowe o zróŜnicowanym składzie granu-lometrycznym – na wschodzie i północy występują przepuszczalne utwory piaszczyste,

T. Kowalczyk, G. Pęczkowski, W. Orzepowski

238

w części centralnej wierzchnią warstwę stanowią mady o uziarnieniu glin średnich, a w rejonie południowo-zachodnim występują zwięzłe utwory gliniaste i ilaste [CHODAK i in. 2004].

Rys. 1. Obiekt badawczy Fig. 1. Study object

W ramach prowadzonych badań analizowano głębokość zalegania zwierciadła wody gruntowej oraz rzędne zwierciadła wód powierzchniowych na tle opadów atmosferycznych i temperatury powietrza, warunki hydrogeologiczne oraz stan i funkcjonowanie systemu wodno-melioracyjnego. Pomiary połoŜenia zwierciadła wody gruntowej i wód powierzchniowych były wykonywane w okresie VIII 2003-X 2006 r., przeciętnie jeden raz w tygodniu w 20 studzienkach piezometrycznych oraz 5 punktach pomiaru rzędnych wód powierzchniowych (rys. 1). Dane meteorologiczne pochodzą z obserwatorium we Wrocławiu-Swojcu Uniwersytetu Przyrodniczego. Wyniki i dyskusja

W okresie obserwacji wystąpiły zróŜnicowane warunki meteorologiczne. Lata

OCENA STOSUNKÓW WODNYCH ARBORETUM W PAWŁOWICACH

239

hydrologiczne 2002/03-2003/04 były suche z sumami opadów atmosferycznych niŜszymi od normalnych (567 mm) o odpowiednio 127 i 92 mm. Kolejny rok był normalny z sumą niŜszą o 19 mm, natomiast rok 2005/06 był okresem średnio mokrym z opadami o 33 mm większymi od normalnych. Pozwoliło to na dokonanie oceny stosunków wodnych przy zróŜnicowanym zasilaniu opadami atmosferycznymi. Miesięczne sumy opadów atmosferycznych rozpatrywanego okresu niekiedy znacząco odbiegały od wartości normalnych, a w okresach wegetacyjnych analizowanych lat występowały kilkumiesięczne niedobory opadów (rys. 2). Średnie roczne temperatury powietrza były w okresie obserwacji o 0,2-0,9°C wyŜsze od średniej z wielolecia (8,6°C).

Analiza wyników pomiarów wykazała, Ŝe najpłytsze poziomy zwierciadła wody gruntowej występowały w arboretum od marca do czerwca, kiedy to średnie stany miesięczne wynosiły 0,7-1,3 m, a lokalnie zwierciadło wody gruntowej układało się 0,2-0,5 m poniŜej poziomu terenu. Najgłębiej woda gruntowa opadała jesienią – średnie miesięczne głębokości zalegania wynosiły wtedy 1,70-2,00 m, z wyjątkiem ostatniego roku obserwacji, w którym woda gruntowa opadła średnio do 1,50 m. NajniŜsze poziomy zalegania zwierciadła wody gruntowej (2,0-2,3 m) notowano jesienią w wyŜej połoŜonych partiach arboretum. Odnosząc zmierzone głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej do wariantów uwilgotnienia siedlisk leśnych [INSTRUKCJA 2003] stwierdzono, Ŝe na terenie arboretum występują siedliska świeŜe i wilgotne ze zwierciadłem wody gruntowej zalegającym w okresie wegetacji na głębokości od 0,5 do 2,0 m. Istnieją teŜ niewielkie, silnie uwilgotnione enklawy z wodą gruntową na głębokości od 0,0 do 0,5 m. Są to z reguły lokalne obniŜenia terenowe, w których ewentualne zmiany warunków wilgotnościowych naleŜy szczegółowo rozwaŜyć z uwagi na znaczącą rolę przyrodniczą terenów podmokłych. Na niektórych obszarach nadmierne uwilgotnienie wynika z wadliwego funkcjonowania urządzeń melioracyjnych. Stwierdzono, Ŝe system wodno-melioracyjny obiektu jest zaniedbany, wymaga renowacji, a takŜe budowy urządzeń piętrzących pozwalających na dwukierunkowe regulowanie stosunków wodnych obiektu i poprawę stanu retencji. W obecnej chwili zasoby wodne obiektu nie są np. wystarczające do utrzymania wymaganego napełnienia w istniejących na terenie arboretum oczkach wodnych. Amplituda wahań lustra wody przekracza w skali roku 1,0 m, a brak jej wymiany powoduje, Ŝe ulega ona silnemu samozanieczyszczeniu poprzez intensywny rozwój roślinności, zakwity wody itp. [KRUTYSZ i in. 2007]. Wyniki prac badawczych prowadzonych zarówno na terenach uŜytkowanych rolniczo, jak i w lasach dowodzą, Ŝe nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń melioracyjnych spowodowane złym stanem technicznym, brakiem konserwacji, bieŜących napraw itp. prowadzi do pogorszenia sto-sunków wodnych, nadmiernego uwilgotnienia terenu oraz spadku produkcji [MAR-

CILONEK 1994; PŁYWACZYK i in. 2001; PIERZGALSKI i in. 2004]. NaleŜy więc przywrócić sprawne funkcjonowanie systemu wodno-melioracyjnego arboretum mając na uwadze poprawę stosunków powietrzno-wodnych gleby, zwiększenie zdolności retencyjnych tego obszaru poprzez kontrolę poziomu i odpływu wody oraz ograniczanie negatywnych skutków coraz częściej spotykanych ekstremalnych zjawisk pogodowych.


240

OCENA STOSUNKÓW WODNYCH ARBORETUM W PAWŁOWICACH

241

Wnioski 1. W rozpatrywanym okresie lat hydrologicznych 2002/03-2005/06 wystąpiły

zróŜnicowane opady atmosferyczne - pierwsze dwa lata były suche, rok 2004/05 był normalny, a ostatni rok zakwalifikowano do średnio mokrych; pozwoliło to na dokonanie oceny stosunków wodnych w zróŜnicowanych warunkach hydrometeorologicznych.

2. Na obszarze arboretum głębokość zwierciadła wody gruntowej wynosi prze-

ciętnie 0,5-2,0 m, a lokalnie osiąga 0,0-0,5 m, przez co większość analizowanego terenu stanowią siedliska świeŜe i wilgotne.

3. Zaniedbany system wodno-melioracyjny nie pozwala na kształtowanie stosunków

wodnych arboretum; wymaga remontu oraz wybudowania zastawek umoŜliwiających regulację zasobów wodnych obiektu.

4. W oczkach wodnych znajdujących się w centralnej części arboretum występują

znaczące problemy z czystością wody oraz ich właściwym napełnieniem; mogą być one rozwiązane poprzez usprawnienie działania systemu wodno-melioracyjnego obiektu.

Literatura

CHODAK T., KABAŁA C., BOGACZ A., KARCZEWSKA A., JEZIERSKI P., GAŁKA B. 2004. Gle-bowo-wilgotnościowe uwarunkowania róŜnorodności przyrodniczej w dolinie Dobrej w Pawłowicach na obszarach projektowanego Arboretum Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Sprawozdanie z badań prowadzonych w latach 2003-2004 r., Wrocław, maszynopis: 28 ss.

INSTRUKCJA 2003. Instrukcja urządzania lasu. Instrukcja wyróŜniania i kartowania siedlisk leśnych. Część 2. PGL Lasy Państwowe, Warszawa: 11.

KOSTRZEWA S., PŁYWACZYK A., KOWALCZYK T. 2004. Ocena stosunków wodnych na terenie Arboretum. Mat. sem. „Stan obecny i kierunki rozwoju Arboretum Akademii Rolniczej we Wrocławiu”. Wrocław-Pawłowice, 8 XI 2004: 14.

KOWALCZYK T., ORZEPOWSKI W., PĘCZKOWSKI G. 2008. Ocena moŜliwości rewaloryzacji systemu wodno-melioracyjnego na terenie Arboretum w Pawłowicach. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 231-236.

KRUTYSZ E., HUS T., KOWALCZYK T., PULIKOWSKI K. 2007. Jakość wody w stawach po-łoŜonych na terenie enklawy leśnej włączonej do Arboretum Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Problemy Ekologii 4(64): 212-216.

M ARCILONEK S. 1994. Eksploatacja urządzeń melioracyjnych. Wyd. AR we Wrocławiu: 294 ss.

PIERZGALSKI E., TYSZKA J., BOCZOŃ A. 2004. Stan i potrzeby zmian warunków wodnych w lasach obrębu Tereszpol w Nadleśnictwie Zwierzyniec. Roczn. AR w Poznaniu CCCLVII, Melior. InŜ. Środ. 25: 451-457.

PŁYWACZYK A., ORZEPOWSKI W., KOWALCZYK T. 2001. Kształtowanie się stosunków wodnych we wrocławskim Parku Południowym. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 477: 135-142.

Słowa kluczowe: stosunki wodne, system wodno-melioracyjny, las Streszczenie


242

W pracy przedstawiono wyniki badań stosunków wodnych wykonanych w okresie VIII 2003-X 2006 r. na terenie Arboretum w Pawłowicach Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Pomiary głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej wykazały, Ŝe występują tu głównie siedliska świeŜe i wilgotne z wodą gruntową na głębokości 0,5-2,0 m. Lokalnie występują równieŜ obszary silnie uwilgotnione, okresowo podtapiane. WiąŜe się to ze złym stanem technicznym systemu wodno-melioracyjnego obiektu. Konieczny jest jego kompleksowy remont wraz z budową zastawek pozwalających na regulację stosunków wodnych. ASSESSMENT OF WATER CONDITIONS IN THE ARBORETUM IN PAWŁOWICE Tomasz Kowalczyk, Grzegorz Pęczkowski, Wojciech Orzepowski Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: water conditions, land reclamation system, forest Summary

The results of field investigations of water conditions, which were done in the period VIII 2003-X 2006 in the Pawłowice Arboretum of Wrocław University of Environmental and Life Sciences are presented in the paper. The measurements of groundwater depths showed that there are mainly fresh and wet habitats with groundwater 0.5-2.0 m below the surface of the terrain. Locally there are also areas strongly moisturized, periodically waterlogged. It is connected with bad technical condition of land reclamation system on the object. It is necessary to make an extensive renovation with building weirs allowing the regulation of water condition. Dr inŜ. Tomasz Kowalczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]


POTENCJALNA ZDOLNO ŚĆ RETENCYJNA OBSZARÓW LEŚNYCH

NADLE ŚNICTWA DO ŚWIADCZALNEGO SIEMIANICE Anna Krysztofiak, Sylwester Grajewski Katedra InŜynierii Leśnej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Wykorzystanie technologii cyfrowych w badaniach naukowych stwarza nowe moŜliwości dla prowadzenia róŜnorakich analiz. Coraz większą popularnością cieszą się programy typu GIS – Geographical Information System, których moŜliwości wykorzystania są ogromne, jednak ściśle zaleŜne od dostępności, wielkości oraz „jakości” baz danych. To zakres i „jakość” informacji zawartych w bazach danych decyduje o moŜliwościach, precyzji, a takŜe o szczegółowości prowadzonych analiz.

W niniejszej pracy wskazano, aby do szacowania wartości oceny zapropono-wanego przez MILERA [1984] miernika (wskaźnika) zdolności retencyjnej obszarów leś-nych wykorzystać, jako powierzchnię elementarną, pododdział – najmniejszą jednostkę podziału przestrzennego stosowanego w lasach. Jednocześnie przyjęte metody badań pozwolić miały na zastosowanie w obliczeniach danych zaczerpniętych z baz zawierających informacje drzewostanowe i siedliskowe, gromadzone w trakcie prac urządzeniowych prowadzonych na rzecz gospodarstw leśnych. Cel, zakres i przedmiot badań

Celem pracy było oszacowanie wartości miernika zdolności retencyjnej obszarów leśnych Nadleśnictwa Doświadczalnego Siemianice Akademii Rolniczej im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu. Niniejsza praca zawiera wyniki pierwszego etapu badań ograniczonych do terenu Leśnictwa Doświadczalnego Marianka.

Na podstawę wykonania analiz składały się: Operat urządzenia gospodarstwa leśnego [OPERAT 2005], materiały kartograficzne oraz bazy danych dołączone do mapy cyfrowej Nadleśnictwa Doświadczalnego Siemianice. Metody badań

Pomysł obliczania miary zdolności retencyjnej dla zlewni rzecznych prezen-towany był w literaturze przedmiotu juŜ wcześniej [M ILER 1984, 1994, 1998; MILER i in. 2001]. Istota szacowania wartości miernika potencjalnej zdolności retencyjnej dla obszarów zalesionych sprowadza się do przypisania kaŜdej elementarnej powierzchni

A. Krysztofiak, S. Grajewski

244

(jednorodnej lub quasi-jednorodnej ze względu na wydzielone charakterystyki fizjograficzne) jednego parametru uwzględniającego sumaryczne oddziaływanie najbardziej istotnych w danym regionie parametrów fizjograficznych na potencjalne zdolności retencyjne.

Na tej podstawie kaŜdemu z wydzieleń leśnych (pododdziałów) przyporząd-kowano charakterystyki, które uznano jako determinujące jego potencjalną zdolność retencyjną. Wstępnie zaproponowano wykorzystanie następujących parametrów: średni spadek terenu (%), wariant uwilgotnienia siedliska (-), odległość od sieci cieków (m), odległość od wód stojących - jezior, stawów - (m), średni waŜony współczynnik filtracji gleb (mm⋅s-1), wskaźnik zwarcia drzewostanu (-), rodzaj pokrywy gleby (-), wiek drzewostanu (lata), typ siedliska leśnego (-), gatunek panujący w drzewostanie (-).

Zakresy zmian wartości kaŜdego z parametrów, podzielono na trzy klasy odpowiadające małej, średniej oraz duŜej potencjalnej zdolności retencyjnej. Klasy te otrzymały odpowiednio kody „1”, „2” i „3”.

Średni spadek terenu. Ze względu na znaczną jednorodność ukształtowania terenu obiektu badawczego oraz występowanie niewielkich spadków, ostatecznie zrezygnowano z uwzględniania tej charakterystyki w dalszych analizach.

Wariant uwilgotnienia siedliska. Stopniom i wariantom uwilgotnienia przy-dzielone zostały wartości liczbowe (kody) według zaleŜności: im siedlisko bardziej suche, tym zdolność retencyjna mniejsza. W szczególności uwilgotnieniu świeŜemu, umiarkowanie świeŜemu, silnie świeŜemu – kod 1, umiarkowanie wilgotnemu, wilgotnemu i silnie wilgotnemu – kod 2, mokremu odwadnianemu, mokremu, bardzo mokremu oraz bagiennemu – kod 3.

Odległość od sieci cieków przyjęta została jako długość odcinka łączącego granicę pododdziału z najbliŜszym ciekiem naturalnym lub sztucznym. Odległości pogrupowano na podstawie przyjętych trzech klas: do 50 m (kod 1), od 51 do 200 m (kod 2) oraz powyŜej 200 m (kod 3).

Odległość od wód stojących (jezior, stawów). W związku z brakiem zbiorników wodnych w pobliŜu obiektu badawczego pominięto tę charakterystykę w dalszych analizach.

Średni waŜony współczynnik filtracji gleb. Ustalono go w oparciu o gatunek gleby w pododdziale podawany przez OPERAT [2005] oraz, przyjęte za Flisowskim [FLISOWSKI i in. 1986], współczynniki filtracji utworów glebowych, przy czym wagami były miąŜszości poszczególnych warstw występujące w profilu glebowym. Kod 1 przydzielono wartościom współczynnika filtracji z zakresu od 1,000 do 0,031; kod 2 wartościom z zakresu od 0,030 do 0,010, natomiast kod 3 wartościom poniŜej 0,010 mm⋅s-1.

Wskaźnik zwarcia drzewostanu. Ustalany jest w leśnych pracach inwentary-zacyjnych w czterostopniowej skali: pełne, umiarkowane, przerywane i luźne. Po uzupełnieniu tej klasyfikacji o kategorię brak zwarcia, ustalono dla kaŜdej z nich stosunek rzutów koron drzew w drzewostanie do powierzchni, jaką zajmuje ten drzewostan (zwarcie pełne 0,92; umiarkowane 0,80; przerywane 0,65; luźne 0,40; brak zwarcia 0,00 [WŁOCZEWSKI 1968]). Wskaźnik zwarcia dla całego drzewostanu obliczono jako sumę stopni zwarcia I i II piętra. Wartościom wskaźnika zwarcia z zakresu 0,00-0,40 przydzielono kod 1, z przedziału 0,41-0,79 kod 2 i wartościom powyŜej 0,79 kod 3.

Rodzaj pokrywy gleby – do określenia wartości liczbowych tego parametru wykorzystano dane literaturowe [m.in. GUTRY-KORYCKA 1989; SULIŃSKI 1993; CEBULSKA, OSUCH 1998; HOMA 1998], przyjmując dla braku pokrywy i ściółki kod 1, zazielenionej, zadarnionej i zdziczałej - kod 2, silnie zadarnionej oraz mszystej - kod 3 (nazwy na podstawie INSTRUKCJI … [1994]).

POTENCJALNA ZDOLNOŚĆ RETENCYJNA OBSZARÓW LEŚNYCH ...

245

Jako wiek drzewostanu przyjęto wiek gatunku panującego w drzewostanie. Drzewostanom w wieku do 20 lat przydzielono kod 1, z przedziału 21-80 lat - kod 2, natomiast powyŜej 80 lat - kod 3.

Typ siedliska leśnego – ustalono dla kaŜdego pododdziału na podstawie OPERATU [2005] przydzielając kody w następujący sposób: bór świeŜy (Bśw), bór mieszany świeŜy (BMśw) – kod 1; bór mieszany wilgotny (BMw), las mieszany świeŜy (LMśw), las mieszany wilgotny (LMw), las świeŜy (Lśw), las wilgotny (Lw) – kod 2; ols (Ol), ols jesionowy (OlJ), las łęgowy (Lł) – kod 3.

Gatunek panujący w drzewostanie – ustalono go dla kaŜdego pododdziału na podstawie OPERATU [2005] przyjmując dla gatunków iglastych kod 3, a dla liściastych kod 1. Kodu 2 nie przydzielono.

Uogólniając przy wprowadzaniu kodów kierowano się następującymi zało-Ŝeniami: - małą potencjalną zdolność retencyjną danego pododdziału (kod „1”) utoŜsamiano

z suchym wariantem uwilgotnienia siedliska, małymi odległościami od sieci cieków, duŜymi współczynnikami filtracji gleb, niskim wskaźnikiem zwarcia drzewostanu, nagą pokrywą gleby, drzewostanami młodymi, suchymi siedliskami borowymi oraz gatunkami liściastymi;

- duŜą potencjalną zdolność retencyjną danego pododdziału (kod „3”) utoŜsamiano z bagiennym stopniem uwilgotnienia siedliska, duŜymi odległościami od cieków, niskimi wartościami współczynnika filtracji gleb, wysokim wskaźnikiem zwarcia drzewostanu, mszystą pokrywą gleby, drzewostanami dojrzałymi, siedliskami bagiennymi i łęgowymi oraz gatunkami iglastymi. Na potrzeby późniejszych analiz utworzono dla kaŜdej charakterystyki mapę jej

rozkładu przestrzennego na terenie obiektu badawczego. W kolejnym kroku zsumowano kody wszystkich parametrów przypisanych

kaŜdemu pododdziałowi, w wyniku czego otrzymano dla kaŜdego z nich nową wartość odzwierciedlającą jego zdolność retencyjną. Ostatnim etapem było wygenerowanie mapy przedstawiającej zmienność przestrzenną obliczonego miernika.

Wyniki i dyskusja

Materiałem wyjściowym do oszacowania zmienności obszarowej miernika potencjalnej zdolności retencyjnej terenów leśnych były ustalone dla kaŜdej po-wierzchni elementarnej (pododdziału) wartości ośmiu charakterystyk, mających wpływ na zdolności retencyjne obszaru badań. Obliczenia przeprowadzono zgodnie z procedurą przedstawioną w poprzednim rozdziale.

Analiza rozkładu miernika potencjalnej zdolności retencyjnej dla Leśnictwa Doświadczalnego Marianka wykazała, Ŝe charakteryzuje się on znaczną zmiennością przestrzenną (rys. 1). Fragment południowo-zachodni wykazuje duŜą potencjalną zdolność retencyjną, natomiast fragment centralny – małą. Pozostałe obszary leśnictwa to tereny o mozaikowatym układzie potencjalnej zdolności retencyjnej z największą zmiennością w rejonie północno-zachodnim leśnictwa. ZauwaŜalny jest duŜy związek potencjalnej zdolności retencyjnej Leśnictwa Doświadczalnego Marianka z wiekiem drzewostanów. Wraz ze wzrostem wieku drzewostanów rośnie potencjalna zdolność retencyjna wydzielenia leśnego. Z mniejszą siłą związku przyczynowego rysuje się prawidłowość obecności obszarów o duŜej potencjalnej zdolności retencyjnej na siedliskach bardziej Ŝyznych, a obszarów o małej potencjalnej zdolności retencyjnej – na siedliskach słabszych. W porównaniu z wynikami uzyskanymi przez Milera [M ILER i in. 2001] nie zaobserwowano przyczynowości pomiędzy kształtowaniem się wartości


246

miernika potencjalnej zdolności retencyjnej a gatunkami drzew w drzewostanie.

Rys. 1. Rozkład miernika potencjalnej zdolności retencyjnej obszarów leśnych Leśnictwa

Doświadczalnego Marianka Fig. 1. Spatial distribution of the potential retention capability index of the forest areas of

the Forest Experimental Range „Marianka” Efekt prac przedstawiony w postaci mapy bardzo przejrzyście obrazuje po-

tencjalną zdolność retencyjną badanego obszaru. MoŜe stanowić materiał pomocniczy w ocenie stosunków wodnych, jak równieŜ ukierunkowaniu wytycznych w zakresie gospodarki wodnej zawartych w planach urządzania lasu. Istnieje konieczność kontynuowania prac nad doborem najwłaściwszych parametrów siedliskowych i drzewostanowych słuŜących ustalaniu wartości miernika potencjalnej zdolności retencyjnej.

N

E W

S

11

12

13

14

15

Wartości miernika potencjalnej zdolności retencyjnej Index value of potential retention capability

16 17 18 19

POTENCJALNA ZDOLNOŚĆ RETENCYJNA OBSZARÓW LEŚNYCH ...

247

Podsumowanie

Przy szacowaniu miernika potencjalnej zdolności retencyjnej obszarów zalesio-nych w oparciu o pododdział uzyskuje się zbliŜone wyniki do metod wykorzystujących jako powierzchnię elementarną raster [GRAJEWSKI 2006; MILER i in. 2001]. Jednak w pierwszym przypadku w znacznym stopniu rozszerzyć moŜna zakres zastosowanych charakterystyk, jak i ułatwić prowadzenie obliczeń poprzez bezpośrednie korzystanie z informacji zawartych w bazach danych interesującego nas obiektu leśnego. W wyraźny sposób moŜe to przyspieszyć tok prowadzonych obliczeń oraz zwiększyć precyzję szacowania nie tylko w ujęciu ilościowym, ale takŜe lokalizacji przestrzennej.

Przedstawiona w pracy koncepcja obliczania wartości miernika potencjalnej zdolności retencyjnej, stanowiącego statyczną charakterystykę retencji, umoŜliwiać moŜe obiektywną ocenę zdolności retencyjnej określonego terenu, stwarzać moŜliwości do porównywania pomiędzy sobą interesujących nas obszarów oraz dawać podstawy do ewentualnego przenoszenia informacji hydrologicznych z obiektów monitorowanych na nieobjęte kontrolą hydrometryczną. Literatura CEBULSKA M., OSUCH B. 1998. Określenie zdolności intercepcyjnej mchu na przykładzie płonnika strojnego (Polytrichum attenuatum Menz). Mat. z międzyn. konf. nauk. „Las i woda”. Politechnika Krakowska, 25-29 V 1998 r.: 271-279.

FLISOWSKI J., IWANEJKO R., TRZOS O., WIECZYSTY A., BRZOZO-WÓJCIK M. 1986. Progno-zowanie wpływu piętrzenia rzek na wody podziemne i obliczanie systemów odwad-niających. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków: 308 ss.

GRAJEWSKI S. 2006. Stosunki wodne oraz zdolność retencyjna obszarów leśnych Parku Krajobrazowego Puszcza Zielonka. Wyd. AR w Poznaniu. Seria Rozprawy Naukowe 382: 92 ss.

GUTRY-KORYCKA M. 1989. Intercepcja pokrywy roślinnej, w: Procesy hydrologiczne: fizycznogeograficzne podstawy modelowania. U. Soczyńska (red.). PWN, Warszawa: 102-145.

HOMA A. 1998. Retencja wody w ściółce leśnej. Mat. z międzyn. konf. nauk. „Las i woda”. Politechnika Krakowska, 25-29 V 1998 r.: 280-289.

INSTRUKCJA 1994. Instrukcja urządzania lasu. MOŚZNiL i DGLP, Warszawa.

M ILER A. 1984. Problem określania charakterystyk fizjograficznych zlewni jako pods-tawa oceny warunków retencyjnych. Pol. Tow. Geofiz., Wrocław. Semin. „Proble-matyka hydrologiczna i meteorologiczna małych zlewni rzecznych”: 21-27.

M ILER A. 1994. Modelowanie matematyczne zdolności retencyjnych małych zlewni nizinnych. Roczniki AR w Poznaniu. Rozprawy Naukowe 258: 91 ss.

M ILER A. 1998. Modelowanie obszarowych zmienności róŜnych miar retencji. Wyd. AR w Poznaniu: 34 ss.

M ILER A.T., GRAJEWSKI S., OKOŃSKI B. 2001. Stosunki wodne w wybranych ekosystemach Puszczy Zielonka. Monografia. Wyd. AR w Poznaniu: 45 ss.

OPERAT 2005. Operat urządzenia gospodarstwa leśnego dla Nadleśnictwa Doświad-czalnego Siemianice. LZD Siemianice. Maszynopis.

SULI ŃSKI J. 1993. Modelowanie bilansu wodnego w wymianie między atmosferą, drze-wostanem i gruntem przy uŜyciu kryteriów ekologicznych. Zesz. Naukowe AR im. H. Kołłątaja w Krakowie, Rozprawy 179: 133 ss.


248

WŁOCZEWSKI T. 1968. Ogólna hodowla lasu. PWRiL, Warszawa: 498 ss.

Słowa kluczowe: retencja wodna, zdolności retencyjne, Nadleśnictwo Doświad-

czalne Siemianice Streszczenie

W pracy przedstawiono metody oraz wyniki szacowania wartości miernika potencjalnej zdolności retencyjnej obszarów leśnych Nadleśnictwa Doświadczalnego Siemianice na przykładzie leśnictwa Marianka. W toku prowadzonych analiz zauwaŜono duŜy związek pomiędzy kształtowaniem się wartości miernika zdolności retencyjnej a wiekiem drzewostanów. Z mniejszą siłą związku przyczynowego rysuje się prawidłowość obecności obszarów o duŜej potencjalnej zdolności retencyjnej na siedliskach bardziej Ŝyznych, a obszarów o małej potencjalnej zdolności retencyjnej – na siedliskach ubogich. POTENTIAL RETENTION CAPABILITY OF FOREST AREA INDEX OF THE FOREST EXPERIMENTAL DISTRICT „SIEMIANICE” Anna Krysztofiak, Sylwester Grajewski Department of Forest Engineering, University of Life Sciences, Poznań Key words: water retention, retention capability, Forest Experimental District

„Siemianice” Summary

The paper includes methods and results of quality valuation index of the potential water storage capacity of forested areas. The research area was included in the Forest Experimental District Siemianice (Forest Experimental Range Marianka). As a result of research a high correlation between the formation of quality valuation index of the potential water storage capacity and the age of forest were established. Another connection can be seen with a lower strength of the causative relationship. The more fertile habitat the more potential water storage capacity will be, and also the poorer habitat the smaller potential water storage capacity will be. Mgr inŜ. Anna Krysztofiak , dr inŜ. Sylwester Grajewski Katedra InŜynierii Leśnej Uniwersytet Przyrodniczy ul. Mazowiecka 41 60-623 POZNAŃ e-mail: [email protected], [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 251-257 BILANS WODNY MAŁEJ ZLEWNI LE ŚNEJ1 Daniel Liberacki, Czesław Szafrański, Rafał Stasik, Mariusz Korytowski Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Największe deficyty wody, które dodatkowo ulegają stopniowemu pogłębieniu, odnotowuje się w Wielkopolsce [KANIECKI 1982; PASŁAWSKI 1990; KOWALCZAK 2001]. W środkowej części dorzecza Warty zasoby wodne są małe, nawet w latach przeciętnych i mokrych [WOŚ 1989; PRZYBYŁA 1994]. Zmiany klimatyczne, spowodowane między innymi działalnością człowieka, wpływają na coraz częstsze występowanie ekstremalnych warunków meteorologicznych (niedobór lub nadmiar opadów), skutkiem których są okresy posuszne oraz powodziowe. W celu ograniczenia odpływów ze zlewni rzecznych konieczne jest tworzenie systemów umoŜliwiających zamykanie obiegu wody w zlewni lub w jej wydzielonych częściach, czyli tzw. retencjonowanie. MoŜna je uzyskać w wyniku procesów naturalnych zachodzących w przyrodzie lub w skutek działań człowieka, mających na celu osiągnięcie wybranych korzyści ekonomicznych związanych z ochroną i kształtowaniem środowiska przyrodniczego [KOWALEWSKI 2003]. Potwierdzają to badania licznych autorów [BIAŁKIEWICZ i in. 1993; KOSTURKIEWICZ i in. 2002], dotyczące odpływów, które wskazują na korzystny wpływ lasu w zlewni na kształtowanie się jej gospodarki wodnej. Las posiada bowiem duŜe zdolności retencyjne, będąc naturalnym zbiornikiem zgromadzonej w nim wody, która moŜe być następnie wykorzystywana w okresie suszy [STASIK i in. 2005]. Materiał i metody badań

W pracy dokonano oceny zmian podstawowych składników bilansu wodnego małej zlewni leśnej, na tle przebiegu warunków meteorologicznych w latach hydrologicznych 2002/2003-2004/2005.

1 Praca finansowana ze środków budŜetowych na naukę w latach 2005-2007 jako projekt badawczy.

Przedmiotem badań była mikrozlewnia cieku Hutka do przekroju Huta Pusta. Zlewnia ta połoŜona jest w centralnej części Wielkopolski, około 20 km na północny wschód od Poznania w Puszczy Zielonka (rys. 1). Obszar zlewni o powierzchni 0,52 km2 jest zalesiony w 89%, pozostałe 11% powierzchni zajmują głównie zabagnienia i nieuŜytki. W granicach zlewni występują siedliska: boru mieszanego świeŜego - 18,5

D. Liberacki

252

ha, boru świeŜego - 24,3 ha, boru mieszanego wilgotnego - 1,5 ha oraz olsu - 2,0 ha. Gatunkiem dominującym w drzewostanach jest sosna, ale występuje tu równieŜ dąb, brzoza, modrzew, olsza, świerk i jesion.

Rys. 1. Zlewnia cieku Huta do przekroju Huta Pusta Fig. 1. Catchment of the river Huta down to Huta Pusta

Materiałami macierzystymi gleb badanej zlewni są utwory polodowcowe, pochodzące ze stadiału poznańskiego zlodowacenia bałtyckiego. PrzewaŜają tutaj głównie gleby typu bielicowego, wytworzone z piasków. W obniŜeniach terenowych, gdzie poziom zwierciadła wody gruntowej znajduje się tuŜ pod powierzchnią, występują gleby murszowate.

Na obszarze badanej zlewni wytypowano charakterystyczne transekty spływowe, w których załoŜono 13 studzienek do pomiarów stanów wody gruntowej oraz 3 reprezentatywne dla badanych gleb stanowiska do pomiaru uwilgotnienia gleb. Pomiary stanów wód gruntowych w studzienkach pomiarowych wykonywane były z częstotliwością co 7 dni, natomiast pomiary uwilgotnienia gleb wykonywano systematycznie, co miesiąc metodą profilową, na głębokościach 15, 40, 70, 100 cm. Standardowe pomiary hydrometeorologiczne obejmowały ciągłą obserwację stanów wody w cieku Hutka na trójkątnym przelewie pomiarowym Thomsona o kącie rozwarcia 90°. Przebieg warunków meteorologicznych w badanych latach przeanalizowano na podstawie opadów atmosferycznych pomierzonych we własnym posterunku opadowym, zlokalizowanym na terenie omawianej zlewni, na tle średniej z wielolecia 1969/1970-2004/2005. Parowanie terenowe w okresie pozawegetacyjnym obliczono metodą pośrednią według tabel Konstantinowa, a dla okresu wegetacyjnego metodą Penmana [KĘDZIORA 1995].

BILANS WODNY MAŁEJ ZLEWNI LEŚNEJ

253

Wyniki i dyskusja

Pierwszy rok badań 2002/2003 był bardzo suchy, gdyŜ suma opadów atmos-ferycznych wyniosła zaledwie 347 mm i była niŜsza od średniej z wielolecia aŜ o 210 mm (tab. 1). Prawdopodobieństwo wystąpienia takiej sumy opadu razem z niŜszymi wynosi 8%, czyli 1 raz na około 13 lat. Średnia temperatura powietrza w tym roku wyniosła 8,6°C i była zbliŜona do średniej z wielolecia. Oba półrocza omawianego roku miały sumy opadów atmosferycznych niŜsze od średnich z wielolecia, odpowiednio o 55 mm i 155 mm. Tabela 1; Table 1 Półroczne i roczne sumy opadów atmosferycznych (mm) oraz półroczne i średnie roczne temperatury powietrza (°C) i ich odchylenia od średnich z wielolecia, w badanych latach hydrologicznych 2002/2003-2004/2005 Half-year and annual precipitation sums (mm) and half-year and annual average air temperature (°C) and their deviation from the average of multiyear, in researched hydrological years 2002/2003-2004/2005

Rok hydrologiczny Hydrological year

Opad (mm) Pricipitation

(mm)

Odchylenie od średniej (mm) Deviation from average (mm)

Temperatura po-

wietrza (°C) Air temperature

(°C)

Odchylenie

od średniej (°C) Deviation

from average (°C)

2002/ 2003

XI-IV

161

-55

1,2

-1,2

V-X

186

-155

15,9

1,2

XI-X

347

-210

8,6

0,1

2003/ 2004

XI-IV

170

-46

3,3

0,9

V-X

322

-19

15,0

0,3

XI-X

492

-65

9,1

0,6

2004/ 2005

XI-IV

243

27

2,7

0,3

V-X

292

-49

14,9

0,2

XI-X

535

-22

8,8

0,3

Następny rok badań 2003/2004 pod względem przebiegu warunków meteo-

rologicznych był średnio suchy i ciepły. Suma opadów atmosferycznych wyniosła 492 mm i była o 65 mm niŜsza od średniej z wielolecia. Prawdopodobieństwo wystąpienia takiej sumy opadów razem z niŜszymi wynosi 38%, czyli 1 raz na około 3 lata. Średnia roczna temperatura powietrza wyniosła 9,1°C i była o 0,6°C wyŜsza od średniej. Półrocze zimowe charakteryzowało się sumą opadów niŜszą o 21% od średniej z wielolecia, a półrocze letnie było zbliŜone do średniej. Natomiast ostatni analizowany rok hydrologiczny 2004/2005 był rokiem średnim. Suma opadów atmosferycznych była niŜsza od średniej z wielolecia o 22 mm, przy temperaturze wyŜszej od średniej o 0,3°C. W półroczu zimowym suma opadów była wyŜsza o 27 mm, natomiast w półroczu letnim była niŜsza o 49 mm od średniej. W obu półroczach średnie temperatury powietrza były zbliŜone do średnich z wielolecia.

Przeprowadzone badania potwierdziły, Ŝe podstawowymi składnikami bilansu wodnego zlewni Hutka do przekroju Huta Pusta są opady atmosferyczne i parowanie terenowe (rys. 2). Otrzymane wyniki wskazują, Ŝe pomimo zróŜnicowanych sum

D. Liberacki

254

rocznych opadów, od 347 (2002/2003) do 535 mm w 2004/2005 roku, odpływy roczne z tej zlewni były niewielkie i wynosiły około 10 mm. Bardzo wyrównane wielkości średnich półrocznych i rocznych odpływów w badanych latach mogą świadczyć o duŜych zdolnościach retencyjnych omawianej zlewni leśnej.

P - opad; precipitation, E - parowanie terenowe; evatranspiration, H - odpływ; outflow, dR - retencja; retention Rys. 2. Rozkład półrocznych oraz rocznych wartości składników bilansu wodnego w latach

2002/2003-2004/2005 Fig. 2. Water balance components distribution in half-year, and in years

2002/2003-2004/2005

DuŜe wartości parowania terenowego, osiągające wartość w kolejnych badanych latach, 616 (2002/2003), 723 (2003/2004) i 639 mm (2004/2005) sprawiły, Ŝe w analizowanej zlewni wystąpiły spadki zasobów wodnych w kaŜdym z badanych lat, odpowiednio o 278, 240 i 116 mm. W suchych półroczach zimowych dwóch pierwszych lat hydrologicznych sumy opadów atmosferycznych i parowania były do siebie zbliŜone (rys. 2). UniemoŜliwiło to odbudowanie się zasobów wodnych w profilach glebowych badanej zlewni. Jedynie w półroczu zimowym 2004/2005 roku, przy opadach wyŜszych od parowania terenowego o 106 mm, wystąpił znaczny przyrost retencji wynoszący 100 mm. W półroczach letnich badanych lat hydrologicznych stwierdzono wyraźny ubytek retencji. W bardzo suchym półroczu letnim 2002/2003 roku, przy sumie opadów atmosferycznych niŜszej od średniej z wielolecia o 155 mm, spadek retencji w profilach glebowych wyniósł aŜ 275 mm. Podobny przebieg stwierdzono w półroczu letnim 2003/2004 roku, gdzie przy sumie opadu wynoszącej 322 mm i parowaniu 558 mm spadek retencji wyniósł 239 mm. NajniŜszy spadek retencji wynoszący 212 mm pomierzono w półroczu letnim 2004/2005 roku.


255

Wnioski 1. Badania przeprowadzone w zlewni cieku Hutka do przekroju Huta Pusta w latach

hydrologicznych 2002/2003-2004/2005 potwierdziły, Ŝe podstawowymi składnikami bilansu wodnego są opady atmosferyczne i parowanie terenowe.

2. Otrzymane wyniki wskazują, Ŝe pomimo zróŜnicowanych sum rocznych opadów

wahających się od 347 do 535 mm, odpływy roczne z tej zlewni były niewielkie i wynosiły około 10 mm.

3. Wyrównane wielkości średnich półrocznych i rocznych odpływów w analizo-

wanych okresach świadczą o duŜych zdolnościach retencyjnych omawianej zlewni leśnej.

4. DuŜe wartości parowania terenowego, osiągające wartość od 616 do 723 mm w

poszczególnych latach hydrologicznych sprawiły, Ŝe w analizowanej zlewni wystąpił spadek zasobów wodnych w wierzchnich warstwach gleby, wynoszący od 116 do 278 mm.

5. W suchych półroczach zimowych dwóch pierwszych lat hydrologicznych przy

opadach zbliŜonych do parowania terenowego, nie stwierdzono odbudowy zasobów wodnych w profilach glebowych badanej zlewni. Natomiast w półroczu zimowym 2004/2005 roku, w którym opady były wyŜsze od parowania terenowego 106 mm, wystąpił znaczny przyrost retencji wynoszący 100 mm.

6. W półroczach letnich badanych lat hydrologicznych, przy niŜszych sumach

opadów atmosferycznych od średniej z wielolecia dla tego okresu, stwierdzono wyraźny ubytek retencji wahający się od 212 do 275 mm.

Literatura BIAŁKIEWICZ F., CIEPIELOWSKI A., STOLAREK A., TYSZKA J., WIŚLAŃSKA B. 1993. Leśne zlewnie badawcze. Prace IBL, Seria B, nr 16, Warszawa: 4-38.

KANIECKI A. 1982. Pojemność retencyjna i zmienność zasobów wód małej zlewni nizinnej na przykładzie dorzecza Wrześnicy. Wyd. UAM, Poznań. Seria Geografia 26: 142 ss.

KĘDZIORA A. 1995. Podstawy agrometeorologii. PWRiL, Poznań: 364 ss.

KOWALCZAK P. 2001. Hierarchia potrzeb obszarowych małej retencji w dorzeczu Warty. Wyd. Nauk. IMGW, Warszawa: 111 ss.

KOWALEWSKI Z. 2003. Wpływ retencjonowania wód powierzchniowych na bilans wodny małych zlewni rolniczych. Woda Środowisko Obszary Wiejskie 6. Wyd. IMUZ, Falenty: 127 ss.

KOSTURKIEWICZ A., CZOPOR S., KORYTOWSKI M., STASIK R., SZAFRAŃSKI CZ. 2002. Od-pływy i retencja siedlisk leśnych w małych zlewniach. Roczniki AR w Poznaniu, Seria Melioracje i InŜynieria Środowiska 342(23): 217-227.

PASŁAWSKI Z. 1990. Bilans wodny Wielkopolski. Obieg wody i bariery biogeochemiczne w krajobrazie rolniczym. Wyd. UAM, Poznań: 59-68.

PRZYBYŁA Cz. 1994. Gospodarka wodna i potrzeby nawodnień w warunkach klima-tyczno-glebowych Wysoczyzny Poznańskiej. Rocz. AR w Poznaniu 271, Melior. InŜ.

D. Liberacki

256

Środ. 15, cz. 1: 147-155.

STASIK R., SZAFRAŃSKI CZ., KORYTOWSKI M. 2005. Odpływy z Małych zlewni leśnych w roku suchym. Politechnika Koszalińska, Zesz. Nauk. Wydz. Bud. i InŜ. Środ., Seria InŜynieria Środowiska 22: 857-865.

WOŚ D. 1989. Ocena potencjalnych zasobów wodnych dorzecza Warty. Wyd. UAM w Poznaniu, Seria Geografia 46: 98 ss.

Słowa kluczowe: zlewnia, bilans wodny, retencja Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w mikrozlewni Hutka do przekroju Huta Pusta. Zlewnia ta o powierzchni 0,52 km2 połoŜona jest w centralnej części Wielkopolski, około 20 km na północny wschód od Poznania w Puszczy Zielonka. Przeprowadzone badania potwierdziły, Ŝe podstawowymi składnikami bilansu wodnego są opady atmosferyczne i parowanie terenowe. Otrzymane wyniki wskazują, Ŝe pomimo zróŜnicowanych sum rocznych opadów, wahających się od 347 do 535 mm, odpływy roczne z tej zlewni były niewielkie i wynosiły około 10 mm. Wyrównane wielkości średnich półrocznych i rocznych odpływów w badanych okresach świadczą o duŜych zdolnościach retencyjnych omawianej zlewni leśnej. WATER BALANCE IN A SMALL FOREST CATCHMENT Daniel Liberacki, Czesław Szafrański, Rafał Stasik, Mariusz Korytowski Department of Land Reclamation and Environmental Engineering, University of Life Sciences, Poznań Key words: catchment, water balance, retencion Summary

The paper presents the results of research carried out at Hutka small catchment up to Huta Pusta cross section. The catchment is located at the central part of Wielkopolska Region about 20 km north-east from Poznań at Puszcza Zielonka. The catchment area is 0.52 km2. The research confirmed that the main elements of water balance are precipitation as well as evapotranspiration. The obtained results indicate that despite of differences in yearly precipitation sum which varied from 347 to 535 mm, the outflow from the catchment was small of about 10 mm. Smoothing of half-year and year outflow indicates the significant retention of investigated catchment. Dr inŜ. Daniel Liberacki Katedra Melioracji Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy ul. Piątkowska 94 60-648 POZNAŃ


257

e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 259-265 STAN AKTUALNY ORAZ PROGNOZA ZMIAN STOSUNKÓW WODNYCH NA OBSZARACH MOKRADŁOWYCH LE ŚNEGO KOMPLEKSU PROMOCYJNEGO LASY RYCHTALSKIE Antoni T. Miler Katedra InŜynierii Leśnej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Leśne Kompleksy Promocyjne (LKP) tworzone są w celu promocji trwale zrównowaŜonej gospodarki leśnej oraz zasobów przyrody w lasach. W skład LKP Lasy Rychtalskie (o powierzchni ok. 48 tys. ha, powołanego w 1996 roku) wchodzą lasy dwóch nadleśnictw RDLP w Poznaniu: Antonin i Syców oraz lasy Leśnego Zakładu Doświadczalnego w Siemianicach.

Pod pojęciem makradła leśne określane są obszary, ekosystemy leśne, nadmiernie uwilgotnione, do których naleŜy wstępnie zaliczyć te tereny, które w opisach taksacyjnych zakwalifikowano jako: bór bagienny (Bb), bór mieszany bagienny (BMb), las mieszany bagienny (LMb), oles (Ol), oles jesionowy (OlJ) i las łęgowy (Lł).

Celem pracy jest przedstawienie aktualnego stanu stosunków wodnych oraz prognozy ich zmian w nadchodzących latach na obszarach mokradłowych LKP Lasy Rychtalskie. Materiał i metody badań

Według regionalizacji przyrodniczo-leśnej LKP Lasy Rychtalskie połoŜony jest w Krainie III Wielkopolsko-Pomorskiej, Dzielnicy 9 Kotliny śmigrodzko-Grabowskiej oraz w Krainie V Śląskiej, Dzielnicy 2 Wrocławskiej. Udział dominujących siedlisk leśnych na tym terenie jest następujący: Antonin – bór świeŜy (Bśw) 48%, Syców – las mieszany świeŜy (LMśw) 33% i bór mieszany świeŜy (BMśw) 31%, oraz Siemianice LMśw 39% i BMśw 22%. W tym siedliska wilgotne (Bb, BMb, LMb, Ol, OlJ, Lł), znajdujące się pod bezpośrednim wpływem wody gruntowej zajmują odpowiednio: Antonin 1,2%, tj. 239 ha, Syców 1,0%, tj. 221 ha oraz Siemianice 6,3%, tj. 375 ha powierzchni leśnej.

Po szczegółowej analizie uzyskanych materiałów z nadleśnictw, wizjach te-renowych, analizie map wielkoskalowych etc. wybrano do badań szczegółowych trzy powierzchnie doświadczalne, mikrozlewnie, które są tak usytuowane, iŜ leŜą prawie w całości na leśnych terenach mokradłowych (o powierzchniach: 8,58; 30,61 i 32,00 ha). Stanowi to istotę załoŜonego doświadczenia, bowiem chodzi o oszacowanie m.in. odpływu właśnie z owych terenów. W 2004 roku rozpoczęto systematyczne badania terenowe, obejmujące m.in. pomiary stanów wód gruntowych (51 studzienek) i pomiary stanów wód w ciekach (3 przelewy Thomsona) oraz okresowe badania jakości wód.

A.T. Miler

260

Poszczególne składniki bilansu surowego uzyskano następująco: opad na podstawie standardowych pomiarów, ewapotranspirację obliczono metodą Kons-tantinowa, odpływ na podstawie stanów na przelewach, zmianę retencji oszacowano na podstawie zmian stanów wód gruntowych w studzienkach [M ILER i in. 2004-2006, 2005].

Ocenę warunków meteorologicznych w okresie badań przeprowadzono na podstawie danych ze stacji Siemianice, gdzie pomiary prowadzone są od 1975 roku. Do analiz przyjęto rok hydrologiczny 2004/2005, który w ocenie sum rocznych opadów atmosferycznych (514,5 mm) i średnich rocznych temperatur powietrza (8,6°C) moŜna zaliczyć do przeciętnych, poniewaŜ odchylenia powyŜszych wartości nie przekraczają 10% stosownych wartości średnich. Wyniki i dyskusja

W tabeli 1 zestawiono wartości miesięczne i roczne składników zrównowaŜonego bilansu wodnego obszarów mokradłowych LKP Lasy Rychtalskie, obliczonego poprzez uśrednienie wyników z trzech powierzchni doświadczalnych, dla roku hydrologicznego 2004/2005.

0

5

10

15

20

2501

.05.20

05

02.0

5.200

5

03.05

.2005

04.0

5.200

5

05.0

5.200

5

06.05

.2005

07.0

5.200

5

08.0

5.200

5

09.05

.2005

10.0

5.200

5

11.05

.2005

12.0

5.200

5

13.0

5.200

5

14.05

.2005

doby; days

op

ad

atm

osf

ery

czn

y (m

m)

p

reci

pita

tion

(m

m)

0

1

2

3

4

5

od

pły

w;

outfl

ow

(dm

3.s-1

. km-2

)

Rys. 1. Przykładowy hydrograf wezbrania (01-14.05.2005) na obszarach mokradłowych Leśnego

Kompleksu Promocyjnego Lasy Rychtalskie Fig. 1. Example of storm flow hydrograph (01-14.05.2005) in marshlands areas on the

Promotion Forest Complex of Rychtalskie Forests

Odpływ roczny z badanych terenów mokradłowych jest stosunkowo niewielki ok. 4% sumy opadów rocznych. Okresowo cieki zanikają – w latach hydrologicznych 2004/2005 i 2005/2006 odnotowano odpływ odpowiednio w ciągu 202 dni (15.11.2004-5.06.2005) oraz 192 dni (1.12.2005-10.06.2006). Nawet dość znaczne

STAN AKTUALNY ORAZ PROGNOZA ZMIAN STOSUNKÓW WODNYCH ...

261

opady letnie: 41,2 mm (22-26.08.2005), 66,4 mm (3-9.08.2006) nie powodują na tyle

A.T. Miler

262

podniesienia się stanów wody w ciekach, aby odnotowany został odpływ na prze-lewach. W okresie prowadzonych badań nie odnotowano typowych wezbrań, tzn. bazujących na spływie powierzchniowym, które w badanych mikrozlewniach przy opadach nawalnych powinny trwać najwyŜej parę godzin. Obserwowane wezbrania – podwyŜszone odpływy deszczowo-roztopowe lub deszczowe (rys. 1), zasilane są z odpływów: podpowierzchniowego i gruntowego.

PowyŜsze świadczy o stosunkowo bardzo duŜych zdolnościach retencyjnych badanych terenów mokradłowych (drzewostan, ściółka, zagłębienia terenowe, gleby).

Przeciętne stany wód gruntowych (51 studzienek) zalegają dość płytko, 97,5 cm poniŜej powierzchni terenu, przy odchyleniu standardowym 55,5 cm (rys. 2). Głębokość lustra wody gruntowej zmienia się na badanych obszarach mokradłowych dość regularnie, nie zaznaczają się wyraźnie przesunięcia fazowe. Odnotowano teŜ krótkie okresy stagnowania wody na powierzchni terenu.

-300

-250

-200

-150

-100

-50

011

.2004

12.2

004

01.20

05

02.2

005

03.20

05

04.2

005

05.2

005

06.2

005

07.2

005

08.2

005

09.2

005

10.2

005

czas; time

sta

ny

wo

dy

gru

nto

we

j (cm

p.p

.t.)

gro

un

d w

ate

r le

vels

(cm

u.s

.l.)

Rys. 2. Stany wody gruntowej na obszarach mokradłowych w Leśnym Kompleksie Promocyjnym

Lasy Rychtalskie w roku hydrologicznym 2004/2005 Fig. 2. Ground water levels in marshlands areas on the Promotion Forest Complex of

Rychtalskie Forests in hydrological year 2004/2005 Bazując na danych z Siemianic (1975-2006), obliczono trendy czasowe – zmiany

roczne dla sum rocznych opadów atmosferycznych i średnich rocznych temperatur powietrza odpowiednio dla poszczególnych miesięcy i całego roku (tab. 2).

Dodatni roczny trend średnich rocznych temperatur powietrza (+0,041°C⋅rok-1) będzie niewątpliwie stymulował wzrost ewapotranspiracji, lecz ta zaleŜy, jak wiadomo, od wielu czynników, m.in. od dostępności wody. Zatem w prognozie zmian stosunków wodnych badanych terenów przyjęto załoŜenie, Ŝe ewapotranspiracja nie będzie ulegać istotnym zmianom. Odpływ z badanych terenów mokradłowych jest tak niewielki, iŜ moŜna jego zmiany pominąć w prognozach.

Ostatecznie, prognozę zmian stosunków wodnych na badanych terenach mokradłowych LKP Lasy Rychtalskie, wyraŜającą się zmianami stanów wód grun-


263

towych, oparto na ujemnym rocznym trendzie sum rocznych opadów atmosferycznych (-1,573 mm⋅rok-1).

JeŜeli przyjąć załoŜenie, Ŝe istotne zmiany w ekosystemach mokradłowych będą zachodzić, gdy średni poziom wód gruntowych spadnie o ok. 50 cm (50% obecnego średniego stanu wód gruntowych), na skutek malejących sum rocznych opadów atmosferycznych, to moŜna szacować, Ŝe nastąpi to po około 100 latach.

Przy przyjętych załoŜeniach jak wyŜej oraz porowatości gleb w warstwie wodonośnej 34%, po 100 latach malejące opady spowodują obniŜenie stanów wód gruntowych średnio o 46,3 cm. Takie oszacowanie moŜe budzić wątpliwości, bowiem bazuje na tylko ok. 30-letnim ciągu obserwacji opadów w Siemianicach oraz bez uwzględnienia cykliczności zmian opadów. Gdyby „wydłuŜyć” ciąg obserwacyjny w Siemianicach, np. poprzez związek korelacyjny z ciągiem obserwacji opadów we Wrocławiu (LKP Lasy Rychtalskie oddalony jest o ok. 40 km), gdzie obserwacje są prowadzone od 1860 roku, to obliczony trend sum rocznych opadów atmosferycznych wynosiłby zaledwie -8,8 mm na 100 lat. Zatem praktycznie, malejący trend sum rocznych opadów atmosferycznych w tym wypadku nie stanowiłby zagroŜenia degradacji badanych terenów mokradłowych. To jednak takŜe moŜe budzić wątpliwości, bowiem opady atmosferyczne mają charakter lokalny oraz okresowy. Przykładowo, Poznań charakteryzuje się bardzo stacjonarnym klimatem w dłuŜszym okresie 1848-2000, a jednocześnie występują trendy okresowe zarówno średnich rocznych temperatur powietrza, jak i sum rocznych opadów atmosferycznych [M ILER, MILER 2005].

Ostatecznie, zasadne wydaje się przyjęcie dla prognozy zmian stosunków wodnych na obszarach mokradłowych LKP Lasy Rychtalskie wyników pomiarów opadów i temperatur z Siemianic. Okres obserwacji 1975-2006 nie jest co prawda zbyt długi, ale jednocześnie reprezentatywny i w miarę jednorodny („gwarancją” jest właśnie krótki okres obserwacji). Obliczone wyŜej „100 lat …” ma oczywiście charakter szacunkowy. Niemniej oddaje rząd wielkości, co do okresu, po którym moŜliwe są takie zmiany stosunków wodnych tych terenów mokradłowych, iŜ zmienią one swój charakter, przestaną być siedliskami nadmiernie uwilgotnionymi. Wnioski

Szczególnie cenne dla bioróŜnorodności ekosystemy mokradłowe w LKP Lasy Rychtalskie są zagroŜone w stosunkowo nieodległej przyszłości deficytem wody. Szacunkowo moŜna przyjąć, iŜ po około 100 latach nastąpi przesuszenie leśnych siedlisk obecnie ocenianych jako mokradłowe. Działając pragmatycznie naleŜałoby dąŜyć do całkowitego zatrzymania odpływającej z tych terenów wody. Spowolni to nieco proces przesuszania, lecz zatrzymanie niewielkich odpływów z tych terenów (ok. 4% sumy rocznej opadów) w dłuŜszym okresie nie będzie w stanie powstrzymać degradacji mokradeł.

Literatura M ILER A.T., M ILER M. 2005. Trendy i okresowości zmian temperatury oraz opadów dla Poznania w latach 1848-2000. Zesz. Nauk. Wydz. Bud. i InŜ. Środ. Politech. Koszal., InŜ. Środ. 22: 945-956.

M ILER A.T., KAMI ŃSKI B., KRYSZTOFIAK A., SOBALAK M. 2005. Inwentaryzacja obszarów mokradłowych na terenie Leśnego Kompleksu Promocyjnego Lasy Rychtalskie oraz wstępne wyniki badań hydrologicznych. Infrastruktura i Ekologia Obszarów Wiejskich, PAN Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi 4: 85-98.

A.T. Miler

264

M ILER A.T., KAMI ŃSKI B., CZERNIAK A., GRAJEWSKI S., OKOŃSKI B., STASIK R., KRYSZTO-FIAK A., SOBALAK M., POSZYLER-ADAMSKA A., PRZYPIECKA K., KAMI ŃSKI M. 2004-2006. Opracowanie strategii ochrony obszarów mokradłowych na terenie Leśnych Kom-pleksów Promocyjnych na przykładzie LKP Lasy Rychtalskie. Opracowania dla DGLP w Warszawie (maszynopisy).

Słowa kluczowe: leśne tereny mokradłowe, bilans wodny, prognoza, stany wód

gruntowych Streszczenie

Badania terenowe prowadzono na terenach mokradłowych Leśnego Kompleksu Promocyjnego Lasy Rychtalskie. Obszary mokradłowe charakteryzują się bardzo duŜymi zdolnościami retencyjnymi. Odpływ roczny jest stosunkowo niewielki - ok. 4% sumy opadów rocznych i występuje tylko w półroczu zimowym i w maju. Wody gruntowe zalegają płytko ok. 1 m poniŜej powierzchni terenu. Prognozę zmian stosunków wodnych na badanych terenach, wyraŜającą się zmianami stanów wód gruntowych, oparto na ujemnym rocznym trendzie opadów atmosferycznych. ZałoŜono, Ŝe istotne zmiany w ekosystemach mokradłowych będą zachodzić, gdy średni poziom wód gruntowych spadnie o 50% obecnego stanu. MoŜna szacować, Ŝe nastąpi to po ok. 100 latach. Działając pragmatycznie naleŜałoby dąŜyć do całkowitego zatrzymania odpływającej z tych terenów wody. PRESENT CONDITIONS AND FORECAST OF WATER CONDITION CHANGE ON MARSHLAND AREAS IN THE PROMOTION FOREST COMPLEX OF RYCHTALSKIE FORESTS Antoni T. Miler Department of Forest Engineering, University of Life Sciences, Poznań Key words: forest marshland areas, water balances, forecast, ground water levels Summary

Field studies were carried out on marshland areas in the Promotion Forest Complex of Rychtalskie Forests. Marshland areas are characterized by very large water storage capacities. Total annual outflow is relatively small - about 4% of the total annual precipitation and it occurs only in winter half-year and in May. Ground water levels lie shallow, about 1 m under the surface area. The forecast of water condition change in the investigated areas, expressed by ground water changes, was based on a negative trend of precipitation. It was assumed that, essential changes on marshland area ecosystems will occur, when the average ground water levels come down by about 50% of the present state. It was estimated that it will happen in about 100 years. Pragmatic actions should aim at totally stopping the water outflow from these areas. Prof. dr hab. inŜ. Antoni T. Miler


265

Katedra InŜynierii Leśnej Uniwersytet Przyrodniczy ul. Mazowiecka 41 60-623 POZNAŃ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 267-274 WPŁYW DESZCZOWANIA NA PLONOWANIE REPLANTOWANEGO SADU JABŁONIOWEGO W WARUNKACH KLIMATYCZNYCH I GLEBOWYCH RÓWNINY SZAMOTULSKIEJ Czesław Przybyła, Sylwia Rapczyńska Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Ocena wpływu nawodnień deszczownianych w warunkach sadów replanto-wanych, w aspekcie zmęczenia gleby, ma bardzo istotne znaczenie przyrodnicze, techniczne i ekonomiczne.

Zmienne warunki klimatyczne występujące w Wielkopolsce wywierają duŜy wpływ na gospodarkę wodną gleb oraz plonowanie roślin uprawnych i tym samym zwiększają ryzyko gospodarowania oraz niepewność uzyskania wysokich plonów.

Deficyt wodny wynika z ujemnego bilansu, kiedy to zapotrzebowanie na wodę jest większe w stosunku do zuŜycia. Drzewa owocowe rozwijają się najlepiej, gdy wilgotność gleby utrzymywana jest pomiędzy polową pojemnością wodną a wilgotnością krytyczną. Dlatego, aby wilgotność taką utrzymać, naleŜy stosować m.in. systemy nawodnień deszczownianych, które mają bardzo duŜe znaczenie w okresie wegetacji i są niezbędne w warunkach klimatycznych Wielkopolski [PRZYBYŁA 1994].

Celem pracy była ocena wpływu nawodnień deszczownianych na gospodarkę wodną gleb i plonowanie sadu jabłoniowego po replantacji w warunkach klimatycznych i glebowych Wielkopolski [PRZYBYŁA i in. 2004]. Materiał i metody badań

W pracy przedstawiono wyniki wieloletnich badań terenowych nad wpływem nawodnień deszczownianych na plonowanie i efektywność produkcyjną sadu jabłoniowego, znajdującego się w połoŜonej na Wysoczyźnie Poznańskiej miejscowości Przybroda. Badaniami, które prowadzono w doświadczalnym sadzie jabłoniowym Katedry Sadownictwa, Akademii Rolniczej im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu, objęto lata 1997-2005 [PRZYBYŁA , PACHOLAK 2000].

Obiekt badań połoŜony jest 25 km od Poznania w kierunku Szamotuł. Jego warunki glebowe moŜna zaliczyć do typowych dla Wielkopolski. Występują tam gleby płowe właściwe, zbudowane w warstwie korzenienia się drzew (0-50 cm) z piasków gliniastych lekkich do piasków gliniastych mocnych z występującą w podłoŜu gliną [KOZACZYK i in. 2002].

W doświadczeniu przez wszystkie lata prowadzenia badań porównywano trzy warianty nawodnieniowe: wariant W0 – kontrolny (bez nawodnienia) o wilgotności naturalnej uzaleŜnionej od przebiegu warunków klimatycznych, głównie od wielkości i przebiegu opadów atmosferycznych; wariat W1 - w którym prowadzone są nawodnienia w celu utrzymania wilgotności gleby na poziomie –0,03 MPa potencjału wodnego, co

Cz. Przybyła, S. Rapczyńska

268

odpowiada około 60% polowej pojemności wodnej (umiarkowane nawadnianie); wariant W2 - w którym prowadzone są nawodnienia w celu utrzymania wilgotności gleby na poziomie –0,01 MPa potencjału wodnego, co odpowiada około 90% polowej pojemności wodnej [PRZYBYŁA , PACHOLAK 2000].

Po wykarczowaniu jesienią 1993 roku starych drzew jabłoni, które rosły na tym samym polu przez 17 lat, wiosną 1994 roku, zachowując poprzedni układ kombinacji nawodnieniowych oraz nawoŜeniowych, posadzono nowe drzewa odmiany Šampion na podkładce P 60, zachowując rozstawę 3,5 m × 1,5 m, czyli 1900 sztuk drzew na 1 hektarze. Do nawodnień uŜyto wody z Jeziora Pamiątkowskiego o III klasie czystości wód, z którego przepompowywano wodę do zbiornika wyrównawczego zlokalizowanego na terenie objętym doświadczeniami sadowniczymi. Plonowanie replantowanego sadu rozpoczęło się w 1997 roku, czyli trzy lata po posadzeniu. Wyniki i dyskusja

Wyniki wieloletnich badań terenowych z lat 1997-2005 oceniono w aspektach występowania niedoborów opadów, potrzeb stosowania nawodnień oraz wpływu zastosowanych nawodnień na wielkość uzyskanych plonów. Określono takŜe efektywność produkcyjną zastosowanych dawek polewowych. Rys. 1. Odchylenia sum opadów okresu wegetacyjnego (IV-IX) od średniej z wielolecia

(1997-2005) w latach 1997-2005 Fig. 1. Deviation of precipitation sums for the growing season (April-September) from the

mean for 1997-2005

średnie sumy opadów dla okresu wegetacyjnego w latach 1997-2005 = 296 mm mean precipitation sums for the growing season in the years 1997-2005 = 296 mm

3342

-33

22

-66

-112

0

-1

-54

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

lata; years

odch

yle

nia

opa

dów

(m

m)

dev

iatio

n of

pre

cip

itat

ion

(mm

)

WPŁYW DESZCZOWANIA NA PLONOWANIE REPLANTOWANEGO SADU ...

269

średn ia temperatura okresu wegetacyjnego w latach 1997-2005 = 16,1°C mean temperature for the growing season in the years 1997-2005 = 16.1°C

0

-1,9

-0,7

0,5

-0,5

0,9

-0,3 -0,1

0,3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

lata; years

od

chyl

eni

a te

mpe

ratu

r (°

C)

de

viat

ion

of te

mpe

ratu

re (

°C)

Rys. 2. Odchylenia średnich temperatur w okresie wegetacyjnym (IV-IX) od średniej z wielolecia

(1997-2005) w latach 1997-2005 Fig. 2. Deviation of mean temperatures for the growing season (April-September) from the

mean for 1997-2005 Rys. 3. Średnie stany wód gruntowych z okresu wegetacyjnego (IV-IX) w latach 1997-2005 Fig. 3. Mean groundwater level in the experimental field for the growing season (April -

September) in the years 1997-2005

NajwyŜsze wynoszące -112 mm odchylenia opadów od średniej z wielolecia wy-noszącej 296 mm wystąpiły w roku 2003 (rys. 1). Z kolei w 2000 i 2005 r. nie za-notowano Ŝadnych odchyleń. Średnia temperatura z lat 1997-2005 wyniosła 16,1°C. Największe odchylenia od tej wartości zanotowano w 1998 roku, a najmniejsze w 1997 i 2005 (rys. 2.). Pomiary poziomu wód gruntowych w latach 1997-2005 prowadzone były w dziewięciu studzienkach pomiarowych. W latach 1997-2004 stwierdzono wyraźne obniŜanie się zwierciadła wód gruntowych. Jeszcze w 1997 r. średnie stany wód gruntowych z okresu wegetacji układały się na poziomie 138 cm poniŜej powierzchni terenu, natomiast w roku 2004 juŜ 84 cm niŜej (222 cm poniŜej powierzchni terenu). Wyraźny wzrost poziomu wód wystąpił w roku 2005 (193 cm), (rys. 3).

Analizując rozkład opadów w latach 1997-2005 moŜna stwierdzić, Ŝe okresy niedoborów wody w stosunku do średniej z wielolecia (296 mm) pojawiały się

-230

-210

-190

-170

-150

-130

-110

1997 1998 1999 2000 2001 20 02 2003 20 04 2005

lat a; years

poz

iom

wó

d g

run

tow

ych

(c

m)

gro

un

d w

ate

r lev

el (

cm)


270

nieregularnie. W dziewięciu latach objętych badaniami wystąpiły dwa okresy wegetacji zbliŜone do średnich, cztery do suchych oraz trzy do wilgotnych. Sumy opadów (W0) oraz opadów wraz z nawodnieniami (W1, W2) w kolejnych latach badań w replantowanym sadzie wahały się w poszczególnych wariantach nawodnieniowych od 184 (W0) do 534 mm (W2), (rys. 4). W0 wariant kontrolny, bez nawodnień; control/test variant, without irrigation W1 wariant średnio intensywnego nawadniania, w którym wilgotność gleby w warstwie 0-50 cm

utrzymywano na poziomie -0,03 MPa; medium intensity irrigation, applied to keep soil moisture in the aimed depth layer (0-50 cm) at the level of -0.03 MPa

W2 wariant bardzo intensywnego nawadniania, w którym wilgotność utrzymywano na poziomie -0,01 MPa; high intensity irrigation, applied to keep soil moisture at the level of -0.01 MPa of water potential

Rys. 4. Opady naturalne W0 oraz sumaryczne dawki wody w kombinacjach W1 i W2 w okresach wegetacji 1997-2005

Fig. 4. Precipitation W0 and total sum of irrigation applied in W1 and W2 in the successive

vegetation in the years of 1997-2005

W0, W1, W2 objaśnienia jak na rys 4; explanations see Fig. 4 Rys. 5. Plonowanie jabłoni w replantowanym sadzie (średnie ze wszystkich kombinacji

nawoŜeniowych) w latach 1997-2005 Fig. 5. Mean yield of apple in replant orchard (means from all combinations of fertilization)

in the years of 1997-2005 ZróŜnicowanie plonowania jabłoni w latach 1997-2005 było duŜe i wahało się w

wariancie W0 od 10,5 t⋅ha-1 w 1997 roku do 45 t⋅ha-1 w 2002 roku. W wariancie W1 od 4,9 t⋅ha-1 w 1997 r do 24,2 t⋅ha-1 w 2004 roku, natomiast w wariancie W2 od 4,6 t⋅ha-1 w 1997 roku do 29,7 t⋅ha-1 w 2004 roku. Największe plony uzyskiwano jednak bez

0

100

200

300

400

500

600

1 997 1998 1999 200 0 2 001 2002 2003 20 04 2005średnia;m ean

lata; years

W0 W 1 W2op

ady

i na

wod

nie

nia

(mm

)

prec

ipit

atio

n a

nd ir

rig

atio

n (m

m)

296 mm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

lata; years

W0 W1 W2

plon

; yi

eld

(t . ha

-1)


271

stosowania nawodnień, czyli w wariantach opadów atmosferycznych (rys. 5). W latach 2002, 2004 i 2005 róŜnice wysokości plonów pomiędzy wariantem bez

nawodnień a wariantami z nawodnieniem były bardzo duŜe (rys. 5.). W 2002 roku w wariancie bez deszczowania (W0) uzyskano 45 t⋅ha-1, w wariancie z umiarkowanym deszczowaniem (W1) 24,1 t⋅ha-1, a w wariancie intensywnego deszczowania (W2) 29,6 t⋅ha-1.

W0, W1, W2 objaśnienia jak na rys 4; explanations see Fig. 4 Rys. 6. Średnie zuŜycie wody w latach 1997-2005 w m3 na ha w wariantach W0 (opady), W1

(-0,01 MPa), W2 (-0,03 MPa), plony w tonach z ha i efektywność wody w litrach na kg jabłek w replantowanych sadach

Fig. 6. Mean water use in the years 1997-2005 in m3 per ha in variant W0 (precipitations),

W1 (0.01 MPa), W2 (-0.03 MPa) and mean yields in ton per hectar and water production efficiency in liters per 1 kg of apple in replanted orchard

Na rysunku 6A pokazano średnie wegetacyjne zuŜycie wody w m3 na 1 ha sadu

w wariancie bez deszczowania (W0) oraz w warunkach zastosowania umiarkowanego (W1) i intensywnego deszczowania (W2). W części B rysunku 6 zestawiono plony jabłek z okresu lat 1997-2005. Natomiast w celu porównania wielkości zuŜytej wody i uzyskanych plonów obliczono wskaźniki efektywności produkcyjnej wody potrzebnej do uzyskania 1 kg jabłek (rys. 6C). Najlepszy wskaźnik efektywności uzyskano dla wariantu W0, w którym dla uzyskania 1 kg jabłek potrzeba prawie 129 litrów wody, czyli ponad 2-krotnie mniej niŜ w wariantach W2 - 297 litrów i W1 - 278 litrów.

27 703 450

4070

0

10002000

3000

4000

5000

WO W1 W2

A

128,8

278,2 297 ,1

0

100

200

300

400

WO W1 W2

B

128,8

278,2 297 ,1

0

100

200

300

400

WO W1 W2

C


272

Uzyskane wyniki wskazują na brak ekonomicznego uzasadnienia dla stosowania na-wodnień deszczownianych w replantowanym sadzie w warunkach Równiny Szamo-tulskiej. Wnioski

Wyniki badań gospodarki wodnej i ocena efektywności produkcyjnej desz-czowania replantowanego sadu jabłoniowego w warunkach klimatycznych i glebowych Równiny Szamotulskiej wykazały, Ŝe uzyskiwane w kolejnych latach plony jabłek były zróŜnicowane. Wnioskować moŜna, Ŝe przyczyniły się do tego zmienne warunki klimatyczne. Natomiast zastosowane dawki nawodnieniowe nie zmniejszyły skutków zmęczenia gleby, czego odzwierciedleniem były niŜsze plony jabłek w warunkach zastosowanych nawodnień. Obliczone dla lat 1997–2005 średnie zuŜycie wody w okresie wegetacji w m3 na 1 hektar powierzchni sadu wyniosło odpowiednio w warian-tach W0 - 2770 m3, W1 - 3450 m3 i W2 - 4070 m3. Natomiast uzyskane średnie plony wyniosły odpowiednio: 21 ton z ha w wariancie W0, 12,4 w W1 oraz 13,7 w wariancie W2. Obliczona z cytowanych powyŜej wartości efektywność produkcyjna wody w litrach na 1 kg uzyskanego plonu była w poszczególnych wariantach następująca: W0 - 129, W1 - 278 i W2 - 297. Uzyskane wyniki potwierdzają konieczność zastosowania zabiegów likwidujących negatywne skutki zmęczenia gleby w sadach replantowanych. Literatura KOZACZYK P., PRZYBYŁA CZ., PACHOLAK E. 2002. Dynamika retencji wody glebowej w replantowanym sadzie jabłoniowym. Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie 2(1): 169-178.

PRZYBYŁA CZ. 1994. Gospodarka wodna i potrzeby nawodnień w warunkach klima-tyczno-glebowych Wysoczyzny Poznańskiej. Roczniki AR w Poznaniu CCLXVIII: 143-155.

PRZYBYŁA CZ., PACHOLAK E. 2000. Wpływ wieloletniego nawoŜenia i nawadniania na bilanse wodne deszczowanej gleby w sadzie jabłoniowym replantowanym. PTPN, Pr. Kom. Nauk Roln. i Kom. Nauk Leśn. 89: 165-174.

PRZYBYŁA CZ., PACHOLAK E., ZYDLIK Z. 2004. Wpływ deszczowań na gospodarkę wodną gleb i plonowanie raplantowanego sadu jabłoniowego. Roczniki AR w Poznaniu, CCCLVII, Melioracje i InŜynieria Środowiska 25: 387-494.

Słowa kluczowe: nawodnienia deszczowniane, zuŜycie wody, replantacja, sad

jabłoniowy, efektywność produkcyjna wody Streszczenie

Badania nad rolą nawodnień deszczownianych w replantowanym sadzie prowadzono w latach 1997-2005 w Sadowniczo-Rolniczej Stacji Badawczej Akademii Rolniczej w Przybrodzie. W warunkach klimatycznych i glebowych Równiny Szamotulskiej nawodnienia mają istotny wpływ na gospodarkę wodną gleb i plonowanie w replantowanych sadach. Badania prowadzono w trzech wariantach nawodnieniowych: W0 - wariant kontrolny, bez nawodnień, W1 - wariant średnio


273

intensywnego nawadniania, w którym wilgotność gleby w warstwie 0-50 cm utrzymywano na poziomie -0,03 MPa oraz wariant W2 - bardzo intensywnego nawadniania, w którym wilgotność utrzymywano na poziomie -0,01 MPa. Na uwagę zasługuje fakt, Ŝe zastosowane dawki nawodnieniowe nie zmniejszyły skutków zmęczenia gleby. Obliczone średnie z lat 1997–2005 zuŜycie wody w okresie wegetacji w m3 na 1 hektar powierzchni sadu wyniosło odpowiednio w wariantach W0 - 2770 m3, W1 - 3450 m3 i W2 - 4070 m3. Natomiast uzyskane średnie plony wyniosły odpowiednio: 21 ton z ha w wariancie W0, 12,4 w W1 oraz 13,7 w wariancie W2. Tak więc efektywność produkcyjna wody obliczona w litrach na 1 kg uzyskanego plonu była w poszczególnych wariantach następująca: W0 - 129, W1 - 278 i W2 - 297, co po-twierdza konieczność zastosowania zabiegów likwidujących negatywne skutki zmęczenia gleby w sadach replantowanych. EFFECT OF SPRINKLING IRRIGATION ON THE YIELD OF REPLANTED APPLE ORCHARD IN CLIMATIC AND SOIL CONDITIONS OF SZAMOTUŁY PLAIN Czesław Przybyła, Sylwia Rapczyńska Department of Land Improvement, Environmental Development and Geodesy, University of Life Sciences, Poznań Key words: irrigation, water use, replantation, orchards, apple tree, water

effectiveness Summary

Studies on the role of sprinkling irrigation in apple orchard were carried out in the years 1997-2005 in the Pomicultural and Agricultural Research Station of Agricultural University in Przybroda. In the climatic and soil conditions of Szamotuły Plain, irrigation exerts a significant effect on soil water economy and on the yield in replanted orchards. Three irrigation variants were compared: W0 - control/test variant, without irrigation, W1 - medium intensity irrigation, applied to keep soil moisture in the aimed depth layer (0-50 cm) at the level of -0.03 MPa and W2 - high intensity irrigation, applied to keep soil moisture at the level of -0.01 MPa of water potential. In is worth noticing that the applied irrigation doses did not decrease the soil fatigue results. Calculated mean values of water use in the years 1997-2005, in the vegetation seasons in m3 per 1 ha of orchard area showed in the particular variants respectively: W0 – 2770 m3, W1 – 3450 m3 and W2 – 4070 m3. The obtained mean yields ranged in the following way: 21 ton⋅ha-1 in variant W0, 12.4 ton in W1 and 13.7 ton in W2. Thus, the productive effectiveness of water calculated in litres per 1 kg of the obtained yield showed the following results in the particular variants: W0 – 129, W1 – 278 and W2 – 297, this result confirms the necessity of the application of treatments preventing the negative effects of soil fatigue in replanted orchards. Prof. dr hab. Czesław Przybyła Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy ul. Piątkowska 94


274

61-691 POZNAŃ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 275-281 WPŁYW NAWADNIANIA KROPLOWEGO W SZKLARNI NA NIEKTÓRE CECHY SUBSTRATU TORFOWEGO Włodzimierz Rajda, Sylwia Grzywnowicz, Wojciech Mierzwa Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp

Wieloletnie badania wykazały, Ŝe w kontrolowanych warunkach uprawy roślin w szklarniach, dobrym podłoŜem zapewniającym optymalną wilgotność i zasobność w składniki pokarmowe, jest słabo rozłoŜony torf wysoki [MAKSIMOW 1965; TURSKI i in. 1980]. Odpowiednio przygotowany poprzez neutralizację pH i wzbogacenie w konieczne składniki nawozowe torf wysoki, zwany substratem torfowym lub torfem ogrodniczym [PUDELSKI 2002], ma cechy korzystne dla wzrostu i rozwoju roślin. Jest materiałem prawie jednorodnym, ma strukturę zapewniającą zdolność wchłaniania duŜej ilości wody i powietrza, przez to utrzymuje konieczne dla roślin parametry powietrzno-wodne [TURSKI i in. 1980]. Dzięki własnościom antyseptycznym rośliny uprawiane w substracie torfowym są mniej naraŜone na chorby i szkodniki, zaś znacznie mniejszy cięŜar objętościowy w porównaniu do ziemi inspektowej sprzyja obniŜeniu kosztów transportu [MAKSIMOW 1965].

Warunki panujące w szklarniach róŜnią się od naturalnych warunków występowania torfu, będącego głównym składnikiem substratów torfowych. Dlatego z upływem czasu zmieniają się ich własności fizyczne [WAWER 1998] i chemiczne.

Celem poznawczym pracy było zbadanie zakresu i stopnia zmian w okresie wykorzystywania substratu w szklarni w warunkach nawadniania kroplowego i in-tensywnego nawoŜenia. Ze względu na stosowanie obu zabiegów równocześnie, skutki ich oddziaływania potraktowano łącznie. W warunkach doświadczenia nie było teŜ moŜliwości wyodrębnienia wpływu samoistnych procesów mineralizacji substratu. Badano substrat po 12 i 24 miesiącach uŜytkowania. Materiał i metody

Badano substrat z dodatkiem keramzyu, pochodzący ze szklarni w Brzeziu, gminie Zabierzów koło Krakowa. Materiał do analiz pobrano w boksie o powierzchni około 1,7 ha, stanowiącym połowę szklarni, z pięciu donic o pojemności 5,5 dm3 wylosowanych oddzielnie w kaŜdym z dwu wariantów eksperymentu, róŜniących się czasem eksploatacji, to jest łącznie z 10 donic. W okresie badań w szklarni uprawiano

W. Rajda, S. Grzywnowicz, W. Mierzwa

276

gerbery, które w obu wariantach (12 i 24 miesiące) nawadniano i nawoŜono jednakowo. W laboratorium dla kaŜdego wariantu oznaczono wybrane, te same własności fizyczne i składniki chemiczne w 15 próbkach substratu (po 3 z kaŜdej z pięciu donic w danym wariancie), pobranego do pierścieni o objętości 28 cm3.

Gęstość objętościową i właściwą substratu oznaczono odpowiednio metodą wagową i piknometryczną oraz obliczono jego porowatość. Odczyn oznaczono pH-metrem CP-104 firmy ELMETRON, przewodność elektrolityczną właściwą kon-duktometrem CC-101 tej samej firmy, a substancję organiczną metodą wagową.

Spośród składników chemicznych badano głównie te, które stosowano w poŜywce. Zawartość fosforu ogólnego oznaczono metodą kolorymetryczną w analizatorze przepływowym FIAstar-5000, azotu ogólnego – metodą destylacyjną Kjeldahla; potasu, sodu, wapnia i magnezu – w spektrometrze absorpcji atomowej UNICAM 969. Pojemność sorpcyjną obliczono z sumy wymiennych kationów zasadowych oznaczonych metodą Kappena i kationów kwasowych oznaczonych w roztworze octanu sodu o stęŜeniu 1 mol⋅dm-3

W systemie nawadniającym były stosowane kompensujące, niekapiące emitery kropel CNL-2 firmy NETAFIM, o wydajności 2 dm3⋅h-1.

Na kaŜde 1000 dm3 wody stosowanej do przygotowania poŜywki zwilŜająco-nawoŜącej dawano 20 kg saletry wapniowej (kalcinitu) o zawartości 19% Ca i 15,5% N; w tym 14,4% N w formie NO3 i 1% w formie NH4. Ponadto do poŜywki wprowadzano 75 kg nutrifolu zielonego zawierającego 8,6% N, 5,0% P i 29,3% K, 2 kg 6-procentowego Ŝelaza o rozpuszczalności około 80%, 40 g siarczanu miedzi i 30 dm3 37-procentowego kwasu azotowego.

ZaleŜnie od od warunków pogodowych w okresie badań przeprowadzono w ciągu dnia 4 lub 3 cykle nawadniania. Przy jednorazowej dawce równej 30 cm3 do kaŜdej donicy dostarczono codziennie 120 lub 90 cm3 poŜywki. Łącznie do 99 tys. donic (połowa szklarni) stosowano codziennie 12 000 lub 9 000 dm3 poŜywki. Wyniki i dyskusja

Oznaczenia laboratoryjne wykazały istotne (dla α = 0,05) róŜnice wartości średnich większości cech fizycznych i chemicznych substratu wykorzystywanego w okresie 24 i 12 miesięcy. Stwierdzono, Ŝe średnia gęstość objętościowa substratu przy względnie duŜych rozstępach wartości minimalnych i maksymalnych wzrosła z upływem czasu o 167%, a gęstość właściwa o 15% (tab. 1). W następstwie tego zmniejszyła się jego porowatość, średnio o 42%. W tym samym czasie (róŜnica roku) średnia zawartość substancji organicznej zmniejszyła się o 20%, co świadczyło o zachodzącym procesie mineralizacji.

Nawadnianie i nawoŜenie spowodowało po dwu latach uŜytkowania nieznaczny, 16-procentowy wzrost średniej przewodności elektrolitycznej właściwej, w porównaniu do substratu uŜytkowanego przez jeden rok. Średnia zasobność w fosfor wzrosła o 87%, w azot – 84%, wapń – 51%, magnez – 63%. Wzrosła teŜ zasobność w sód o 31% i potas o 4%, jednak w przypadku tego ostatniego nieistotnie (tab. 1). Tabela 1; Table 1 Graniczne i średnie wartości fizyko-chemicznych cech substratu torfowego w zaleŜności od okresu uŜytkowania (średnie z 15 powtórzeń) Limit and mean values of physicochemical features of peat substrate depending on the period of use (means from 15 replications)

WPŁYW NAWADNIANIA KROPLOWEGO W SZKLARNI ...

277

Cecha Feature

Wariant (mie-siące)

Variant (months)

Wartość; Value RóŜnice średnich

Differences of means

min.

maks. max.

średnia mean

Gęstość objętościowa (g⋅cm-3) Volumetric density (g⋅cm-3)

12

0,23

0,32

0,27

0,45*

24

0,49

0,94

0,72

Gęstość właściwa (g⋅cm-3) Proper density (g⋅cm-3)

12

1,00

1,30

1,10

0,17*

24

1,19

1,46

1,27

Porowatość (%) Porosity (%)

12

71,4

79,5

75,6

31,9*

24

32,4

58,0

43,7

Przewodność elektrolityczna właściwa (mS⋅cm-1); Conductivity (mS⋅cm-1)

12

1,46

2,08

1,71

0,28

24

1,55

2,98

1,99

pH: - w KCl; in KCl

12

5,91

6,63

6,19

0,84*

24

6,68

7,44

7,03

- w H2O; in H2O

12

6,12

6,90

6,46

0,68*

24

6,79

7,55

7,14

StęŜenie; Concentration of - kationów zasadowych (mmol Na+ w

100 g); alkaline cations (mmol Na+ in 100 g)

12

126,0

161,6

138,4

33,0*

24

158,6

191,2

171,4

- kationów kwasowych (mmol Na+ w 100

g); acid cations (mmol Na+ in 100 g)

12

117,4

210,1

172,8

94,5*

24

39,2

130,1

78,3

Pojemność sorpcyjna (mmol NaOH w 100 g); Sorption capacity (mmol NaOH in100 g)

12

80,4

338,4

311,2

61,5*

24

21,4

296,5

249,7

Nasycenie kompleksu sorpcyjnego zasadami (%); Base saturation ratio (%)

12

37,7

58,1

44,5

24,5*

24

56,1

83,0

68,6

Zawartość; Content of: - substancji organicznych (g w 100 g)

organic substance (g in 100 g)

12

84,0

90,4

87,5

17,7*

24

64,1

74, 5

69,8

- Pog (g w 100 g; g in 100 g)

12

0,24

0,49

0,30

0,26*

24

0,40

0,94

0,56

- Ca (g w 100 g; g in 100 g)

12

2,68

4,25

3,11

1,60*

24

3,75

6,55

4,71

- Nog (g w 100 g; g in 100 g)

12

2,04

4,25

2,68

2,25*

24

3,41

8,18

4,93

- Na (g w 100 g; g in 100 g)

12

84,2

145,8

117,5

36,0*

24 125,4

177,3

153,5

- Mg (g w 100 g; g in 100 g)

12

245,6

292,3

269,7

170,5*

24 393,5

514,5

440,2

- K (g w 100 g; g in 100 g)

12

78,1

120,1

93,0

3,7

24

74,1 142,0

96,7

* róŜnica istotna dla α = 0,05; difference significant for α = 0.05


278

O około 24% wzrosło stęŜenie jonów zasadowych, a zmalało, o około 55%,

stęŜenie jonów kwasowych (tab. 1). W efekcie zmienił się odczyn z lekko kwaśnego na obojętny. Stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego wzrósł o 24,1%, co stanowi ponad 54% w stosunku do wartości stwierdzonej po pierwszym roku eksploatacji substratu, zaś pojemność sorpcyjna zmalała średnio o około 20%. Omawiane róŜnice, za wyjątkiem przewodności elektrolitycznej właściwej i wspomnianej zasobności w potas, okazały się istotne na przyjętym poziomie prawdopodobieństwa α = 0,05 (tab. 1).

Według TURSKIEGO i in. [1980] cechy fizyczne i chemiczne przed eksploatacją naturalnych podłoŜy z torfu wysokiego zaleŜą od genezy materiału wyjściowego (torfu). Przytoczona w jego badaniach gęstość objętościowa luźno ułoŜonego podłoŜa wahała się od 0,09 do 0,10 g⋅cm-3, a podłoŜa zagęszczonego – od 0,13 do 0,18 g⋅cm-3. Według badaniach przeprowadzonych w Brzeziu analogiczny wskaźnik dla substratu torfowego po roku eksploatacji wynosił 0,27 g⋅cm-3, a po dwóch latach 0,72 g⋅cm-3 (tab. 1). Porowatość substratu po pierwszym roku wynosiła średnio 75,6%, a po upływie drugiego roku tylko 43,7%, co oznacza, Ŝe była ona zbliŜona do porowatości gleb mineralnych, a jego przewiewność zmniejszyła się. Natomiast według TURSKIEGO i in. [1980] porowatość podłoŜa niezagęszczonego wahała się od 93,7 do 95,6%, a w przypadku podłoŜa zagęszczonego od 87,5 do 91,8%; wykazywała więc stosunkowo małą wraŜliwość na zagęszczanie. Z przytoczonych porównań wynika, Ŝe chociaŜ badany substrat nie był tym samym co podłoŜe u TURSKIEGO [1980], to w warunkach szklarniowych na zmiany omawianych własności większy wpływ niŜ zagęszczanie wywierało dwuletnie, a nawet juŜ roczne nawadnianie kroplowe i nawoŜenie.

Zawartość substancji organicznej przed eksploatacją podłoŜy jest z reguły bardzo wysoka i w zaleŜności od pochodzenia torfu waha się w granicach 90,3-96,6% [TURSKI i in. 1980]. Uzyskana w badaniach w Brzeziu 87,6-procentowa wartość tego wskaźnika po upływie pierwszego roku eksploatacji była tylko nieznacznie mniejsza, a w drugim roku eksploatacji zmniejszyła się istotnie do około 69% (tab. 1).

Wyraźnie wyŜszy, w stosunku do nieeksploatowanych podłoŜy z torfu wysokiego [TURSKI i in. 1980], był odczyn substratu. Po 12 miesiącach jego średnia wartość oznaczona w 1 mol KCl wynosiła 6,19, a po upływie roku drugiego zwiększyła się do 7,03. Według TURSKIEGO i in. [1980] wartość pH podłoŜa nieeksploatowanego wahała się w zaleŜności od pochodzenia torfu od 5,3 do 2,4. Analogiczny wskaźnik pH badanego substratu po 12 i 24 miesiącach, oznaczony w H2O, wynosił 6,46 i 7,14, natomiast w podłoŜu z torfu wysokiego przed jego wykorzystaniem wahał się od 5,6 do 3,5 [TURSKI i in. 1980].

Podobne relacje, zaleŜne od okresu stosowania nawadniania i nawoŜenia, wystąpiły w przypadku zawartości wapnia, magnezu i sodu (tab. 1). Po pierwszym roku eksploatacji zawartość tych składników wynosiła odpowiednio: 3,11% (Ca), 0,27% (Mg) i 0,12% (Na), a w ciągu roku drugiego wzrosła do 4,71% (Ca), 0,44% (Mg) i 0,15% (Na). Natomiast zawartość potasu nie zaleŜała od czasu eksploatacji substratu i utrzymywała się mniej więcej na niezmienionym poziomie 0,093-0,097% (tab. 1). Wartości dotyczące wymienionych składników podane przez TURSKIEGO i in. [1980] dla podłoŜy nieeksploatowanych, były wyraźnie mniejsze i kształtowały się w granicach: 0,18-0,47% (Ca), 0,14-0,18% (Mg), 0,024-0,030% (Na) i 0,03-0,17% (K).

LITYŃSKI [1972], cytując M. Górskiego i L. Kuszelewskiego z roku 1964 oraz M. Górskiego i L. Kruszewskiego z roku 1967, podaje Ŝe przeciętna zawartość CaO w torfach wysokich wynosi 0,40 do 0,52%, K2O – 0,05 do 0,08%, P2O5 – 0,10 do 0,11% i N – 1,0 do 1,6%. Zaś według SZAJDAKA [2002] odpowiednie przedziały dla torfów wysokich wahają się w granicach 0,05-0,20% (CaO) i 0,01-0,05% (K2O). Według tego autora zawartość Na2O moŜe dochodzić do około 0,05%, a N kształtuje się w przedziale


279

0,8 do 1,2%. WyraŜone w procentach średnie zawartości składników badanych w niniejszej pracy (tab. 1), obliczone po pierwszym i drugim roku eksploatacji, kształtowały się odpowiednio na poziomie 4,35 i 8,01% (CaO), 0,112 i 0,116% (K2O), 0,69 i 1,28% (P2O5), zaś zawartość N wynosiła analogicznie 2,68 i 4,93%. Były więc one wyŜsze, w niektórych przypadkach wielokrotnie, od podawanych w cytowanej literaturze. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań moŜna stwierdzić, Ŝe: 1. Stosowane w drugim roku dawki nawadniania kroplowego i nawoŜenia wpłynęły,

w porównaniu do roku pierwszego, niekorzystnie na większość badanych cech fizycznych i chemicznych substratu torfowego.

2. Na podstawie własnych badań i danych z literatury moŜna sądzić, Ŝe roczne

dawki nawadniania kroplowego i nawoŜenia w warunkach szklarniowych wpłynęły silniej na własności fizyczne substratu, aniŜeli mechaniczne zagęsz-czanie w przypadku podobnego podłoŜa nieeksploatowanego.

3. Zmiany własności fizycznych i chemicznych nie wykluczają wykorzystania

substratu do wzbogacania gleb słabo próchnicznych i mało zasobnych. 4. Uzyskane wyniki mogą słuŜyć do określania dawki substratu poŜądanej

w kompozytach glebowych, o z góry zakładanych parametrach fizycznych i składzie chemicznym.

Literatura L ITY ŃSKI T. 1972. śyzność gleby i nawoŜenie. Cz. 2. NawoŜenie. PWN, Kraków: 13, 80.

M AKSIMOW A. 1965. Torf i jego uŜytkowanie w rolnictwie. PWRiL, Warszawa: 366.

PUDELSKI T. 2002. Torf i wyroby z torfu w ogrodnictwie, w: Torfowiska i torf. P. Ilnicki. Wyd. AR w Poznaniu: 458-467.

SZAJDAK L. 2002. Właściwości chemiczne torfu. w: Torfowiska i torf. P. Ilnicki. Wyd. AR w Poznaniu: 432-447.

TURSKI R., HETMAN J., SŁOWI ŃSKA-JURKIEWICZ A. 1980. PodłoŜa stosowane w ogrod-nictwie szklarniowym. Rocz. Nauk Rol. Ser. D - Monografie 180: 8, 42, 50, 70.

WAWER M. 1998. Wpływ rodzaju oraz proporcji objętościowych komponentów na kur-czliwość podłoŜy ogrodniczych. Probl. InŜ. Rol. R. 6 nr 2(20): 13-20.

Słowa kluczowe: szklarnia, nawodnianie kroplowe, nawoŜenie, substrat torfowy, zmiany

Streszczenie

Badano zmiany cech fizycznych i chemicznych substratu torfowego z dodatkiem keramzytu, zachodzące pod wpływem nawadniania kroplowego i nawoŜenia mine-ralnego przez okres dwu lat, w stosunku do rocznego okresu wykorzystywania go jako podkład w szklarniowej uprawie gerber. W próbkach pobranych w 3 powtórzeniach z


280

10 donic, w których rośliny uprawiano odpowiednio przez 12 i 24 miesiące (po 5 donic w kaŜdym wariancie), oznaczono metodami standardowymi gęstość objętościową i właściwą oraz obliczono porowatość substratu. Ponadto oznaczono kondunktancję, pH, pojemność sorpcyjną, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego, a takŜe zawartość substancji organicznej, azotu i fosforu ogólnego, potasu, magnezu, wapnia i sodu. Istotność róŜnic średnich wartości badanych cech oceniono testem t-Studenta. Stwierdzono, Ŝe na skutek mineralizacji substancji organicznej, po 24-miesięcznym okresie wykorzystywania, wzrosła istotnie gęstość objętościowa i właściwa, a zmniejszyła się porowatość w stosunku do substratu wykorzystywanego przez rok. Silnie i istotnie zwiększyła się zasobność w wapń, azot i magnez, w mniejszym zaś stopniu w fosfor, potas i sód. Zmienił się odczyn z lekko kwaśnego na zasadowy, zwiększył się stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego, a zmalała jego pojemność. NiezaleŜnie od okresu eksploatacji, badane właściwości pogorszyły się w stosunku do podanych w literaturze dla podkładu torfowego nieeksploatowanego. Wyniki badań mogą słuŜyć do oceny przydatności substratu do dalszego wykorzystywania w warunkach szklarniowych lub w uprawie polowej. THE INFLUENCE OF DROP IRRIGATION IN GREENHOUSE TILLAGE ON SOME FEATURES OF PEAT SUBSTRATUM Włodzimierz Rajda, Sylwia Grzywnowicz, Wojciech Mierzwa Department of Land Reclamation and Environment Development, Agricultural University, Kraków Key words: greenhouse, drop irrigation, fertilization, peat substrate Summary

Changes of physicochemical features of peat substrate with keramzyte supplement occurring under the influence of drop irrigation and mineral fertilization were investigated for the period of two years as compared with its one-year use as a substratum in greenhouse gerbera cultivation. Samples were collected in 3 replications from 10 pots in which the plants were cultivated respectively for 12 and 24 months (5 pots per variant) in which volumetric and proper density were assessed with standard methods and the substrate porosity was computed. Moreover, conductivity, pH, sorption capacity, base saturation ratio and the content of organic matter, total nitrogen and phosphorus, potassium, magnesium, calcium and sodium were determined. The significance of differences between mean values of the analyzed features were assessed with t-Student test. It was found that in result of organic substance mineralization, after 24-month period of utilization volumetric and proper density increased significantly, whereas porosity decreased in comparison with the substrate used for a year Abundance of calcium, nitrogen and magnesium increased strongly and significantly, whereas phosphorus, potassium and sodium was decreased. The reaction changed from slightly acid to alkaline, base saturation ratio increased but sorption capacity decreased. Irrespective of the utilization period, the analyzed features worsened slightly in comparison to the ones described in literature for non-utilized peat substrate. The results of research may serve for the evaluation of substrate serviceability for further use in greenhouse conditions or field cultivation.


281

Prof. dr hab. inŜ. Włodzimierz Rajda Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja Al. Mickiewicza 24/28 30-059 KRAKÓW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 283-291 WPŁYW MIKRONAWODNIE Ń I NAWOśENIA ORGANICZNEGO NA PRODUKCJ Ę DWULETNICH SADZONEK BRZOZY BRODAWKOWATEJ (Betula verrucosa EHRH .) Z UDZIAŁEM ZABIEGU ZOOMELIORACJI Stanisław Rolbiecki 1, Roman Rolbiecki 1, Andrzej Klimek 2 1 Katedra Melioracji i Agrometeorologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich w Bydgoszczy 2 Zakład Agroturystyki i Kształtowania Krajobrazu, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich w Bydgoszczy Wstęp

Brzoza brodawkowata (Betula verrucosa EHRH.) ze względu na właściwości ekologiczne i niewielkie wymagania siedliskowe odgrywa waŜną rolę w zalesieniach [GORZELAK (red.) 1999]. W szkółkach produkuje się przewaŜnie jednoroczne sadzonki tego gatunku. Niekiedy jednak uzasadniona jest równieŜ produkcja starszych, dobrze wyrośniętych sadzonek, zwłaszcza gdy mają one być przeznaczone na materiał sadzeniowy w szczególnie trudnych warunkach, np. na silnie zachwaszczających się glebach porolnych [KŁOSKOWSKA 1992].

Jednym z najwaŜniejszych zabiegów melioracyjnych w szkółkach leśnych jest nawadnianie, wykonywane najczęściej przy uŜyciu deszczowni. Ostatnio poszukuje się bardziej energo- i wodooszczędnych metod nawadniania, które spełniałyby jednocześnie wymagania produkcji szkółkarskiej [JEZNACH, PIERZGALSKI 1996; PIERZGALSKI i in. 2002].

Warunkiem zachowania wysokiej produkcyjności gleb w szkółkach jest dos-tarczanie nawozów organicznych, np. w postaci kompostów [NISKI 1992].

Celem badań było określenie wpływu mikronawodnień (mikrozraszania i nawadniania kroplowego) oraz nawoŜenia organicznego na cechy siły wzrostu dwuletnich sadzonek brzozy brodawkowatej oraz na występowanie roztoczy (Acari) glebowych po zabiegu zoomelioracji. Materiał i metody badań

Ścisłe dwuletnie (2004–2005) badania polowe przeprowadzono w szkółce leśnej Nadleśnictwa Bydgoszcz w Białych Błotach na glebie rdzawej właściwej wytworzonej z piasku luźnego.

Doświadczenia załoŜono metodą losowanych podbloków w dwuczynnikowym układzie zaleŜnym „split-plot”, w czterech replikacjach [BRUCHWALD 1997]. Pojedyncze poletko (F = 4 m2) obejmowało 4 rzędy roślin o długości 4 m. Łączna liczba poletek w kaŜdym z dwóch doświadczeń wynosiła 24 (3 × 2 × 4). Czynnikiem pierwszego rzędu było nawadnianie zastosowane w trzech następujących wariantach wodnych: O – bez

S. Rolbiecki, R. Rolbiecki, A. Klimek

284

nawadniania (kontrola), K – nawadnianie kroplowe, M – mikrozraszanie. Czynnik drugiego rzędu stanowiło nawoŜenie, zastosowane w dwóch wariantach: N1 – nawoŜenie mineralne (standard stosowany w szkółkach leśnych), N2 – nawoŜenie organiczne (kompost).

Do nawodnień kroplowych uŜywano linii kroplującej „T-Tape” z emiterami kropel rozmieszczonymi co 20 cm. Do mikrozraszania stosowano mikrozraszacze „Hadar”. Terminy wykonywania nawodnień ustalano na podstawie „Wytycznych nawadniania szkółek leśnych na powierzchniach otwartych” [PIERZGALSKI i in. 2002].

Nawóz organiczny wyprodukowany na bazie osadów ściekowych (80%) i torfu wysokiego (20%) rozrzucono wczesną wiosną i przemieszano z wierzchnią warstwą gleby do głębokości 10 cm, przed załoŜeniem ścisłych eksperymentów polowych (tj. odpowiednio w roku 2003 i 2004). Zabieg zoomelioracji – wykonywany przed wysiewem nasion - polegał na rozrzuceniu na powierzchni gleby 1 cm warstwy podściółki leśnej pozyskanej z boru świeŜego i zmieszaniu jej z wierzchnią 2 cm warstwą gleby szkółki.

Pomiary biometryczne (cechy siły wzrostu) siewek brzozy obejmowały wysokość siewek (cm) i średnicę pędu (mm). Pomiary te wykonywano jesienią roku 2004 (na roślinach z siewu wiosennego w roku 2003) oraz 2005 (na siewkach z nasion wysianych w r. 2004).

Wycinki gleby do badań akarologicznych pobierano dwa razy w roku (w maju i październiku) z kaŜdego poletka z 17 cm2 × 3 cm głębokości w 3 powtórzeniach. Roztocze wypłaszano metodą Tullgrena, a następnie konserwowano i preparowano. Do gatunku lub rodzaju oznaczono saprofagiczne mechowce (Oribatida), łącznie ze stadiami młodocianymi.

Otrzymane wyniki opracowano statystycznie, odpowiednio dla układu doś-wiadczenia. Obliczenia statystyczne wykonano komputerowo bazując na pakiecie ANW i ANS, wykorzystując test Fishera-Snedecora w celu stwierdzenia istotności działania czynników doświadczenia oraz test Tukey’a dla porównania otrzymanych róŜnic [BRUCHWALD 1997]. Tabela 1; Table 1 Warunki meteorologiczne i dawki nawodnieniowe w sezonie wegetacyjnym (IV–IX) Meteorological data and irrigation water rates during the vegetation season (IV–IX)

Lata badań Years of study

Opady (mm)

Rainfall (mm)

Temperatura (C°) Temperature (C°)

Dawki wody (mm); Water rates (mm)

K

M

2004

244

13,4

51

70

2005

203

14,2

79

105

2004–2005

223

13,8

65

87

1987–2006

279

14,5

-

-

K nawadnianie kroplowe; drip-irrigated plots M mikrozraszanie; microjet-sprinkled plots

Średnia temperatura powietrza w okresie wegetacji (IV–IX) w latach 2004–2005 kształtowała się poniŜej normy wieloletniej i wyniosła 13,8°C (tab. 1). Pierwszy rok badań charakteryzował się niŜszą temperaturą (13,4°C) i niŜszymi od średnich z wielolecia opadami (244 mm, tj. 87% normy). Drugi rok badań był cieplejszy (temperatura powietrza 14,2°C) i suchszy (opady 203 mm, czyli 73%). ZaleŜnie od opadów kształtowały się sezonowe dawki nawodnieniowe wynosząc, średnio dla okresu badań, 65 mm w nawadnianiu kroplowym i 87 mm w mikrozraszaniu. Większe ilości

WPŁYW MIKRONAWODNIEŃ I NAWOśENIA ORGANICZNEGO ...

285

wody zastosowano w roku 2005 (79 mm w nawadnianiu kroplowym i 105 mm w mikrozraszaniu), mniejsze natomiast w roku 2004 (odpowiednio: 51 i 70 mm). Wyniki i dyskusja

Zastosowanie mikronawodnień zwiększyło istotnie wzrost dwuletnich siewek brzozy (tab. 2). Średnio w okresie 2004-2005 wysokość nawadnianych roślin wyniosła 150,3 cm w nawadnianiu kroplowym i 152,8 cm przy mikrozraszaniu i była wyŜsza w porównaniu do obiektu kontrolnego o ponad 20%. Nie stwierdzono istotnych róŜnic we wzroście brzozy pomiędzy siewkami nawadnianymi linią kroplującą a mikrozraszaczami. Tabela 2; Table 2 Wpływ nawadniania i nawoŜenia organicznego na wzrost dwuletnich siewek brzozy brodawkowatej (cm) Effect of irrigation and organic fertilization on the two-year old verrucose birch seedling height (cm)

Nawadnianie Irrigation

NawoŜenie Fertilization

Lata badań; Studied years

Średnio Mean

2004

2005

O

N1

105,2

119,4

112,3

N2

119,7

152,2

135,9

K

N1

128,4

126,7

127,5

N2

148,7

197,4

173,1

M

N1

120,7

139,4

130,1

N2

147,2

203,7

175,5

Wpływ nawadniania (I); Effect of irrigation (I)

O

-

112,5

135,8

124,1 K

-

138,6

162,1

150,3

M

134,0

171,5

152,8

Wpływ nawoŜenia (II); Effect of fertilization (II)

-

N1

118,1

128,5

123,3 -

N2

138,6

184,4

161,5

NIR 0,05 LSD0.05

(I) 9,835

(I) 24,054

(I) 12,574

(II) 10,635

(II) 12,021

(II) 6,781

(I) × (II) 17,374 (II) × (I) 18,420

(I) × (II) 26,868 (II) × (I) 20,821

(I) × (II) 15,102 (II) × (I) 11,744

O, K, M odpowiednio: bez nawadniania (poletka kontrolne), nawadnianie kroplowe i mikrozraszanie;

without irrigation (control plots), drip-irrigated plots and microjet-sprinkled plots, respectively N1, N2 odpowiednio: bez nawoŜenia organicznego i z nawoŜeniem organicznym (kompostem); without

organic fertilization and with organic fertilization (compost), respectively Zastosowanie nawozu organicznego, niezaleŜnie od nawadniania, istotnie

zwiększało wysokość dwuletnich siewek brzozy. Stwierdzono współdziałanie na-wadniania i nawoŜenia organicznego w kształtowaniu wysokości siewek brzozy. NawoŜone nawozem organicznym rośliny uprawiane w warunkach nawadniania były istotnie wyŜsze.

Nawadnianie istotnie zwiększyło średnicę siewek brzozy (tab. 3). Rośliny nawadniane przy uŜyciu mikrozraszaczy cechowały się istotnie większą średnicą pędu w porównaniu do nawadnianych systemem kroplowym.


286

Tabela 3; Table 3 Wpływ nawadniania i nawoŜenia organicznego na średnicę dwuletnich siewek brzozy brodawkowatej (mm) Effect of irrigation and organic fertilization on the two-year old verrucose birch seedling diameter (mm)


NawoŜenie Fertilization

Lata badań

Studied years

Średnio Mean

2004

2005

O

N1

9,6

9,9

9,8

N2

12,2

12,7

12,5

K

N1

11,1

11,1

11,1

N2

13,6

15,3

14,5

M

N1

16,0

13,3

14,7

N2

15,9

16,7

16,3

Wpływ nawadniania (I); Effect of irrigation (I)

O

-

10,9

11,3

11,1

K

-

12,4

13,2

12,8

M

15,9

15,0

15,5

Wpływ nawoŜenia (II); Effect of fertilization (II)

-

N1

12,3

11,1

11,9

-

N2

13,9

14,9

14,4

NIR0,05 LSD0.05

(I) 3,353

(I) 1,213

(I) 1,725

(II) r.n.; n.s.

(II) 1,327

(II) 0,749

(I) × (II) r.n.; n.s. (II) × (I) r.n.; n.s.

(I) × (II) 2,163 (II) × (I) 2,299

(I) × (II) 1,932 (II) × (I) 1,297

Objaśnienia – jak pod tab. 2; Explanations – see Table 2 r.n.; n.s. róŜnice nieistotne; differences not significant

NawoŜenie organiczne, średnio w okresie badań, zwiększyło istotnie średnicę pędu siewek. Wystąpiła istotna interakcja nawadniania i nawoŜenia organicznego w kształtowaniu średnicy siewek. NawoŜenie organiczne w warunkach nawadniania zwiększało średnicę siewek.

Uzyskane wyniki własne znajdują potwierdzenie we wcześniejszych ustaleniach innych autorów piszących o nawadnianiu szkółek leśnych [McDONALD 1984; TRIPEPEI i in. 1991; BABIŃSKI, BIAŁKIEWICZ 1992; PIERZGALSKI i in. 2002]. Pozytywne rezultaty prowadzenia mikronawodnień w produkcji dwuletnich sadzonek brzozy w szkółce leśnej potwierdzają takŜe wyniki uzyskane we wcześniejszych doświadczeniach z zastosowaniem mikronawodnień w produkcji jednorocznych sadzonek brzozy brodawkowatej [ROLBIECKI i in. 2005].

W glebach starszych szkółek obserwuje się zmniejszenie róŜnorodności bio-logicznej, m.in. grzybów ektomikoryzowych [ALEKSANDROWICZ-TRZCIŃSKA 2004]. Jest to wiązane z nadmierną alkalizacją gleby, nawoŜeniem, stosowaniem pestycydów i mechaniczną uprawą. Zasadnym wydaje się więc, przynajmniej raz na kilka lat,


287

zaszczepianie gleb szkółek edafonem pochodzącym z gleby leśnej. Zabieg ten, określany mianem zoomelioracji, powinien poprawić warunki produkcji szkółkarskiej, przez zapewnienie większej równowagi biologicznej w glebie. Tabela 4; Table 4 Zagęszczenie roztoczy (N w tys. osobn.⋅m-2) oraz liczba gatunków (S), średnia liczba gatunków w próbce (s) i wskaźnik róŜnorodności gatunkowej Shannona (H) dla zgrupowań Oribatida w róŜnych systemach nawadniania i nawoŜenia Abundance (N in 1000 individuals⋅m-2) of mites, number of Oribatida species (S), average number of species (s) and Shannon index (H) under different irrigation and fertilization systems

Wskaźnik – grupa roztoczy Index – group of mites

Powierzchnia

Plot

ON1

ON2

KN1

KN2

MN1

MN2

N – Acari

5,38

4,99

8,57*

7,95*

11,98*

11,40*

N – Oribatida

3,00

3,39

5,97*

5,00

7,94*

7,49*

S – Oribatida

10

14

18

18

19

21

s – Oribatida

1,5

1,4

2,2*

2,3*

3,1*

3,1*

H – Oribatida

1,31

1,03

1,44

1,60

1,70

1,55

Objaśnienia – jak pod tab. 2; Explanations – see Table 2 * istotność róŜnic między stanowiskiem ON1 a pozostałymi stanowiskami, p = 0,05; significant

differences between plot ON1 and a certain plot at p = 0.05

W róŜnych wariantach doświadczenia, po zabiegu zoomelioracji, badano stan akarofauny glebowej. Roztocze, a szczególnie saprofagiczne mechowce, uwaŜane są za dobre bioindykatory stopnia rozkładu i biologicznych właściwości próchnic leśnych [SENICZAK 1979]. Ponadto mogą wpływać na występowanie waŜnych dla roślin drzewiastych grzybów symbiotycznych. Wiadomo, Ŝe mechowce Ŝywią się niektórymi grzybami ektomikoryzowymi [SCHNEIDER i in. 2005], przyczyniając się do ich rozprzestrzeniania i stymulacji wzrostu. Zagęszczenie roztoczy w badanych wariantach doświadczenia wahało się od 4,99 do 11,98 tys. osobn.⋅m-2 (tab. 4). Niskie i wyrównane zagęszczenie tych stawonogów odnotowano na stanowiskach kontrolnych. Obydwa systemy nawodnień korzystnie wpłynęły na zagęszczenie roztoczy, szczególnie mikrozraszanie, które sprawiło ponaddwukrotny wzrost ich zagęszczenia. Na ogólną liczebność roztoczy w głównej mierze rzutowały mechowce. W badanych wariantach doświadczenia stwierdzono występowanie od 10 do 21 gatunków Oribatida; wyraźnie większą róŜnorodność gatunkową odnotowano na stanowiskach nawadnianych. Mikrozraszanie w większym stopniu pozytywnie wpływało na wskaźniki róŜnorodności gatunkowej niŜ nawadnianie kroplowe. Nie stwierdzono natomiast wpływu nawoŜenia organicznego na zagęszczenie i róŜnorodność gatunkową tych roztoczy. Wnioski 1. Badane systemy mikronawodnień istotnie zwiększały wysokość i średnicę

dwuletnich siewek brzozy brodawkowatej. Nie stwierdzono istotnych róŜnic we wzroście siewek nawadnianych róŜnymi systemami. Siewki brzozy uprawiane w warunkach mikrozraszania cechowały się istotnie większą średnicą pędu w porównaniu z nawadnianymi kroplowo.


288

2. Zastosowanie nawozu organicznego przyczyniło się do istotnego wzrostu

wysokości i średnicy siewek. 3. Stwierdzono istotną interakcję nawadniania i nawoŜenia organicznego. Na

obiektach nawadnianych i nawoŜonych nawozem organicznym siewki brzozy były wyŜsze i cechowały się większą średnicą pędu.

4. Badane systemy nawodnień, a szczególnie mikrozraszanie, istotnie wpłynęły na

wzrost zagęszczenia roztoczy i róŜnorodność gatunkową saprofagicznych mechowców.

5. Pozytywny efekt zastosowanych w doświadczeniu zabiegów melioracyjnych

wskazuje na realną moŜliwość ich szerszego wykorzystania w produkcji szkółkarskiej, co moŜe być szczególnie istotne w świetle konieczności zalesień nieefektywnych gruntów rolnych.

Podziękowanie Autorzy dziękują pracownikom Nadleśnictwa Bydgoszcz za umoŜliwienie przeprowa-dzenia badań i cenną pomoc w trakcie realizacji doświadczenia oraz Firmie „Agromis” – Rafał Piasecki z Łochowa k. Bydgoszczy za przygotowanie kompostu zastosowanego w doświadczeniu. Literatura ALEKSANDROWICZ -TRZCIŃSKA M. 2004. Kolonizacja mikoryzowa i wzrost sosny zwyczaj-nej (Pinus sylvestris L.) w uprawie załoŜonej z sadzonek w róŜnym stopniu zmikory-zowanych. Acta Sci. Pol. Silv. Colendar. Rat. Ind. Lignar. 3: 5-15.

BABIŃSKI S., BIAŁKIEWICZ F. 1992. Deszczowanie szkółek, w: Szkółkarstwo leśne. Praca zbior. pod red. R. Sobczaka, Wyd. Świat, rozdz. VIII: 130–191.

BRUCHWALD A. 1997. Statystyka matematyczna dla leśników. Wyd. SGGW, Warszawa: 255 ss.

GORZELAK A. (red.) 1999. Zalesianie terenów porolnych. Instytut Badawczy Leśnictwa, Warszawa: 174 ss.

JEZNACH J., PIERZGALSKI E. 1996. Przyrodnicze i techniczne trendy rozwoju mikronawod-nień. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 438: 175–182.

KŁOSKOWSKA A. 1992. Produkcja sadzonek na powierzchni otwartej, w: Szkółkarstwo leśne. Praca zbior. pod red. R. Sobczaka, Wyd. Świat, Rozdz. IV: 51–89.

M CDONALD S.E. 1984. Irrigation in forest-tree nurseries: monitoring and effects on seedling growth. Chapter 12, w: Forest nursery manual. Duryea M.L., Landis T.D. – red. Oregon State Univ., Corvallis: 107-121.

NISKI A. 1992. NawoŜenie organiczne, w: Szkółkarstwo leśne. Praca zbior. pod red. R. Sobczaka, Wyd. Świat, rozdz. III(1): 35–43.

PIERZGALSKI E., TYSZKA J., BOCZOŃ A., WIŚNIEWSKI S., JEZNACH J., śAKOWICZ S. 2002. Wytyczne nawadniania szkółek leśnych na powierzchniach otwartych. Dyrekcja Ge-neralna Lasów Państwowych, Warszawa: 63 ss.

ROLBIECKI ST., ROLBIECKI R., KLIMEK A. 2005. Wpływ mikronawodnień i nawoŜenia


289

organicznego na produkcję jednorocznych sadzonek brzozy brodawkowatej (Betula verrucosa Ehrh.) z udziałem zabiegu zoomelioracji. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 506: 345-353.

SCHNEIDER K., RENKER C., M ARAUN M. 2005. Oribatid mite (Acari, Oribatida) feeding on ectomycorrhizal fungi. Mycorrhiza 16: 67-72.

SENICZAK S. 1979. Fauna mechowców (Acari, Oribatei) jako indykator biologicznych właściwości próchnic leśnych. Pr. Kom. Nauk. PTG V/37: 157-166.

TRIPEPEI R.R., GEORGE M.W., DUMROESE R.K., WENNY D.L. 1991. Birch seedling response to irrigation frequency and a hydrophilic polymer amendment in a container medium. J. Environ. Hort. 9: 119-123.

Słowa kluczowe: brzoza brodawkowata, nawadnianie kroplowe, mikrozraszanie,

nawoŜenie organiczne, osady ściekowe, zoomelioracja, Acari, Ori-batida

Streszczenie

Określono wpływ mikronawodnień (mikrozraszania i nawadniania kroplowego) oraz nawoŜenia organicznego (kompost wyprodukowany na bazie osadów ściekowych) na cechy siły wzrostu dwuletnich sadzonek brzozy brodawkowatej (Betula verrucosa EHRH.) produkowanych z udziałem zabiegu zoomelioracji. Ścisłe dwuletnie (2004–2005) badania polowe przeprowadzono w szkółce leśnej Nadleśnictwa Bydgoszcz w Białych Błotach na glebie rdzawej wytworzonej z piasku luźnego. Czynnikiem pierwszego rzędu było nawadnianie zastosowane w trzech wariantach wodnych: bez nawadniania (kontrola), nawadnianie kroplowe, mikrozraszanie. Czynnik drugiego rzędu stanowiło nawoŜenie, zastosowane w dwóch wariantach: nawoŜenie mineralne (standard stosowany w szkółkach leśnych), nawoŜenie organiczne (kompost). Badane systemy nawodnieniowe istotnie zwiększyły wysokość i średnicę siewek brzozy brodawkowatej. Siewki brzozy uprawiane w warunkach mikrozraszania cechowały się większą średnicą pędu od nawadnianych kroplowo. Zastosowanie kompostu przy-czyniło się do istotnego wzrostu wysokości i średnicy siewek. Zaistniała istotna interakcja nawadniania i nawoŜenia kompostem. Nawadniane siewki brzozy nawoŜone kompostem były wyŜsze i cechowały się większą średnicą pędu. Badane systemy nawodnień, szczególnie mikrozraszanie, istotnie wpłynęły na wzrost zagęszczenia roztoczy i róŜnorodność gatunkową saprofagicznych mechowców. Pozytywny efekt zastosowanych w doświadczeniu zabiegów melioracyjnych, moŜe wskazywać na moŜliwość ich szerszego wykorzystania w produkcji szkółkarskiej, co jest szczególnie istotne w świetle zalesień nieefektywnych gruntów rolnych.

EFFECT OF MICROIRRIGATION AND ORGANIC FERTILIZATION ON THE TWO-YEAR OLD SEEDLING PRODUCTION

OF VERRUCOSE BIRCH (Betula verrucosa EHRH.) WITH THE APPLCATION OF ZOO-MELIORATION TREATMENT


290

Stanisław Rolbiecki 1, Roman Rolbiecki 1, Andrzej Klimek 2 1 Department of Land Reclamation and Agrometeorology, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz 2 Division of Agrotourism and Landscape Shaping, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz Key words: verrucose birch, drip irrigation, microjet sprinkling, organic fertili-

zation, sewage sludge, zoo-melioration, Acari, Oribatida Summary

The study determined the influence of microirrigation (microjet sprinkling and drip irrigation) and organic fertilization (compost prepared on the base of sewage sludge) on growing vigour of two-year old verrucose birch (Betula verrucosa EHRH.) seedlings produced with the use of zoo-melioration. Two-year (2004-2005) field experiments were carried out in the forest nursery at Białe Błota, Forest Inspectorate of Bydgoszcz. The investigations were conducted on brown podzolic soil formed from loose sandy soil. The first order factor was the irrigation the applied in three treatments: without irrigation (control), drip irrigation, microjet sprinkling. The second order factor was fertilization, applied in two variants: mineral fertilization (standard applied in forest nurseries), organic fertilization (compost). The studied irrigation systems significantly increased the height and the diameter of verrucose birch seedlings. The seedlings grown under microjet sprinkling conditions were characterized by significantly higher diameter than those under drip irrigation. Fertilization of the seedlings with compost significantly increased the height and diameter of seedlings. Significant interaction of irrigation and organic fertilization was observed. Irrigated verrucose birch seedlings grown on plots fertilized with compost were characterized by an increased height and diameter. The studied irrigation systems, especially microjet sprinkling, significantly increased the density of Acari and the diversity of the number of saprophage oribatid mites. Positive results of the applied amelioration measures in the experiment suggest a possibility of their wider use in the production of forest nurseries which is especially important in view of aforestation of ineffective agricultural areas. Dr hab. inŜ. Stanisław Rolbiecki, prof. UTP Katedra Melioracji i Agrometeorologii Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich ul. Bernardyńska 6 85–029 BYDGOSZCZ e–mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 293-298 WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWO śENIA AZOTEM NA PLONOWANIE GRYKI ODMIANY ‘Panda’ NA GLEBIE BARDZO LEKKIEJ Stanisław Rolbiecki, Roman Rolbiecki, Czesław Rzekanowski, Bogdan Grzelak Katedra Melioracji i Agrometeorologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich w Bydgoszczy Wstęp

Gryka charakteryzuje się stosunkowo duŜymi potrzebami wodnymi, szczególnie w okresie kwitnienia i napełniania ziarna. Współczynnik transpiracji tej rośliny waha się od 500 do 600 [SONGIN 1985]. Jej zapotrzebowanie na opady atmosferyczne zmienia się w czasie wegetacji następująco: od zasiewu do początku kwitnienia oraz w okresie kwitnienia - 70 mm, a podczas dojrzewania nasion - 15 mm [SONGIN 2003]. Pomimo tego, Ŝe w latach 2002-2005, w stosunku do 2000-2001, areał zasiewów wszystkich zbóŜ w Polsce uległ zmniejszeniu (głównie uprawy Ŝyta ozimego i pszenicy jarej), to jednak wystąpił zauwaŜalny wzrost zasiewów gryki [śARSKI 2006]. W ostatnich latach zwraca się jednocześnie uwagę na znaczenie gryki w gospodarce proekologicznej [SONGIN 2003], co wynika z tego, Ŝe: - jest ona w niewielkim stopniu poraŜana przez choroby i nawiedzana przez

szkodniki oraz dobrze zagłusza chwasty, dzięki czemu intensywne zabiegi chemiczne i mechaniczne są zbędne podczas jej uprawy;

- nie wymaga intensywnego nawoŜenia mineralnego, gdyŜ dobrze wykorzystuje składniki pokarmowe z naturalnych zasobów gleby;

- wykazuje właściwości fitosanitarne i zostawia dobre stanowisko dla innych roślin, w szczególności w zmianowaniach zboŜowych, m.in. przeciwdziała występowaniu w glebie niektórych nicieni;

- kasza i inne produkty z gryki są zaliczane do tzw. bezpiecznej Ŝywności; - jest jedną z lepszych roślin miododajnych (50-60 kg miodu o duŜych walorach

smakowych i leczniczych z 1 ha).

Gryka w porównaniu z innymi roślinami zboŜowymi cechuje się jednak duŜą zmiennością plonowania w poszczególnych latach [SONGIN 2003].

Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu deszczowania i zróŜnicowanego nawoŜenia azotem na kształtowanie się plonów gryki odmiany ‘Panda’ uprawianej na glebie kompleksu Ŝytniego słabego, w rejonie o obniŜonych opadach atmosferycznych w okresie wegetacji.


S. Rolbiecki i inni

294

Ścisłe doświadczenie polowe przeprowadzono w latach 2005-2006 w Kruszynie Krajeńskim koło Bydgoszczy na glebie zaliczanej do V klasy bonitacyjnej (kompleks przydatności rolniczej Ŝytni słaby). Polowa pojemność wodna gleby w warstwie 0-50 cm wynosiła 57 mm, retencja uŜyteczna 43 mm, zaś efektywna retencja uŜyteczna zaledwie 30 mm. Doświadczenie załoŜono jako dwuczynnikowe w układzie zaleŜnym split-plot, w trzech powtórzeniach. Czynnikiem pierwszego rzędu było deszczowanie zastosowane w dwóch wariantach: Wo - bez nawadniania (kontrola), W1 - deszczowanie na podstawie wskazań tensjometrów (nie dopuszczano do spadku potencjału wody w glebie poniŜej -0,03 MPa). Czynnikiem drugiego rzędu było zróŜnicowane nawoŜenie azotowe: N0 = 0 kg N⋅ha-1, N1 = 40 kg N⋅ha-1, N2 = 80 kg N⋅ha-1, N3 = 120 kg⋅N ha-1. Stosowane w oparciu o zasobność gleby, nawoŜenie fosforowo-potasowe było jednolite na wszystkich poletkach. Otrzymane wyniki opracowano statystycznie, odpowiednio dla układu doświadczenia. Obliczenia statystyczne wykonano komputerowo bazując na pakiecie ANW i ANS, wykorzystując test Fishera-Snedecora w celu stwierdzenia istotności działania czynników doświadczenia oraz test Tukey’a dla porównania otrzymanych róŜnic [RUDNICKI 1992]. Ten sam schemat doświadczenia oraz metody statystycznego opracowania wyników zastosowano w przeprowadzonym równolegle na tym samym obiekcie doświadczeniu z prosem [ROLBIECKI i in. 2008]. Tabela 1; Table 1 Temperatura powietrza, opady i dawki wody w okresie wegetacji gryki Air temperature, rainfall and water rates in the vegetation period of buckwheat

Rok Year

Miesiące; Months

V

VI

VII

VIII

V-VIII

Temperatura powietrza (°C); Air temperature (°C)

1987-2006

13,1

16,0

18,5

17,9

16,4

2005

12,2

14,9

19,4

16,3

15,7 2006

12,5

16,8

22,4

16,6

17,1

Średnio; Mean

12,3

15,8

20,9

16,4

16,4

Opady (mm); Rainfall (mm) 1987-2006

40

52

63

51

206

2005

69

31

40

21

161 2006

63

22

30

114

229

Średnio; Mean

66

26

35

67

195

Dawki wody (mm); Water rates (mm) 2005

-

-

150

-

150

2006

-

-

95

-

95 Średnio; Mean

-

-

122

-

122

Średnia temperatura powietrza w okresie wegetacji gryki (V-VIII) w latach

2005-2006 wyniosła 16,4°C, to jest dokładnie tyle, ile wynosi średnia za dwudzies-tolecie 1987-2006 (tab. 1). Pierwszy rok badań charakteryzował się niŜszą temperaturą w okresie wegetacji (15,7°C), drugi natomiast był cieplejszy (17,1°C). Analizując temperaturę powietrza w poszczególnych miesiącach okresu wegetacji, widać, Ŝe szczególnie wysokie wartości temperatur wystąpiły w lipcu (2,4°C powyŜej średniej z ostatniego dwudziestolecia). Suma opadów w latach 2005-2006 w okresie 1 V-30 VIII wyniosła średnio 195 mm, stanowiąc 95% opadów średnich dla lat 1987-2006. Sezonowe dawki deszczowania kształtowały się zaleŜnie od ilości i przebiegu opadów, wynosząc średnio 122 mm. Większe ilości wody do deszczowania gryki (150 mm) zastosowano w cechującym się niŜszymi opadami (161 mm, tj. 78% normy) roku 2005,

WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWOśENIA AZOTEM NA PLONOWANIE ...

295

mniejsze natomiast (95 mm) - w bardziej wilgotnym (opady V-VIII 229 mm, czyli 111% normy) roku 2006. Dawki jednorazowe wynosiły 20 mm; mniejsze dawki stosowano w sytuacji, gdy tensjometry wskazywały na konieczność deszczowania przed zbliŜającymi się opadami naturalnymi. Wyniki i dyskusja

Plon gryki na poletkach kontrolnych (bez deszczowania) wyniósł, średnio dla lat i dawek azotu, 0,291 t⋅ha-1 (tab. 2), wahając się od 0,176 (N0 = 0 kg N⋅ha-1) do 0,370 t⋅ha-1 (N3 = 120 kg N⋅ha-1). Nawadnianie deszczowniane istotnie zwiększyło plon do poziomu 0,481 t⋅ha-1 (przyrost o 0,19 t⋅ha-1, tj. 65%). Tabela 2; Table 2 Plony gryki odmiany ‘Panda’ zaleŜnie od deszczowania i dawki azotu (t⋅ha-1) Yields of buckwheat ‘Panda’ depending on sprinkler irrigation and nitrogen dose (t⋅ha-1)


Dawka N N dose

Lata badań; Years of study

Średnio Mean

2005

2006

Wo

N0

0,145

0,207

0,176

N1

0,198

0,397

0,297

N2

0,252

0,390

0,321

N3

0,278

0,463

0,370

W1

N0

0,282

0,493

0,387

N1

0,336

0,543

0,439

N2

0,480

0,573

0,526

N3

0,547

0,593

0,570

Wpływ deszczowania (I); Influence of sprinkler irrigation (I)

Wo

-

0,218

0,364

0,291

W1

-

0,411

0,551

0,481

Wpływ nawoŜenia azotowego (II); Influence of nitrogen fertilization (II)

-

N0

0,213

0,350

0,282 -

N1

0,267

0,470

0,368

-

N2

0,366

0,482

0,424 -

N3

0,412

0,528

0,470

NIR 0,05 LSD0.05

(I) 0,226

(I) 0,052

(I) 0,098

(II) 0,156

(II) 0,118

(II) 0,060

(II) × (I) 0,220

(II) × (I) 0,167

(II) × (I) 0,085

(I) × (II) 0,188

(I) × (II) 0,109

(I) × (II) 0,093

Wo bez nawadniania (kontrola); without irrigation (control) W1 deszczowanie; sprinkler irrigation N0, N1, N2, N3 dawki azotu - odpowiednio: 0, 40, 80, 120 kg N⋅ha-1; nitrogen doses: 0, 40, 80, 120 kg N⋅ha-1,

respectively Podobnie zareagowała gryka na wzrastające nawoŜenie azotem, które niezaleŜnie

od deszczowania, istotnie zwiększyło jej plon z 0,282 t⋅ha-1 (dawka N0) do 0,470 t⋅ha-1 (N3).

Wystąpiła istotna interakcja deszczowania i nawoŜenia azotowego w kształ-towaniu plonów gryki. Zwiększone dawki azotu, stosowane w warunkach deszczo-wania, podnosiły plony gryki, średnio dla lat, z poziomu 0,387 do 0,570 t⋅ha-1.

ChociaŜ, jak podaje SONGIN [2003], gryka uwaŜana jest za roślinę gleb lekkich,

S. Rolbiecki i inni

296

mało urodzajnych, to trzeba odnotować, Ŝe jest ona zawodna. Uzyskane w doświadczeniu plony były niskie. WyŜsze, sięgające ponad 1,5 t⋅ha-1, moŜliwe są do uzyskania, zdaniem cytowanego autora, na glebie kompleksów: pszennego bardzo dobrego i pszennego dobrego. Niskie plonowanie gryki mogło wynikać takŜe z tego, Ŝe w czasie kwitnienia występowały niesprzyjające warunki meteorologiczne - zarówno susza, jak i opady - wpływające negatywnie na oblot pszczół [KRZYMUSKI 1983]. Warto zaznaczyć, Ŝe pojedynczy kwiat gryki jest otwarty zaledwie przez jeden dzień [SONGIN 2003]. Tabela 3; Table 3 Skład chemiczny plonu gryki odmiany ‘Panda’ zaleŜnie od deszczowania i dawki azotu (%) Chemical composition of ‘Panda’ buckwheat yields as dependent on sprinkler irrigation and nitrogen dose (%)


Dawka N N dose

Sucha masa Dry matter

Popiół surowy

Crude ash

Białko ogólne

Total protein

Tłuszcz surowy Crude

fat

Włókno surowe Crude fiber

Wo

N0

90,98

3,48

13,37

1,39

20,26

N1

91,31

3,21

15,21

1,42

23,61

N2

91,35

3,05

13,48

1,46

15,24

N3

90,87

3,20

15,38

1,54

20,62

W1

N0

91,34

3,32

12,20

1,35

17,72

N1

90,69

3,54

13,49

1,26

19,89

N2

91,00

3,57

13,63

1,42

16,48

N3

90,92

3,28

13,95

1,32

19,42

Wpływ deszczowania; Influence of sprinkler irrigation

Wo

-

91,13

3,23

14,36

1,45

19,93

W1

-

90,99

3,43

13,32

1,34

18,38

Wpływ nawoŜenia azotowego; Influence of nitrogen fertilization

-

N0

91,16

3,40

12,78

1,37

18,99

-

N1

91,00

3,37

14,35

1,34

21,75

-

N2

91,17

3,31

13,55

1,44

15,86

-

N3

90,89

3,24

14,66

1,43

20,02

Objaśnienia - jak pod tab. 2; Explanations - see Table 2

Deszczowanie gryki wpłynęło, średnio dla 4 poziomów nawoŜenia azotowego, na nieznaczny spadek poziomu suchej masy i tłuszczu surowego oraz na wyraźne obniŜenie się zawartości białka ogólnego (surowego) i włókna surowego (tab. 3). Przeciwna tendencja wystąpiła w przypadku popiołu surowego. W warunkach wzrastającego nawoŜenia azotowego, rosła zawartość białka ogólnego, natomiast obniŜał się poziom popiołu surowego. Zmiany zawartości pozostałych oznaczanych składników, spowodowane nawoŜeniem azotowym, były róŜnokierunkowe. Porównując skład chemiczny plonu gryki uzyskanego przy zastosowanych w doświadczeniu, skrajnych dawkach azotu (N0 = 0 i N3 = 120 kg N⋅ha-1) widać, Ŝe w warunkach zwiększonego nawoŜenia azotem zaznaczyła się tendencja do spadku zawartości suchej masy, a wyŜszej - tłuszczu i włókna. Porównując skład chemiczny owoców gryki z danymi w literaturze [SONGIN 2003] stwierdzono, Ŝe procentowa zawartość włókna surowego była wyŜsza od przeciętnej (13,3%), a białka surowego mieściła się w

WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWOśENIA AZOTEM NA PLONOWANIE ...

297

podawanym zakresie (10-15%). Odpowiednio, poziom tłuszczu surowego kształtował się poniŜej (1,8%), a poziom popiołu - powyŜej (2,1%) średniej zawartości. ObniŜenie zawartości białka ogólnego pod wpływem deszczowania jest zgodne z literaturą [DZIEśYC 1988]. Wnioski 1. Deszczowanie jak i wzrastające nawoŜenie azotowe istotnie zwiększyły plony

gryki. 2. Wystąpiło współdziałanie deszczowania i dawki azotu w kształtowaniu plonu. 3. Deszczowanie wpłynęło na obniŜenie zawartości białka ogólnego i włókna

surowego; przeciwna tendencja wystąpiła w przypadku popiołu surowego. 4. W warunkach wzrastającego nawoŜenia azotowego zwiększała się zawartość

białka ogólnego, zaś poziom popiołu surowego obniŜał się. Literatura DZIEśYC J. 1988. Rolnictwo w warunkach nawadniania. PWN, Warszawa: 415 ss.

KRZYMUSKI J. 1983. Rośliny zboŜowe, w: Podstawy agrotechniki. Pr. zbior. pod red. W. Niewiadomskiego. PWRiL, Warszawa: 431-461.

ROLBIECKI S., ROLBIECKI R., RZEKANOWSKI CZ., GRZELAK B. 2008. Wpływ deszczowania i nawoŜenia azotem na plonowanie prosa odmiany ‘Jagna’ na glebie bardzo lekkiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 299-304.

RUDNICKI F. (red). 1992. Doświadczalnictwo rolnicze. Wyd. ATR w Bydgoszczy: 210 ss.

SONGIN H. 1985. Gryka, w: Uprawa roślin rolniczych. Pr. zbior. pod red. Z. Hrynce-wicza, PWRiL, Warszawa: 110-114.

SONGIN H. 2003. Gryka, w: Szczegółowa uprawa roślin. Pr. zbior. pod red. Z. Jasińskiej i A. Koteckiego. AR we Wrocławiu, wyd. II, Tom I, Rozdz. 10: 299-305.

śARSKI J. 2006. Potrzeby i efekty nawadniania zbóŜ, w: Nawadnianie roślin. Pr. zbior. pod red. S. Karczmarczyka i L. Nowaka. PWRiL, Poznań, Rozdz. 4: 383-403. Słowa kluczowe: deszczowanie, nawoŜenie azotowe, gleba bardzo lekka, gryka,

odmiana uprawna Streszczenie

W doświadczeniu polowym, przeprowadzonym w latach 2005-2006 na glebie bardzo lekkiej w Kruszynie Krajeńskim koło Bydgoszczy, badano wpływ deszczowania i czterech poziomów nawoŜenia azotowego na wielkość i jakość plonu gryki odmiany ‘Panda’. Plonowanie gryki było niskie. Stwierdzono, Ŝe zarówno deszczowanie, jak i zwiększone nawoŜenie azotowe istotnie zwiększało plony. Deszczowanie wpłynęło na obniŜenie zawartości białka ogólnego i włókna surowego. Wzrastające nawoŜenie azotem wpłynęło na zwiększenie zawartości białka ogólnego.

INFLUENCE OF SPRINKLER IRRIGATION AND NITROGEN

S. Rolbiecki i inni

298

FERTILIZATION ON THE YIELDS OF BUCKWHEAT CV. ‘Panda’ IN A VERY LIGHT SOIL

Stanisław Rolbiecki, Roman Rolbiecki, Czesław Rzekanowski, Bogdan Grzelak Department of Land Reclamation and Agrometeorology, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz Key words: sprinkler irrigation, nitrogen fertilization, very light soil, buckwheat,

cultivar Summary

The influence of sprinkler irrigation and four nitrogen fertilization doses on the height of buckwheat cv. ‘Panda’ was determined in a field experiment carried out in the years 2005-2006 on a very light soil at Kruszyn Krajeński near Bydgoszcz. Yields of buckwheat were low. It was found that sprinkler irrigation and increased nitrogen fertilization significantly increased the yields. Sprinkler irrigation decreased the content of total protein and crude fiber. Increasing nitrogen fertilization increased the total protein content. Dr hab. inŜ. Stanisław Rolbiecki, prof. UTP Katedra Melioracji i Agrometeorologii Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich ul. Bernardyńska 6 85-029 BYDGOSZCZ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 299-304 WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWO śENIA AZOTEM NA PLONOWANIE PROSA ODMIANY ‘Jagna’ NA GLEBIE BARDZO LEKKIEJ Stanisław Rolbiecki, Roman Rolbiecki, Czesław Rzekanowski, Bogdan GrzelakBłąd! Nie zdefiniowano zakładki. Katedra Melioracji i Agrometeorologii, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich w Bydgoszczy Wstęp

Powierzchnia zasiewów prosa w świecie w latach 2001-2004 wynosiła 35,8 mln ha, co stanowiło 5,3% powierzchni zasiewów zbóŜ i 2,5% powierzchni gruntów ornych [śARSKI 2006]. W Polsce powierzchnia zasiewów prosa i gryki wynosiła w tym samym czasie zaledwie 53 tys. ha (0,6% powierzchni zasiewów zbóŜ, a 0,4% powierzchni gruntów ornych). Aczkolwiek spośród roślin zboŜowych proso wyróŜnia się oszczędną gospodarką wodną, a jego współczynnik transpiracji wynosi tylko 200-250, to jednak warunkiem właściwego plonowania jest dobre zaopatrzenie w wodę w okresie strzelania w źdźbło i wyrzucania wiech [SONGIN 2003].

Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu deszczowania i zróŜnicowanego nawoŜenia azotem na kształtowanie się plonów prosa odmiany ‘Jagna’, uprawianego na glebie kompleksu Ŝytniego słabego, w rejonie o bardzo niskich opadach atmosferycznych. Materiał i metody badań

Ścisłe doświadczenie polowe przeprowadzono w latach 2005-2006 w Kruszynie Krajeńskim koło Bydgoszczy na glebie zaliczanej do V klasy bonitacyjnej (kompleks przydatności rolniczej Ŝytni słaby).

Charakterystyka gleby, schemat doświadczenia oraz szczegóły dotyczące statystycznego opracowania wyników były identyczne jak w doświadczeniu z gryką [ROLBIECKI i in. 2008].

Potrzeby wodne prosa oszacowano zgodnie z metodyką podaną przez Pressa [PRESS 1963] oraz Klatta [OSTROMĘCKI 1973]. Miesięczną normę opadu dla średnich temperatur miesięcznych przyjętą przez Klatta bądź Pressa za podstawę, korygowano o 5 mm na 1°C, a następnie zwiększono ją, o poprawkę dla gleb lekkich, odpowiednio o 15 lub 20%.

Średnia temperatura powietrza w okresie wegetacji (V-VIII) w latach 2005-2006 wyniosła 16,4°C (tab. 1). Pierwszy rok badań charakteryzował się niską temperaturą w okresie wegetacji prosa (15,7°C), drugi natomiast był cieplejszy (17,1°C). Średnie w dwuletnim okresie badań potrzeby wodne prosa (od 1 maja do 31 sierpnia), policzone

S. Rolbiecki i inni

300

według Klatta oraz Pressa, wyniosły odpowiednio 278 i 294 mm, wahając się jednak w poszczególnych latach od 264 do 307 mm. Tabela 1; Table 2 Temperatura powietrza, opady, potrzeby wodne, dawki wody w okresie wegetacji prosa Air temperature, rainfall, water needs, water rates in the vegetation period of true millet

Rok Year

Miesiące; Months

V

VI

VII

VIII

V-VIII

Temperatura powietrza (°C); Air temperature (°C)

2005

12,2

14,9

19,4

16,3

15,7

2006

12,5

16,8

22,4

16,6

17,1

Średnio; Mean

12,3

15,8

20,9

16,4

16,4

Opady (mm); Rainfall (mm)

2005

69

31

40

21

161

2006

63

22

30

114

229

Średnio; Mean

66

26

35

67

195

Potrzeby wodne prosa wg Klatta (mm); Water needs of true millet according to Klatt (mm)

2005

47

56

89

70

262

2006

48

68

106

72

294

Średnio; Mean

47

62

97

71

278

Potrzeby wodne prosa wg Pressa (mm); Water needs of true millet according to Press (mm)

2005

52

63

92

74

281

2006

53

68

110

76

307

Średnio; Mean

52

65

101

75

294

Dawki wody (mm); Water rates (mm)

2005

-

-

155

-

155

2006

-

-

95

-

95

Średnio; Mean

-

-

125

-

125

Suma opadów w okresie maj-sierpień wyniosła w latach 2005-2006 średnio 195

mm. Sezonowe dawki deszczowania kształtowały się zaleŜnie od ilości i przebiegu opadów, wynosząc średnio 125 mm. Większe ilości wody (155 mm) rozdeszczowano w pierwszym roku badań, który cechował się niŜszymi opadami, a mniejsze (95 mm) w bardziej wilgotnym roku 2006. Dawka jednorazowa wynosiła z reguły 20 mm, mniejsze dawki stosowano w sytuacji, gdy tensjometry wskazywały na konieczność deszczowania przed zbliŜającymi się opadami naturalnymi.

Wyniki i dyskusja Plon prosa zebrany na poletkach kontrolnych (bez nawadniania) wyniósł, średnio

dla okresu badań i poziomów nawoŜenia azotem 1,95 t⋅ha-1 (tab. 2). Mniejsze plony (1,46 t⋅ha-1) zanotowano w charakteryzującym się niŜszymi opadami (161 mm) pierwszym roku badań, wyŜsze natomiast (2,45 t⋅ha-1) - w cechującym się wyŜszymi w okresie wegetacji prosa opadami (229 mm) roku 2006. Potwierdza to wcześniejsze ustalenia zawarte w literaturze [SONGIN 2003], Ŝe warunkiem właściwego plonowania prosa jest dobre zaopatrzenie w wodę w okresie strzelania w źdźbło i wyrzucania wiech.

WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWOśENIA AZOTEM ...

301

Tabela 2; Table 2 Plony prosa odmiany ‘Jagna’ zaleŜnie od deszczowania i dawki azotu (t⋅ha-1) Yields of true millet ‘Jagna’ dependent on sprinkler irrigation and nitrogen dose (t⋅ha-1)


Dawka N N dose

Lata badań; Year of study

Średnio Mean

2005

2006

Wo

N0

1,47

1,82

1,64

N1

1,62

2,11

1,87

N2

1,72

2,91

2,31

N3

1,02

2,96

1,99

W1

N0

2,99

3,02

3,01

N1

3,53

3,78

3,66

N2

4,37

4,08

4,22

N3

4,75

4,31

4,53

Wpływ deszczowania (I); Influence of sprinkler irrigation (I)

Wo

-

1,46

2,45

1,95

W1

-

3,91

3,80

3,85

Wpływ nawoŜenia azotowego (II); Influence of nitrogen fertilization (II)

-

N0

2,23

2,42

2,33 -

N1

2,58

2,95

2,76

-

N2

3,04

3,49

3,27 -

N3

2,89

3,64

3,26

NIR0,05 LSD0.05

(I) 0,214

(I) 0,416

(I) 0,194

(II) 0,709

(II) 0,446

(II) 0,222

(II) × (I) 1,003

(II) × (I) 0,630

(II) × (I) 0,314

(I) × (II) 0,642

(I) × (II) 0,449

(I) × (II) 0,267

Wo bez nawadniania (kontrola); without irrigation (control) W1 deszczowanie; sprinkler irrigation N0, N1, N2, N3 dawki azotu - odpowiednio: 0, 40, 80, 120 kg N⋅ha-1; nitrogen doses: 0, 40, 80, 120 kg N⋅ha-1,

respectively

Zastosowanie deszczowania wpłynęło na istotny wzrost plonów, średnio dla okresu badań i poziomów nawoŜenia azotem, do poziomu 3,85 t⋅ha-1. Uzyskany dzięki nawadnianiu przyrost wynosił 1,9 t⋅ha-1, czyli 97%. Na efektywność deszczowania oddziaływały warunki pogodowe (zwłaszcza ilość i rozkład opadów) w poszczególnych sezonach wegetacyjnych. Większe efekty produkcyjne deszczowania w uprawie prosa wystąpiły bowiem w pierwszym roku badań (2,45 t⋅ha-1, tj. 168%), mniejsze natomiast - w drugim (1,35 t⋅ha-1, tj. 55%). Na istotną ujemną zaleŜność między opadami w okresie wegetacji a przyrostami plonów zbóŜ pod wpływem deszczowania zwraca uwagę wielu autorów [DMOWSKI 1997; GRABARCZYK 1987; PANEK 1989; DZIEśYC, NOWAK 1993; śARSKI 2006]. Otrzymane w przeprowadzonym doświadczeniu wyniki dowiodły, Ŝe pomimo tego, iŜ proso bardzo dobrze znosi suszę [KRZYMUSKI 1983], to jednak uprawiane na glebie bardzo lekkiej, dobrze reaguje na deszczowanie. Średni dla okresu badań przyrost plonu ziarna uzyskany dzięki nawadnianiu, wynoszący blisko 2 t⋅ha-1 (prawie 100%), jest wyŜszy od przeciętnych efektów produkcyjnych uzyskiwanych dzięki temu zabiegowi w uprawie innych gatunków zbóŜ (pszenica ozima, jęczmień jary, pszenica jara, pszenŜyto ozime) w róŜnych regionach kraju, które - jak podaje w swej syntezie

S. Rolbiecki i inni

302

śARSKI [2006] - mieszczą się w zakresie od 0,44 do 0,95 t⋅ha-1 (9-25%). Zaistniałe róŜnice moŜna tłumaczyć czynnikiem glebowym, co – na przykładzie wieloletnich doś-wiadczeń przeprowadzonych przez wielu autorów z pszenicą jarą – wykazał śARSKI [2006]. Względny przyrost plonu pszenicy wynosił bowiem 14% na glinie średniej, 36% na piasku gliniastym mocnym, 69% na piasku słabogliniastym na glinie i aŜ 164% na piasku słabogliniastym na piasku luźnym.

Wraz ze zwiększeniem nawoŜenia azotowego z 0 do 80 kg N⋅ha-1, plony prosa wzrastały istotnie (niezaleŜnie od nawadniania), średnio w okresie badań, z poziomu 2,33 do 3,27 t⋅ha-1. Przy dawce 120 kg N⋅ha-1 plon prosa juŜ się nie powiększał. MoŜna zatem dawkę 80 kg N⋅ha-1 uznać za optymalną dla prosa odmiany ‘Jagna’ uprawianego w warunkach glebowo-klimatycznych, w jakich przeprowadzono ścisłe doświadczenie polowe. SONGIN [2003] podaje, Ŝe dawka azotu dla prosa powinna mieścić się, zaleŜnie od przedplonu, w zakresie 40-50 kg N⋅ha-1 (słaby przedplon) bądź 80-140 kg N⋅ha-1

(dobry przedplon). Inna popularna (w rejestrze od 1956 r.) odmiana prosa ‘Gierczyckie’ - która jest podatna na wyleganie [SONGIN 2003] - moŜe mieć przypuszczalnie jeszcze niŜsze potrzeby nawozowe w odniesieniu do azotu stosowanego w warunkach deszczowania.

Wystąpiło istotne współdziałanie deszczowania i nawoŜenia azotem w kształtowaniu plonów prosa. Wzrastające nawoŜenie azotem (od 0 do 120 kg N⋅ha-1) w warunkach nawadniania zwiększało plony prosa z 3,01 do 4,53 t⋅ha-1. Potwierdza to wcześniejsze ustalenia innych autorów w odniesieniu do innych gatunków zbóŜ o wzrastającej efektywności nawoŜenia mineralnego, mającej miejsce w warunkach optymalnego uwilgotnienia gleby zapewnianego przez deszczowanie [PANEK 1989; śARSKI 2006]. W warunkach prowadzenia nawodnień uzasadnione moŜe być zatem stosowanie wyŜszej dawki azotu (120 kg N⋅ha-1) w uprawie tej odmiany prosa. Wnioski 1. Plonowanie niedeszczowanego prosa zaleŜało od opadów atmosferycznych.

NiŜsze plony (1,46 t⋅ha-1) zanotowano przy opadach w okresie 1 V - 30 VIII wynoszących 161 mm, wyŜsze natomiast (2,45 t⋅ha-1) – przy opadach 229 mm.

2. Deszczowanie spowodowało istotny wzrost plonu prosa o 1,9 t⋅ha-1 (97%). 3. Efekty produkcyjne deszczowania były ujemnie skorelowane z opadami at-

mosferycznymi w okresie wegetacji. WyŜsze uzyskano w roku suchszym (2,45 t⋅ha-1, tj. 168%), niŜsze natomiast - w bardziej wilgotnym (1,35 t⋅ha-1, tj. 55%).

4. Zwiększenie w warunkach deszczowania nawoŜenia azotowego z 0 do 120 kg N⋅ha-1 spowodowało istotny przyrost plonu ziarna do poziomu 4,53 t⋅ha-1. Dawkę 120 kg N⋅ha-1 moŜna zatem uznać za optymalną dla testowanej odmiany ‘Jagna’, uprawianej w warunkach nawadniania na glebie bardzo lekkiej, w rejonie o obniŜonych w okresie wegetacji (V-VIII) opadach atmosferycznych (okolice Bydgoszczy).

Literatura DMOWSKI Z. 1997. Water needs and effects of irrigation on cereals in Poland. Proc.

WPŁYW DESZCZOWANIA I NAWOśENIA AZOTEM ...

303

Poland-Israel Conf. on „Water requirements and irrigation effects of plants cultivated in arid and semiarid climates”. Tel-Aviv, 5-16 XII 1997, Vol. II, 83-88.

DZIEśYC J., NOWAK L. 1993. Deszczowanie, w: Czynniki plonotwórcze-plonowanie roślin. Pr. zbior. pod red. J. DzieŜyca. PWN, Warszawa, Rozdz. 9: 329-351.

GRABARCZYK S. 1987. Efekty, potrzeby i moŜliwości nawodnień deszczownianych w róŜnych regionach kraju. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 314: 49-64.

KRZYMUSKI J. 1983. Proso, w: Podstawy agrotechniki. Pr. zbior. pod red. W. Niewia-domskiego. PWRiL, Warszawa, wyd. III, cz. II: 459.

OSTROMĘCKI J. 1973. Podstawy melioracji nawadniających. PWN, Warszawa: 450 ss.

PANEK K. 1989. Potrzeby wodne roślin zboŜowych, w: Potrzeby wodne roślin uprawnych. Pr. zbior. pod red. J. DzieŜyca. PWN, Warszawa, Rozdz. 3: 50-84.

PRESS H. 1963. Praktika selskochozjajstvennych melioracij. Selchozizdat, Moskva, (przekład z j. niemieckiego): 408 ss.

ROLBIECKI S., ROLBIECKI R., RZEKANOWSKI CZ., GRZELAK B. 2008. Wpływ deszczowania i nawoŜenia azotem na plonowanie gryki odmiany ‘Panda’ na glebie bardzo lekkiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 293-298.

SONGIN H. 2003. Proso, w: Szczegółowa uprawa roślin. Pr. zbior. pod red. Z. Jasińskiej i A. Koteckiego. AR we Wrocławiu, wyd. II, Tom I, Rozdz. 9: 293-298.

śARSKI J. 2006. Potrzeby i efekty nawadniania zbóŜ, w: Nawadnianie roślin. Pr. zbior. pod red. S. Karczmarczyka i L. Nowaka. PWRiL, Poznań, Rozdz. 4: 383-403.

Słowa kluczowe: deszczowanie, nawoŜenie azotowe, gleba bardzo lekka, proso,

odmiana uprawna Streszczenie

W doświadczeniu polowym, przeprowadzonym w latach 2005-2006 na glebie bardzo lekkiej w Kruszynie Krajeńskim koło Bydgoszczy, badano wpływ deszczowania i czterech poziomów nawoŜenia azotowego na wielkość plonu prosa odmiany ‘Jagna’. Stwierdzono, Ŝe deszczowanie istotnie zwiększyło plony ziarna o 1,9 t⋅ha-1 (97%). Zwiększone nawoŜenie azotowe (z 0 do 120 kg⋅N ha-1) spowodowało w warunkach deszczowania istotny przyrost plonu ziarna do poziomu 4,53 t⋅ha-1. INFLUENCE OF SPRINKLER IRRIGATION AND NITROGEN FERTILIZATION ON YIELDS OF TRUE MILLET CV. ‘Jagna’ IN A VERY LIGHT SOIL Stanisław Rolbiecki, Roman Rolbiecki, Czesław Rzekanowski, Bogdan Grzelak Department of Land Reclamation and Agrometeorology, University of Technology and Life Sciences, Bydgoszcz Key words: sprinkler irrigation, nitrogen fertilization, very light soil, true millet,

cultivar

S. Rolbiecki i inni

304

Summary

The influence of sprinkler irrigation and four nitrogen fertilization doses on the height of true millet cv. ‘Jagna’ was determined in a field experiment carried out in the years 2005-2006 on a very light soil at Kruszyn Krajeński near Bydgoszcz. It was found that the sprinkler irrigation significantly increased the grain yield by 1.9 t⋅ha-1 (97%). Increased nitrogen fertilization (from 0 to 120 kg N⋅ha-1), under conditions of sprinkler irrigation, caused a significant grain increase to the amount of 4.53 t⋅ha-1. Dr hab. inŜ. Stanisław Rolbiecki, prof. UTP Katedra Melioracji i Agrometeorologii Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich ul. Bernardyńska 6 85–029 BYDGOSZCZ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 305-312 PRÓBA OCENY MOśLIWO ŚCI ZWI ĘKSZENIA RETENCJI WODY W GLEBACH WYBRANYCH SIEDLISK LEŚNYCH 1 Rafał Stasik, Czesław Szafrański, Mariusz Korytowski, Daniel Liberacki Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Wstęp

Prace dotyczące roli lasu w gospodarce wodnej wskazują na jego pozytywny wpływ na bilans wodny zlewni [TYSZKA 1995; KOSTURKIEWICZ i in. 2002]. Dzieje się tak dzięki znacznej retencji powierzchni zalesionych, która wpływa na wyrównanie odpływów ze zlewni [KOSTURKIEWICZ 1976; LEE 1980]. Według dokumentu „Zasady planowania i realizacji małej retencji w Lasach Państwowych” [ZASADY 1997], jednym z celów małej retencji w lasach jest poprawa uwilgotnienia siedlisk poprzez podniesienie lustra wody gruntowej na terenach bezpośrednio przyległych do zbiornika lub urządzenia piętrzącego. Do małej retencji zalicza się w lasach, poza budową niewielkich zbiorników wodnych, takŜe podpiętrzanie wód w kanałach i rowach. Ponadto w dokumencie tym za niekorzystne uwaŜa się budowanie duŜych zbiorników retencyjnych w lasach. Ich budowa wiązałaby się bowiem z koniecznością wylesień, a tym samym zamianą retencji naturalnej na sztuczną, co byłoby zaprzeczeniem ekologizacji gospodarki leśnej.

MoŜliwości zwiększenia retencji, poprzez wykonanie prostych urządzeń pię-trzących, istnieją przede wszystkim na obszarach zlewni zmeliorowanych. Ocena potencjalnych moŜliwości lepszego wykorzystania zdolności retencyjnych gleb siedlisk leśnych w takich zlewniach wymaga jednak przeprowadzenia odpowiednich badań.

Celem pracy jest ocena moŜliwości zwiększenia retencji wody w glebach wybranych siedlisk leśnych poprzez piętrzenie wody w rowie.

Materiały i metody

1 Praca naukowa finansowana ze środków budŜetowych na naukę w latach 2005-2007 jako projekt badawczy nr 2P06507928.

Badania prowadzono na terenie Leśnictwa Marianka, naleŜącego do Leśnego Zakładu Doświadczalnego Siemianice Akademii Rolniczej w Poznaniu. Do analizy wybrano 20 studzienek do pomiarów stanów wód gruntowych zainstalowanych na obszarze zmeliorowanej zlewni Rowu Rakowskiego, oznaczonego na mapach melioracyjnych jako rów G (rys. 1). Rozpatrywane studzienki połoŜone są w trzech przekrojach zlewni, w siedliskach bagiennych - olsu jesionowego i wilgotnych – lasu wilgotnego, lasu mieszanego wilgotnego i boru mieszanego wilgotnego. Pomiary

R. Stasik i inni

306

stanów wód gruntowych i stanów wód w cieku prowadzono systematycznie z częstotliwością jeden raz w tygodniu w latach hydrologicznych 2000-2004. Dla poszczególnych studzienek obliczono związki stanów wód gruntowych ze stanami wód w rowie G na odpowiadających im łatach wodowskazowych zlokalizowanych w kaŜ-dym z badanych przekrojów (rys. 1). W pracy przyjęto, Ŝe do dalszej analizy wybrane zostaną związki stanów wód gruntowych ze stanami wody w cieku, które były istotne co najmniej na poziomie Pα = 0,05 oraz zostały zweryfikowane z wynikami wcześniejszych pomiarów terenowych. Pozostałe informacje stanowiły podstawę obliczenia stanów wody w cieku, potrzebnych do utrzymania zwierciadła wody gruntowej wiosną. Głębokość ta w oparciu o „Instrukcję urządzania lasu” [INSTRUKCJA 2003] wynosi:

Rys. 1. Mapa glebowo-siedliskowa leśnej części zlewni rowu G. Objaśnienia: Ł – łata

wodowskazowa, OlJ – ols jesionowy, Lw – las wilgotny, BMw – bór mieszany wilgotny, LMw – las mieszany wilgotny, BMśw – bór mieszany świeŜy, LMśw – las mieszany świeŜy

Fig. 1. Forest site types map of forestall part of G ditch catchment. Descriptions: Ł – stuff

gauge, OlJ – ash-alder swamp forest, Lw – moist broadleaved forest, BMw – moist mixed coniferous forest, LMw – moist mixed broadleaved forest, BMśw – fresh mixed coniferous forest, LMśw – fresh mixed broadleaved forest

- w siedliskach bagiennych 0,0-0,2 m (stopień uwilgotnienia g1, wariant uwil-gotnienia – siedlisko bardzo mokre),

- w siedliskach wilgotnych 0,5-0,8 m (stopień uwilgotnienia g3, wariant uwil-

PRÓBA OCENY MOśLIWOŚCI ZWIĘKSZENIA RETENCJI ...

307

gotnienia – siedlisko silnie wilgotne).

Przeprowadzone badania i obserwacje terenowe oraz wykonane obliczenia pozwoliły na wstępne określenie moŜliwości zwiększenia retencji gleb wybranych siedlisk leśnych w analizowanej zlewni.

Wyniki i dyskusja

Powierzchnia badanej zlewni rowu G wynosi 3,27 km2, a jej lesistość 65%. Charakterystyczną cechą tej zlewni jest dominacja siedlisk bagiennych, połoŜonych w najniŜszych partiach terenu, w pobliŜu cieku. Stanowią one łącznie 50,6% powierzchni leśnej zlewni. Wśród siedlisk bagiennych dominują olsy jesionowe. DuŜy udział w powierzchni leśnej tej zlewni mają równieŜ siedliska wilgotne – lasy wilgotne oraz lasy i bory mieszane wilgotne, zajmujące łącznie 31,0% powierzchni zalesionej. Pozostałą część powierzchni leśnej (18,4%) stanowią siedliska świeŜe.

W przekroju 2 większość badanych studzienek zlokalizowana jest na siedliskach bagiennych olsu jesionowego (tab. 1). Jedynie dwie studzienki w tym przekroju usytuowane są w lesie wilgotnym. Otrzymane wyniki obliczeń wskazują, Ŝe niemal wszystkie związki stanów wód gruntowych ze stanami wód w rowie G w przekroju 2 charakteryzują się wysokimi wartościami współczynników korelacji R (powyŜej 0,80) i są istotne na poziomie Pα = 0,01. Spośród przeanalizowanych związków dla poszczególnych studzienek w tym przekroju jedynie związek studzienki 2.9, oddalonej o 215 m (rys. 1) od rowu ze stanami wody w rowie G w przekroju 2 nie jest statystycznie istotny. Związek ten nie był brany pod uwagę przy dalszych obliczeniach. Niskim współczynnikiem korelacji, wynoszącym R = 0,40 charakteryzował się związek dla studzienki 2.6, połoŜonej w bezpośredniej bliskości rowu G (rys. 1). PoniewaŜ wyniki obliczeń stanów wód gruntowych na podstawie tego związku nie wykazywały zgodności z wcześniejszymi obserwacjami terenowymi, związku dla studzienki 2.6 równieŜ nie wzięto pod uwagę przy określaniu zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosny dla siedlisk bagiennych.

W przekroju 3 siedem studzienek zlokalizowanych jest na siedliskach olsu jesionowego (rys. 1). Jedynie studzienka 3.8 znajduje się w wyŜej połoŜonym obszarze siedliska boru mieszanego wilgotnego. Obliczone związki stanów wód gruntowych ze stanami wody w cieku dla wszystkich studzienek w przekroju 3 były statystycznie istotne na poziomie Pα = 0,01, a wartości współczynników korelacji związków w tym przekroju wyniosły od 0,75 dla studzienki 3.8 do 0,89 dla studzienki 3.6.

W zlokalizowanym w wyŜszych partiach zlewni przekroju badawczym 4, większość studzienek połoŜona jest w siedliskach wilgotnych – boru mieszanego wilgotnego i lasu mieszanego wilgotnego. Tylko studzienki 4.3 i 4.4 połoŜone bez-pośrednio przy rowie G znajdują się w siedlisku bagiennym, w olsie jesionowym (tab. 1). RównieŜ w tym przekroju związki stanów wód gruntowych ze stanami wody w cieku były istotne na poziomie Pα = 0,01, przy współczynnikach korelacji wynoszących od 0,77 (studzienki 4.5 i 4.6) do 0,84 (studzienka 4.4). Tabela 1; Table 1 Równania związków stanów wody gruntowej ze stanami wody w cieku w analizowanych przekrojach oraz ich współczynniki korelacji i poziomy istotności Relationship equations of groundwater and water level in ditch as well as their correlation coefficients and significance levels

Nr prze-

Nr stu- Odległość

Typ siedli-

Równanie związku

Współczynnik

Poziom

R. Stasik i inni

308

kroju Cross-sec-

tion number

dzienki Well

number

od rowu Distance from the

ditch

skowy lasu* Forest site

type*

stanów wody Water level rela-tionship equation

korelacji Correlation coefficient

R

istotności Significance

level Pα

2

2.2

251

OlJ

y = -1,62⋅x+62

0,83

0,01

2.3

184

OlJ

y = -2,38⋅x+82

0,80

0,01

2.4

117

OlJ

y = -2,22⋅x+115

0,84

0,01

2.5

25

OlJ

y = -1,91⋅x+72

0,89

0,01

2.6

12

OlJ

y = -0,65⋅x+37

0,40

0,01

2.7

64

Lw

y = -2,37⋅x+133

0,84

0,01

2.8

149

Lw

y = -2,46⋅x+166

0,81

0,01

2.9

215

OlJ

y = 0,08⋅x+46

0,03

-

3

3.1

376

OlJ

y = -1,41⋅x+106

0,79

0,01

3.2

349

OlJ

y = -1,19⋅x+48

0,83

0,01

3.3

212

OlJ

y = -1,32⋅x+57

0,85

0,01

3.4

128

OlJ

y = -1,47⋅x+81

0,76

0,01

3.5

25

OlJ

y = -1,36⋅x+58

0,87

0,01

3.6

15

OlJ

y = -1,26⋅x+57

0,89

0,01

3.7

107

OlJ

y = -1,78⋅x+78

0,84

0,01

3.8

264

BMw

y = -2,02⋅x+151

0,75

0,01

4

4.1

223

LMw

y = -1,80⋅x+181

0,80

0,01

4.2

84

BMw

y = -1,65⋅x+192

0,81

0,01

4.3

30

OlJ

y = -1,49⋅x+99

0,83

0,01

4.4

23

OlJ

y = -1,49⋅x+113

0,86

0,01

4.5

53

BMw

y = -1,61⋅x+118

0,77

0,01

4.6

78

BMw

y = -1,65⋅x+184

0,77

0,01

* objaśnienia jak na rys. 1; descriptions according to Fig. 1

Na podstawie otrzymanych związków obliczono stany wód w cieku, niezbędne do utrzymania w okresie wiosny, w siedliskach wilgotnych i bagiennych badanej zlewni głębokości wód gruntowych, zalecanych w „Instrukcji urządzania lasu” [INSTRUKCJA

2003]. Wyniki tych obliczeń przedstawia tab. 2. W przekroju 2, w którym dwie studzienki zlokalizowane są w siedlisku lasu wilgotnego, dla utrzymania w tym siedlisku zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosny na głębokości 0,5 m, konieczne jest piętrzenie wody w rowie G od 23 do 35 cm, średnio 29 cm. Natomiast dla utrzymania zwierciadła wody gruntowej w dominujących w tym przekroju siedliskach bagiennych, konieczne jest piętrzenie wody w rowie od 35 do 52 cm, średnio 41 cm. Jednak przy takim piętrzeniu wody w rowie, głębokość zalegania wody gruntowej w okresie wiosny w siedliskach lasu wilgotnego byłaby zbyt mała, w stosunku do podanej w „Instrukcji urządzania lasu” [INSTRUKCJA 2003]. Zaleganie wody gruntowej w tych siedliskach na głębokości mniejszej niŜ 0,5 m od powierzchni terenu moŜe mieć negatywny wpływ na warunki siedliskowe i wpłynąć na obniŜenie bonitacji tych siedlisk. Dlatego teŜ w przekroju 2 (rys. 1) o moŜliwości zwiększenia retencji będzie decydowała głębokość utrzymania zwierciadła wody w siedliskach wilgotnych na głębokości 0,5 m, co pozwala na piętrzenie wody w rowie G w przekroju 2 do stanu


309

wynoszącego średnio 29 cm. Na podstawie obliczeń przeprowadzonych dla przekroju 3 moŜna stwierdzić, Ŝe

utrzymanie zwierciadła wody w okresie wiosny na głębokości 0,5 m w studzience 3.8, usytuowanej w borze mieszanym wilgotnym, wymaga piętrzenia wody w rowie G do stanu wynoszącego 75 cm. Natomiast dla siedlisk bagiennych olesu jesionowego, w celu utrzymania wody gruntowej równo z powierzchnią w okresie wiosny, wystarczy piętrzenie wody w tym przekroju do stanu wynoszącego średnio 49 cm (tab. 2). Przy piętrzeniu w tym przekroju rowu G do stanu 75 cm na siedliskach olsu jesionowego, wody gruntowe występowałyby okresowo na powierzchni. Według „Instrukcji urządzania lasu” [INSTRUKCJA 2003] zaleganie wody na powierzchni siedlisk bagiennych jest moŜliwe w okresie wiosennym i nie powoduje ono obniŜenia bonitacji tych siedlisk. W przekroju 3 moŜliwe jest więc takie piętrzenie wody w rowie, które powinno zapewnić utrzymanie optymalnej głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosny w siedliskach wilgotnych i nie wpłynie negatywnie na siedliska bagienne. Tabela 2; Table 2 Stany wody w cieku potrzebne do utrzymania zalecanej wody gruntowej w okresie wiosny w badanych przekrojach zlewni rowu G Calculated water levels in cross sections of G ditch necessary to sustain recommended groundwater depth in spring at swamp and moist forest habitat in itch cross-section of G ditch catchment

Przekrój Cross-sec-

tion

Rodzaj

siedliska Type of habitat

Liczba

studzienek Number of wells

Typy sied-

liskowe lasu Forest site

types

Głębokość zalegania wody gruntowej w

okresie wiosny; Groundwater depth

in spring (m)

Obliczony stan wody na łacie

w cieku; Calculated water level on the staff gauge in the

ditch (cm)

min.

maks. max.

śr.

aver.

2 wilgotne moist

2

Lw

0,5

23

35

29

bagienne swamp

4

OlJ

0,0

35

52

41

3

wilgotne moist

1

BMw

0,5

-

-

75

bagienne swamp

7

OlJ

0,0

40

75

49

4

wilgotne moist

4

BMw, LMw

0,5

73

83

76

bagienne swamp

2

OlJ

0,0

66

76

71

W przekroju 4 dla utrzymania zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosny w siedliskach bagiennych olesu jesionowego, stan wody w rowie powinien wynosić od 66 do 76 cm, średnio 71 cm. Tylko nieco wyŜszego piętrzenia (średnio 76 cm) wymaga utrzymanie wody w okresie wiosny w siedliskach boru mieszanego wilgotnego. W przekroju 4 rowu G moŜliwe jest równieŜ istotne zwiększenie retencji gleb siedlisk leśnych poprzez piętrzenie wody do stanu około 76 cm. Pozwoli to na utrzymanie odpowiedniej głębokości zalegania wody gruntowej w okresie wiosny zarówno w siedliskach wilgotnych, jak i bagiennych.

Jak wykazały wcześniejsze badania prowadzone na obszarze zlewni rowu G,

R. Stasik i inni

310

zarówno w mokrych, jak i suchych półroczach letnich, obserwuje się wyraźne obniŜanie się stanów wód gruntowych i retencji w glebach siedlisk leśnych [STASIK i in. 2005]. Woda zgromadzona w półroczach zimowych jest bowiem w tym okresie wykorzystywana w procesie intensywnej transpiracji drzewostanów. Przeprowadzona w niniejszej pracy wstępna analiza wykazała, Ŝe moŜliwe jest lepsze wykorzystanie zdolności retencyjnych gleb siedlisk leśnych na obszarze badanej zlewni. Niewielkie piętrzenie wody w rowie G umoŜliwi bowiem utrzymanie zwierciadła wody gruntowej w okresie wiosny, a tym samym jej lepsze wykorzystanie w okresach półroczy letnich.

Wnioski 1. Badania nad moŜliwościami zwiększenia zasobów retencji wodnej róŜnych

siedlisk leśnych przeprowadzone w latach 2000-2004 wykazały, Ŝe piętrzenie wody w trzech badanych przekrojach rowu G umoŜliwi zwi ększenie retencji w glebach siedlisk bagiennych i wilgotnych. W przekroju 2 istnieje moŜliwość zwiększenia retencji poprzez piętrzenie wody w rowie G średnio do stanu 29 cm. Zwiększenie piętrzenia wody w rowie w tym przekroju do 41 cm w celu zapewnienia optymalnej głębokości zwierciadła wody w okresie wiosny dla siedlisk bagiennych, mogłoby spowodować pogorszenie warunków siedliskowych i obniŜenie bonitacji siedlisk wilgotnych.

2. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń moŜna stwierdzić, Ŝe dzięki piętrzeniu

wody w rowie G w przekrojach 3 i 4 do stanu 76 cm moŜliwe jest optymalne utrzymanie głębokości zwierciadła wody gruntowej w występujących w tych przekrojach siedliskach wilgotnych i bagiennych. Pozwoli to na lepsze wykorzystanie retencji gruntowej w półroczach letnich.

3. Wstępne wyniki badań wskazują, Ŝe celowe jest przeprowadzenie dalszych badań

i obserwacji terenowych, które pozwolą na pełną ocenę wpływu piętrzenia wody w rowie G na zasoby retencji siedlisk leśnych.

Literatura INSTRUKCJA 2003. Instrukcja urządzania lasu. Część II. Instrukcja wyróŜniania i kar-towania siedlisk leśnych. 2003. MOŚrZNiL, DGLP, Wyd. IBL: 120 ss.

KOSTURKIEWICZ A. 1976. Zmienność odpływów z małych zlewni o roŜnych stopniach lesistości. Pr. Kom. Nauk Roln. Kom. Nauk Leśn. PTPN, 42: 67-73.

KOSTURKIEWICZ A., CZOPOR S., KORYTOWSKI M., STASIK R., SZAFRAŃSKI CZ. 2002. Od-pływy i retencja siedlisk leśnych w małych zlewniach. Roczniki AR w Poznaniu, Seria Melioracje i InŜynieria Środowiska 342(23), Poznań: 217-227.

LEE R. 1980. Forest Hydrology. Columbia University Press, New York: 349 ss.

STASIK R., SZAFRAŃSKI CZ., KORYTOWSKI M. 2005. Retencja siedlisk leśnych w latach o róŜnym przebiegu warunków meteorologicznych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 506: 447-454.

TYSZKA J. 1995. Rola i miejsce lasu w kształtowaniu stosunków wodnych w zlewni rzecznej. Sylwan 11: 67-80.

ZASADY 1997. Zasady planowania i realizacji zasad małej retencji w lasach państwo-wych. Dyrekcja Generalna Lasów Państwowych. Biuro Studiów i Projektów Leśnictwa


311

Biproplas.: 25 ss.

Słowa kluczowe: mała retencja, siedliska leśne, stany wody gruntowej Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań i obserwacji tere-nowych oraz obliczeń nad oceną moŜliwości zwiększenia retencji w glebach siedlisk leśnych. Badania były prowadzone w zmeliorowanej zlewni rowu G, leŜącej w Leśnictwie Marianka w Leśnym Zakładzie Doświadczalnym Siemianice. Analiza statystyczna wykazała, Ŝe niemal wszystkie obliczone związki stanów wód gruntowych ze stanami wody w cieku w badanych przekrojach zlewni rowu G były istotne na poziomie Pα = 0,01. Wstępne wyniki badań i obliczeń wykazały, Ŝe dzięki piętrzeniu wody w rowie G moŜliwe jest zwiększenie retencji gleb siedlisk leśnych, a tym samym jej lepsze wykorzystanie w półroczach letnich. AN ATTEMPT AT EVALUATION WATER RETENTION INCREASE POSSIBILITY IN SOILS OF SOME SELECTED FOREST HABITATS Rafał Stasik, Czesław Szafrański, Mariusz Korytowski, Daniel Liberacki Department of Land Reclamation, Environmental Development and Geodesy, University of Life Sciences, Poznań Key words: small retention, forest habitats, groundwater levels Summary

The paper presents the results of research and field observations as well as possibilities of water retention increasing in forest habitat soils. The research were carried out at meliorated G ditch catchment, located in Marianka forestry belonging to Siemianice Forest Experimental Farm. Statistic analyses indicate that almost all of the calculated relationships between groundwater levels and water levels in G ditch were statistically significant at Pα = 0.01 level. Preliminary results of the research and calculations indicate that the increase of water retention in forest habitat and better water retention use in summer as the result of water dimming in G ditch soils is possible. Dr inŜ. Rafał Stasik Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy ul. Piątkowska 94 61-693 POZNAŃ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 313-320 GOSPODAROWANIE WODĄ W SZTUCZNYM PROFILU GLEBOWYM „ZIELONEGO DACHU” 1 Ewelina Szajda 1, Anna Pływaczyk 1, Tomasz Kowalczyk 1, Michał Licznar 2 1 Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Na terenach zabudowanych występuje wiele powierzchni nieprzepuszczalnych ograniczających bądź uniemoŜliwiających zakładanie zieleni. W celu stworzenia optymalnych warunków umoŜliwiających wprowadzanie elementów roślinnych w miastach wykonywane są tzw. sztuczne profile glebowe na dachach budynków, podziemnych garaŜy czy parkingów. Ta forma zieleni w literaturze zyskała nazwę „zielonych dachów”, a jedną z najwaŜniejszych jej zalet jest moŜliwość gromadzenia wody opadowej [ROTH-KLEYER 2005], co poprawia mikroklimat i obniŜa zagroŜenie po-wodziowe na terenach zabudowanych [DROśDśAL 2004]. Woda, która odpływa z powierzchni dachów, moŜe być gromadzona i ponownie uŜytkowana do podlewania ogrodów oraz do innych celów gospodarczych.

„Zielone dachy” juŜ od lat 60. wykonywane były w krajach wysokorozwiniętych, lecz na terenie Polski istnieje niewiele tego typu załoŜeń oraz brak jest badań umoŜliwiających ich funkcjonowanie w naszych warunkach.

Celem podjętych badań jest ocena moŜliwości gromadzenia wody w profilu glebowym zielonego dachu oraz ustalenie potrzeb uzupełniania niedoborów wodnych w dłuŜszych okresach bezopadowych. W pracy przeanalizowano wstępne wyniki badań stosunków wodnych w sztucznym profilu glebowym „zielonego dachu”, wykonanego na terenie Wrocławia. Zakres badań prowadzonych w okresie od marca do października 2006 roku obejmował ustalenie właściwości retencyjnych wierzchniej warstwy gleby sztucznego profilu glebowego, pomiary wilgotności gleby, ocenę jej zasobów wilgoci na tle elementów meteorologicznych oraz charakterystycznych stanów retencji.

1 Publikacja współfinansowana przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Społecznego oraz budŜet państwa w ramach Zintegrowanego Programu Operacyjnego Rozwoju Regionalnego.

Materiał i metody badań Charakterystyka obiektu

E. Szajda i inni

314

Po przeprowadzonej inwentaryzacji istniejących na terenie Wrocławia załoŜeń zieleni na powierzchniach dachowych wybrano dach nad płytą garaŜową parkingu wielostanowiskowego przy ul. Czerniawskiej 1-3, załoŜony w latach 2001/2002 (fot. 1-2).

Fot. 1-2. Intensywnie zazieleniony dach przy ul. Czerniawskiej we Wrocławiu Fot. 1-2. Intensively Greened Roof in the Czerniawska Street in Wrocław

Rys. 1. Rozmieszczenie stanowisk pomiarowych na obiekcie badawczym Fig. 1. Area of surveys with marked measurement points

Badany obiekt o powierzchni ok. 0,125 ha podzielony jest na dwa sektory: wypoczynkowy i pokryty mieszanką trawiastą, na którym widoczne są liczne kom-pozycje z krzewów iglastych i liściastych (m. in. odmiany gatunku Juniperus, Thuja, Cotoneaster, Berberis) oraz bylin, posadzonych w obudowach z elementów prefabry-kowanych. W centralnej części wykonano plac zabaw pokryty grysem (rys. 1). Budowa sztucznego profilu glebowego

Profil glebowy charakteryzuje się występowaniem czterech warstw funkcjo-nalnych: - wegetacyjno-powierzchniowej warstwy gleby o miąŜszości 15 cm, obsianej

GOSPODAROWANIE WODĄ W SZTUCZNYM PROFILU GLEBOWYM ...

315

mieszanką trawiastą; - geowłókniny filtracyjnej oddzielającej powierzchniową warstwę gleby od

warstwy drenaŜowej; - warstwy drenaŜowej grubości 5 cm wykonanej ze Ŝwiru płukanego, w której

umieszczony jest perforowany rurociąg drenarski z PCV o średnicy 5 cm przebiegający dookoła zazielenionych powierzchni i odprowadzający nadmiar wód opadowych do trzech studzienek zbiorczych;

- warstwy izolacyjnej zabezpieczającej konstrukcję dachową, wykonanej

z włókniny BRAAS, RHENOFOL’u CG oraz folii PE. Wyniki i dyskusja Warunki meteorologiczne

Na terenie objętym badaniami panuje klimat łagodny z cechami typowymi dla klimatu przejściowego strefy szerokości umiarkowanych. Roczna suma opadów kształtuje się na poziomie około 560 mm, a średnia temperatura wynosi 8,5-9°C [BAC, ROJEK 1999]. Elementy meteorologiczne (opady atmosferyczne i temperatury powietrza) scharakteryzowano na podstawie danych uzyskanych ze stacji meteorologicznej Wrocław-Swojec. Roczne sumy opadów w omawianym roku hydrologicznym (XI-X) 2006 osiągnęły wysokość 600,2 mm przy średnich wieloletnich 565,7 mm, a w okresie wegetacyjnym (IV-IX) 335,9 mm i były niŜsze od średnich wieloletnich (367,6 mm). Analizując prawdopodobieństwo występowania opadów atmosferycznych metodą Dębskiego [MARCILONEK i in. 1980] stwierdzono, Ŝe analizowany rok hydrologiczny 2006 moŜna zaliczyć do lat normalnych (prawdopodobieństwo wystąpienia opadu wraz z wyŜszymi wynosi 40-59%). Średnia roczna temperatura w okresie obserwacji wynosiła 8,7°C i była zbliŜona do średniej wieloletniej (8,5°C). Charakterystyka wierzchniej warstwy gleby

W celu scharakteryzowania wierzchniej, wegetacyjnej warstwy gleby wykonano odkrywki glebowe w 3 punktach. Analiza granulometryczna wykazała, Ŝe po-wierzchniowa warstwa obiektu doświadczalnego usypana jest z gliny lekkiej pylastej. Gęstość właściwa kształtuje się w granicach 2,57-2,59 g⋅cm-3, gęstość objętościowa od 1,51 do 1,57 g⋅cm-3, a porowatość zawiera się w przedziale 39,3-41,2%.

Dla określenia zdolności retencyjnych gleby oraz ustalenia uŜytecznych zapasów wilgoci glebowej wykonano badania siły ssącej i sporządzono krzywe retencyjności (desorpcji) wody dla trzech analizowanych punktów na „zielonym dachu”. Pomiary siły ssącej gleby w zakresie pF od 0 do 2 wykonano przy pomocy bloku piaskowego, dla pF od 2 do 3,0 kaolinitowo-piaskowego firmy Eijelkamp [DROZD i in. 1998]. Maksymalną higroskopijną pojemność wodną określono metodą Mikołajewa, na jej podstawie wyznaczono uwilgotnienie odpowiadające pF = 4,2.

Przy pomocy ustalonych krzywych desorpcji wody określono charakterystyczne stany uwilgotnienia gleby oraz ilość i stopień dostępności wody wypełniającej pory glebowe o określonej średnicy. Wilgotność przy sile ssącej pF = 0,0 odpowiada wartości pełnej pojemności wodnej, pF = 2,0 jest najbliŜsza polowej pojemności wodnej (PPW), wartość pF = 2,9 przyjęto jako dopuszczalną dolną granicę uwilgotnienia gleby i odpowiada ona zapasom wody przy pojemności okresu suszy (POS), a wilgotność przy pF = 4,2 punktowi trwałego więdnięcia.

E. Szajda i inni

316

Charakteryzując zdolności retencyjne gleby przyjęto, Ŝe efektywna retencja uŜyteczna gleby (ERU) to wilgotność w przedziale od pF = 2,0 do pF = 2,9, natomiast potencjalna retencja uŜyteczna (PRU) znajduje się w przedziale od pF = 2,0 do pF = 4,2. Wykonane w trzech punktach badania właściwości powietrzno-wodnych i ustalone z krzywych desorpcji charakterystyczne stany uwilgotnienia gleby pozwalają na stwierdzenie, Ŝe 15 cm warstwa gleby na analizowanym obiekcie ma podobne właściwości wodne, dlatego teŜ ustalono jedną średnią krzywą desorpcji dla całego profilu „zielonego dachu”. Tabela 1; Table 1 Zdolności retencyjne badanego profilu glebowego o miąŜszości 15 cm Retention capability of rainwater retention in 15 thick top layer of the soil profile

pF


Nr próbki; (zawartość wody w mm) No. of sample (water content in mm)

I

II

III

średnio mean

0

Pełna pojemność wodna; Total water capacity

60,3

59,4

53,7

57,8

2,0

Polowa pojemność wodna - PPW Field water capacity - FWC

50,3

47,7

44,6

47,5

2,9

Pojemność okresu suszy - POS Drought water capacity - DWC

39,8

37,5

33

36,8

4,2

Punkt trwałego więdnięcia roślin - PTWR* Permanent wilting point - WP

16,5

15,6

16,4

16,2

Odciekalność wody z profilu glebowego (mm) Gravitational water run-off from the soil (mm)

10

11,7

9,1

10,3

Współczynnik odciekalności wody z profilu glebowego (% obj.); Gravitational water run-off from the soil coefficient (%)

6,7

7,8

6,1

6,9

Przewiewność profilu glebowego (% porowatości) Air permeability of a profil in % of porosity

16.6

19,7

16,9

17,7

* obliczone ze wzoru Trzeckiego [TRZECKI 1976]; calculated on TRZECKI [1976]

Wartość efektywnej retencji uŜytecznej (ERU = pF 2,0 - 2,9) w profilu 15 cm wynosi średnio 10,8 mm (w punkcie I = 10,5 mm, w punkcie II = 10,2 mm, w punkcie III = 11,6 mm), a potencjalnej retencji uŜytecznej (PRU = pF 2,0 - pF 4,2) średnio 31,4 mm (w punkcie I = 33,8 mm, w punkcie II = 32,1 mm, w punkcie III = 28,2 mm).


317

Zapasy wody w 15 cm warstwie gleby dla pełnej pojemności wodnej przy sile ssącej pF = 0,0 wynoszą od 53,7 do 60,3 mm, średnio 57,8 mm, przy pF = 2,0 dla polowej pojemności wodnej osiągają średnio 47,5 mm (od 44,6 do 50,3 mm), a zapasy

E. Szajda i inni

318

wody przy pojemności okresu suszy przy pF 2,9 plasują się w przedziale od 33 mm do 39,8 (średnio 36,8 mm). Zapasy wody odpowiadające punktowi trwałego więdnięcia przy pF 4,2 kształtują się w granicach od 15,6 do 16,5 mm, średnio 16,2 mm. Odciekalność z 15 cm warstwy gleby (róŜnica między pełną a polową pojem-nością wodną) znajduje się w przedziale od 9,1 do 11,7 mm, średnio 10,3 mm.

Przewiewność profilu glebowego (stosunek odciekalności do porowatości) plasuje się w granicach od 16,6 do 19,7, średnio 17,7% porowatości (tab. 1).

Ogólnie moŜna stwierdzić, Ŝe powierzchniowa 15 cm warstwa gleby charakte-ryzuje się wysokim zagęszczeniem oraz małą przewiewnością i odciekalnością.

Badania wilgotności w 15 cm warstwie gleby (rys. 1) wykonano przenośnym urządzeniem pomiarowym firmy Easy Test na licencji Instytutu Agrofizyki w Lublinie metodą TDR w dwóch miejscach stałych na stanowiskach pomiarowych I i II, w których zainstalowano po 3 sondy umieszczone na róŜnych głębokościach oraz w 5 miejscach losowych (rys. 1), róŜniących się nasłonecznieniem (stanowiska I, III - ocienione, stanowiska II, IV-VI - słoneczne). Pomiary wykonano w okresie od marca do października 2006 roku co 1-2 tygodnie oraz w okresach charakterystycznych (po nawalnych opadach i podczas dłuŜszej posuchy). Stwierdzono, Ŝe największa wilgotność gleby występowała w marcu i kwietniu oraz we wrześniu i październiku, natomiast w okresie letnim (lipiec - sierpień) była ona najniŜsza. Zapasy wody (rys. 2) analizowano na tle charakterystycznych stanów retencji, tj. polowej pojemności wodnej, pojemności okresu suszy oraz punktu trwałego więdnięcia roślin.

W normalnym roku hydrologicznym 2006 w sztucznym profilu glebowym „zielonego dachu” zapasy wilgoci dla stanowisk ocienionych i nasłonecznionych w marcu i październiku były zbliŜone i znajdowały się w granicach PPW (ok. 50 mm), natomiast od kwietnia do września zapas wody zaczął się obniŜać. W maju wynosił poniŜej POS (39,8-33,0 mm), a w przypadku stanowisk słonecznych od czerwca do września był zbliŜony do PTWR (min. 15,5 mm). Pod koniec sierpnia wartości zapasów wody zaczęły gwałtownie wzrastać, przekraczając po miesiącu próg PPW, zachowując, ze względu na zmniejszenie zuŜycia wody przez roślinność oraz zwiększone zasilanie opadami, tendencję wzrostu. W okresie letnim po intensywnych i długotrwałych opadach woda okresowo stagnowała na powierzchni terenu. Wskazuje to na konieczność przebudowy wierzchniej, trudno przepuszczalnej warstwy gleby w celu ułatwienia odprowadzenia nadmiaru wody do warstwy drenującej i rurociągów drenarskich.

Badania i obserwacje prowadzone w okresie wegetacji w roku 2006 pozwoliły na ocenę stosunków wodnych w profilu glebowym „zielonego dachu”. Stwierdzono, Ŝe w miesiącach letnich konieczne byłoby uzupełnianie deficytów wilgoci w okresach dłuŜszej posuchy, w szczególności w nasłonecznionych partiach obiektu, gdyŜ występująca tam roślinność wysychała w dłuŜszych okresach bezopadowych.

Analizując funkcjonowanie badanego obiektu naleŜy stwierdzić, iŜ w przypadku zieleni intensywnej, do jakiej naleŜą równieŜ mieszanki trawiaste, korzystne jest wprowadzanie do profilu glebowego warstwy akumulacyjnej, przechwytującej nadmiar wody opadowej, która w okresach bezopadowych moŜe być wykorzystywana przez rośliny. NaleŜy takŜe wprowadzić systemy nawadniające, które umoŜliwiałyby utrzymywanie na „zielonym dachu” odpowiedniej wilgotności gleby. Wnioski 1. W okresie badań i obserwacji przeprowadzanych na „zielonym dachu” przy ul.

Czerniawskiej we Wrocławiu panowały normalne, zbliŜone do średnich wieloletnich warunki klimatyczne, co umoŜliwia ocenę jego funkcjonowania na


319

tle przeciętnych warunków meteorologicznych oraz podczas normalnej eksploatacji.

2. Powierzchniowa warstwa gleby miąŜszości 15 centymetrów usypana z gliny

lekkiej pylastej, ze względu na wysokie jej zagęszczenie, małą przewiewność i odciekalność, nie zapewniała roślinom optymalnych warunków rozwoju. Wys-tępująca tam roślinność wysychała w dłuŜszych okresach bezopadowych, nato-miast w cyklach intensywnych i długotrwałych opadów woda zbyt wolno wsią-kała, a nawet stagnowała na powierzchni terenu, co wskazuje na konieczność przebudowy profilu w celu poprawy jego właściwości fizycznych i wodnych.

3. Występująca na „zielonym dachu” wegetacyjna powierzchniowa warstwa nie-

dostatecznie przepuszczalnej gleby utrudniała sprawne funkcjonowanie sieci drenarskiej.

4. Analiza zapasów wody w sztucznym profilu glebowym „zielonego dachu”

wykazuje, iŜ od lipca do sierpnia były one niŜsze od POS (36,8 mm), a na stanowiskach słonecznych były zbliŜone do PTWR (16,2 mm).

5. W celu polepszenia funkcjonowania sztucznego profilu glebowego pokrywa-

jącego badany obiekt, proponuje się wzbogacenie jego budowy o warstwę akumulującą nadmiar wody opadowej oraz wprowadzenie systemów nawad-niających, zapewniających utrzymanie optymalnej wilgotności gleby.

Literatura BAC S., ROJEK M. 1999. Meteorologia i klimatologia w inŜynierii środowiska. Wyd. AR we Wrocławiu.

DROZD J., L ICZNAR M., L ICZNAR S.E., WEBER J. 1998. Gleboznawstwo z elementami mine-ralogii i petrografii. Wyd. AR we Wrocławiu: 124-126.

DROśDśAL E. 2004. Wykorzystanie „Dachu zielonego” do retencjonowania wód desz-czowych na terenach zurbanizowanych. Politechnika Krakowska: 2, 16-20.

M ARCILONEK S., KOSTRZEWA S., PŁYWACZYK A. 1980. Oddziaływanie drenowania na sto-sunki wodne gleb ornych średnio zwięzłych w latach 1970-1978. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Melioracje XXII(128): 81-84.

ROTH-KLEYER 2005. Wasserhaushalt und Abflussverhalten von Dachbegruenungen. Welt Gruendach-Kongress, Basel: 214-226.

TRZECKI S. 1976. MoŜliwości wyznaczania wilgotności trwałego więdnięcia roślin na podstawie maksymalnej higroskopijności i zawartości części spławialnych w glebach mineralnych. Roczn. Glebozn. 27: 4 i 11-18.

Słowa kluczowe: zielony dach, retencja, woda deszczowa Streszczenie

W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań opisujące stosunki wodne w sztucznym profilu glebowym „zielonego dachu” w okresie wegetacji roku hydrolo-gicznego 2006. Dzięki moŜliwości systematycznego monitoringu wilgotności w 15 cm warstwie powierzchniowej profilu oraz jego weryfikacji na tle danych meteoro-logicznych stworzono podstawy do oszacowania zdolności badanego obiektu do

E. Szajda i inni

320

retencjonowania wód opadowych. Wyniki badań dowodzą, iŜ od lipca do sierpnia zapasy wody w badanym profilu były niŜsze od pojemności okresu suszy - POS (36,8 mm), a na stanowiskach słonecznych zbliŜone do punktu trwałego więdnięcia roślin - PTWR (min. 15,5 mm).

INITIAL RESULTS OF RAINFALL WATER MANAGEMENT IN AN ARTIFICAL SOIL PROFILE OF A GREEN ROOF IN WROCŁAW

Ewelina Szajda 1, Anna Pływaczyk 1, Tomasz Kowalczyk 1, Michał Licznar 2 1 Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Institute of Soil Science and Environment Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: green roof, runoff retention, rainfall water Summary

The paper presents the initial results of the study of water conditions in an artificial soil profile of a green roof during the growing season in the hydrological year 2006. Through systematic monitoring of humidity in 15 cm thick top layer of the profile and results verification with meteorological data, a model was built for estimating the retention capability of rainwater. The results of research show that water reserves (Z) in the artifitical soil profile from July to September were lower than drought water capacity - DWC (36.8 mm) and on sunny measurement points were close to permanent wilting point - WP (min. 15.5 mm). Mgr inŜ. Ewelina Szajda Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

-10

0

10

20

30

t ('C

)

-10

0

10

20

30

40

50

60

P (m

m)

0

20

40

60

80

Z (

mm

)

STANOWISKA OCIENIONE STANOWISKA SŁONECZNE PPW POS PTWR

II, IV-VI

I, III

stanowiska ocienione shaded s ite

stanowiska słoneczne site exposed to sun rays

PPW; FWC - polowa pojemność wodna; field water capacity, POS; DWC - pojemność okresu suszy; drought water capacity, PTWR; WP - punkt trwałego więdnięcia roślin; permanent wilting point Rys. 2. Zapasy wilgoci Z (mm) w 15 cm profilu glebowym „zielonego dachu” na podstawie opadów atmosferycznych P (mm) i

temperatur powietrza t (°C) w sezonie wegetacyjnym 2006 Fig. 2. Water reserves Z (mm) in 15-centimeter soil profil as against precipitation P (mm) and temperature t (°C) in vegetative season

2006

temperature; temperature

opad; precipitation

III IV V VI VII VIII IX X

PPW

POS

PTWR

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 321-327 ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH W MODELOWANIU I PROGNOZOWANIU ZANIECZYSZCZENIA ŚRODOWISKA 1 Agata Szymańska-Pulikowska Katedra Rolniczych Podstaw Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Badania stanu środowiska naturalnego pokazują źródła zanieczyszczeń, wys-tępujące zarówno w krajach bogatszych, o rozwiniętej produkcji przemysłowej i wysokim poziomie Ŝycia ludności, jak i w krajach ubogich, o prymitywnej gospodarce i braku środków na ochronę środowiska. Monitoring wód, gleb i powietrza, prowadzony w pobliŜu źródeł emisji, pozwala na określenie skali i zasięgu zanieczyszczeń. Jednak często badania obejmują tylko niektóre parametry istotne dla zobrazowania pełnej skali zjawiska lub są prowadzone zbyt krótko, by prawidłowo zdiagnozować problem, wykazać istniejące zaleŜności oraz przewidzieć kierunek zmian zanieczyszczenia środowiska.

Jedną z metod pozwalających na modelowanie i prognozowanie złoŜonych zjawisk są, cieszące się coraz większą popularnością, sztuczne sieci neuronowe. MoŜliwości sieci neuronowych

Sieci neuronowe są techniką modelowania nawet bardzo złoŜonych funkcji. Oparte są na prostym modelu, przedstawiającym najbardziej podstawową istotę działania biologicznego systemu nerwowego. Ich niewątpliwą zaletą jest moŜliwość swobodnego tworzenia modeli nieliniowych, uwzględniających wielowymiarowość badanego zagadnienia, co bywa trudne do opisania przy pomocy funkcji nieliniowych z duŜą liczbą zmiennych nieliniowych.

Za stosowaniem sieci neuronowych przemawia takŜe łatwość ich uŜycia. Na podstawie danych zgromadzonych przez uŜytkownika sieci odbywa się jej uczenie, a po utworzeniu w pamięci sieci struktury danych moŜna eksploatować utworzony model. Dzięki temu metoda sieci neuronowych moŜe być stosowana wszędzie tam, gdzie występują problemy w tworzeniu modeli matematycznych odwzorowujących złoŜone zaleŜności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi [TADEUSIEWICZ 1993].

1 Prezentowane w pracy badania własne w latach 2006-2009 są finansowane ze środków na naukę jako projekt badawczy nr N305 008 31/0360.

W literaturze obszernie opisano strukturę, zachowanie oraz sposób uczenia pojedynczego sztucznego neuronu, wzorowanego na ludzkich komórkach nerwowych.

A. Szymańska-Pulikowska

322

Kolejnym waŜnym zagadnieniem jest sposób łączenia ich ze sobą. Aby sieć mogła być uŜytkowana, powinna posiadać warstwę neuronów wejściowych (dostarczającą informacji – np. wartości zmiennych) oraz warstwę neuronów wyjściowych (podającą wynik obliczeń). Pomiędzy nimi mogą występować warstwy neuronów biorących udział w przetwarzaniu informacji. PoniewaŜ warstwy te nie są widoczne ani od strony wejścia, ani od strony wyjścia, zostały nazwane „warstwami ukrytymi” (rys. 1) [TADEUSIEWICZ 2000].

Rys. 1. Schemat typowej sieci neuronowej [TADEUSIEWICZ 2000] Fig. 1. Scheme of a typical neural network [TADEUSIEWICZ 2000]

N N N

N N N N

N N NN

Rys. 2. Schemat sieci rekurencyjnej: linie przerywane – sprzęŜenia zwrotne Fig. 2. Scheme of a recurrent network: the interrupted line – feed-back

Podstawowe rodzaje sieci neuronowych:

neuron neuron neuron

neuron neuron neuron neuron

neuron neuron neuron

neuron neuron

dane wejściowe; input data

-

warstwa wejściowainput layer

pierwsza warstwa ukryta first hidden layer

n-ta warstwa ukrytan-hidden layer

warstwa wyjściowaoutput layer

dane wyjściowe - wyniki; output data - results

ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH W MODELOWANIU ...

323

- liniowe – zbudowane z neuronów liniowych, elementy sieci składają się z wielu wejść i jednego wyjścia [TADEUSIEWICZ 1993],

- nieliniowe (zbudowane z neuronów nieliniowych, o strukturze warstwowej), wśród których najczęściej wyróŜniamy: - jednokierunkowe (feedforward): sygnał przepływa od warstwy wejściowej

poprzez kolejne ukryte do wyjściowej, - rekurencyjne: z wbudowanymi sprzęŜeniami zwrotnymi (połączenia powrot-

ne od późniejszych do wcześniejszych neuronów – rys. 2); ich przykładem są sieci Hopfielda, w których wszystkie połączenia mają charakter sprzęŜeń zwrotnych [KOSIŃSKI 2002; TADEUSIEWICZ 2000].

Zastosowanie sieci neuronowych w badaniach i modelowaniu stanu środowiska

Sieci neuronowe stosowane są w informatyce, robotyce, ekonomii, naukach biologicznych, medycznych i wielu innych. Mogą odegrać waŜną rolę w realizacji następujących zadań: - predykcja: przewidywanie danych wyjściowych na podstawie pewnych danych

wejściowych bez konieczności stawiania hipotez o związku pomiędzy danymi; - klasyfikacja: identyfikacja danych wejściowych dzięki znajdowaniu ich istotnych

cech; - kojarzenie danych: wnioskowanie na podstawie zgromadzonych danych dzięki

moŜliwości uczenia i uogólniania doświadczeń; - analiza danych: znajdowanie związków w zbiorze danych wejściowych; - filtracja sygnałów: obróbka danych z eliminacją zakłóceń losowych i błędów

systemowych; - optymalizacja zagadnień, często trudnych obliczeniowo [TADEUSIEWICZ 2000;

TADEUSIEWICZ, LULA 2000].

Właściwości i moŜliwości sieci neuronowych mogą takŜe być wykorzystywane w badaniach stanu środowiska, prognozowaniu zmian jego jakości oraz rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń spowodowanych działalnością człowieka.

Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń, ich przemiany fizyczne, chemiczne i biologiczne, jednoczesne oddziaływanie wielu róŜnych czynników szkodliwych oraz złoŜoność organizmu, jakim jest środowisko przyrodnicze, powodują problemy w określeniu związku pomiędzy poszczególnymi składowymi objętymi badaniami [ŁOZOWICKA-STUPNICKA, TALARCZYK 2005].

Badania prowadzone w ramach monitoringu środowiska pozwalają na ocenę jego stanu, rodzaju oraz poziomu zanieczyszczeń. Jednak juŜ określenie związków pomiędzy poszczególnymi elementami środowiska, źródłami zanieczyszczeń i ewentualnymi zmianami w środowisku, bywa trudne do zrealizowania przy pomocy tradycyjnych metod statystycznych i matematycznych, wymagających określenia rodzaju zaleŜności oraz czynników wpływających na przebieg danego procesu.

Przykładem zastosowania sieci neuronowych w badaniach środowiska moŜe być ocena i prognozowanie jakości powietrza [ŁOZOWICKA-STUPNICKA, TALARCZYK 2005]. Wykorzystanie tej metody pozwoliło na uwzględnienie złoŜonego charakteru


324

wzajemnych oddziaływań. Sporządzone oceny oraz prognozy jakości powietrza wykazywały dobrą zgodność z rzeczywistymi obserwacjami. Dzięki elastyczności struktury sieci neuronowej moŜna było włączyć do modelu dodatkowe parametry. Uzyskane w ten sposób wyniki mogą być wykorzystane w codziennych informacjach o stanie powietrza, wczesnym ostrzeganiu i alarmowaniu, o sytuacjach mogących stanowić zagroŜenie dla ludności i środowiska.

Innym przykładem zjawiska o charakterze nieliniowym, trudnym do wyraŜenia tradycyjnymi metodami analitycznymi, jest rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń (np. metalami cięŜkimi) w glebie. Modelowanie rozkładu koncentracji chromu w otoczeniu zakładów chemicznych w Alwerni [GRUSZCZYŃSKI, URBAŃSKI 2005], do którego uŜyto m.in. metody sztucznych sieci neuronowych, pozwoliło na wykazanie duŜej zmienności przestrzennej w rejonie badań, zaleŜnej nie tylko od połoŜenia punktu w stosunku do źródła emisji, ale takŜe od warunków lokalnych, trudnych do określenia na podstawie ograniczonej ilości punktów badawczych.

W ramach badań stanu wód podziemnych wokół nieczynnego składowiska odpadów komunalnych Maślice we Wrocławiu metodę sieci neuronowych wykorzystano do prognozowania szeregów czasowych, przedstawiających średnią zawartość chlorków w wodach wypływających za składowiskiem. Najlepsze okazały się sieci S1 i S2 w postaci perceptronów trójwarstwowych o jednej zmiennej wejściowej i jednej wyjściowej. Sieć S1 w pierwszej warstwie posiadała 6 neuronów wejściowych, w drugiej – 7 neuronów ukrytych oraz w trzeciej warstwie 1 neuron wyjściowy (1:6-7-1:1). Sieć S2: pierwsza warstwa – 6 neuronów wejściowych, druga – 6 neuronów ukrytych oraz 1 neuron wyjściowy w trzeciej warstwie (1:6-6-1:1). Obydwie sieci do uczenia wykorzystywały metodę wstecznej propagacji błędów (BP) oraz gradientów sprzęŜonych (CG). Współczynnik korelacji pomiędzy danymi rzeczywistymi prognozowanymi dla sieci S1 wyniósł 0,736, a dla sieci S2: 0,767.

S1, S2 szeregi czasowe; time series Rys. 3. Rzeczywiste i prognozowane stęŜenia chlorków w badanych wodach podziemnych Fig. 3. Effective and predicted concentrations of chlorides in the investigated underground

waters Na rysunku 3 przedstawiono rzeczywiste stęŜenia chlorków w wodach pod-

ziemnych odpływających spod składowiska (ODPŁYW) oraz prognozowane dla szeregów czasowych S1 i S2.

Na przedstawionym przykładzie widać, Ŝe nawet złoŜone modele nie są w stanie w pełni odwzorować złoŜone zjawiska zachodzące w podłoŜu składowiska, mogą być

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

III 2002 VII 2002 XI 2002 III 2003 VII 2003 XI 2003 III 2004 VII 2004 XI 2004 IV 2005 VII 2005 III 2006 IX 2006 XI 2006

odpływ; outflow

S1 S2

mg Cl·dm-3


325

jednak stosowane do ich przybliŜania i prognozowania. Podsumowanie

Przytoczone wyniki badań, będące tylko wybranymi przykładami, pozwalają przypuszczać, Ŝe sztuczne sieci neuronowe mogą być metodą przydatną takŜe do interpretacji wyników badań monitoringu innych elementów środowiska pozostających pod wpływem róŜnego rodzaju zanieczyszczeń, dzięki czemu moŜna będzie dokonać pełniejszej oceny stanu istniejącego oraz określić przewidywane kierunki jego zmian, nawet w przypadku złoŜonych zjawisk, w których trudno jest jednoznacznie określić czynniki wywierające wpływ na ich przebieg zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. Literatura

GRUSZCZYŃSKI S., URBAŃSKI K. 2005. Zastosowanie algorytmów interpolacji i sztucznych sieci neuronowych do wyznaczania charakterystyki zawartości chromu w glebach. Zesz. Nauk. AGH 10(1), Kraków: 15-44.

KOSIŃSKI R.A. 2002. Sztuczne sieci neuronowe. Dynamika nieliniowa i chaos. Wy-dawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa: 195 ss.

ŁOZOWICKA -STUPNICKA T., TALARCZYK M. 2005. Zastosowanie modeli sieci neuronowych w ocenie i prognozowaniu jakości powietrza. Zesz. Nauk. AGH 10(1), Kraków: 121-134.

TADEUSIEWICZ R. 1993. Sieci neuronowe. Akademicka Oficyna Wydawnicza RM. Warszawa: 195 ss.

TADEUSIEWICZ R. 2000. Wstęp do sieci neuronowych, w: Biocybernetyka i inŜynieria biomedyczna 2000. Tom 6: Sieci neuronowe. Red. - Duch W., Korbicz J., Rutkowski L., Tadeusiewicz R. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa: 3-28.

TADEUSIEWICZ R., LULA P. 2000. Neuronowe metody analizy szeregów czasowych i moŜliwości ich zastosowania w zagadnieniach biomedycznych, w: Biocybernetyka i inŜynieria biomedyczna 2000. Tom 6: Sieci neuronowe. Red. - Duch W., Korbicz J., Rutkowski L., Tadeusiewicz R. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa: 521-568.

Słowa kluczowe: środowisko, sieci neuronowe Streszczenie

Prowadzenie badań monitoringowych środowiska pozwala najczęściej na określenie źródła, skali i zasięgu oddziaływania zanieczyszczeń. Jednak przedstawienie pełnej skali zjawiska, istniejących zaleŜności lub przewidzenie kierunku zmian w środowisku wymaga stosowania skomplikowanych modeli matematycznych. Coraz większą popularnością cieszą się metody pozwalające na względnie proste


326

modelowanie złoŜonych zjawisk, np. sztuczne sieci neuronowe. Ich moŜliwość uczenia i określania związków bezpośrednio na podstawie dostarczonych danych pozwala na tworzenie modeli, uwzględniających wielowymiarowość zagadnienia, trudnego do opisania przy pomocy funkcji nieliniowych z duŜą liczbą zmiennych. Dzięki swoim właściwościom sieci neuronowe mogą być stosowane do: predykcji, klasyfikacji, kojarzenia, analizy i filtracji danych.

Wykorzystanie sieci neuronowych w badaniach środowiska moŜe pomóc w przewidzeniu zmian jego stanu oraz rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń spowodowanych działalnością człowieka. W pracy przedstawiono moŜliwości zas-tosowania sieci neuronowych do modelowania i/lub prognozowania jakości powietrza, gleb oraz wód podziemnych. Przedstawione przykłady pozwalają przypuszczać, Ŝe sztuczne sieci neuronowe mogą być wykorzystywane takŜe do interpretacji badań monitoringowych innych elementów środowiska, dzięki czemu moŜna będzie dokonać pełniejszej oceny stanu istniejącego oraz określić przewidywane kierunki jego zmian. APPLICATION OF NEURAL NETWORKS IN MODELING AND PREDICTION OF ENVIRONMENTAL POLLUTION Agata Szymańska-Pulikowska Department of Agricultural Bases for Environmental Development, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: environment, neural networks Summary

The conduction of monitoring studies of the environment allows, most often, to determine the source, scale and range of pollution. However, for presenting the full scale of the phenomenon, the relationships existing and foreseeing the direction of environmental changes, complicated mathematical models must be applied. Methods that enable relatively simple modeling of complicated phenomena, e.g. artifical neural networks, are gaining in popularity. They offer the possibility to learn and determine relations directly on the basis of the collected data and formulate models that allow treatment of complicated problems, which are difficult to deal with using nonlinear functions with large number of variables. Owing to their properties the neural networks can be used for prediction, classification, relating, analyzing and data filtration.

The use of neural networks in the studies of the environment may held us pre-dicting its changes and spreading of pollution caused by human activity. The paper presents possibilities of the application of artifical neural networks in modeling and/or prediction of air, soil and underground water quality. The examples presented indicate that artificial neural networks can also be used for the interpretation of monitoring studies of other elements of the environment, which would allow a fuller assessment of the current situation and prediction of its changes. Dr inŜ. Agata Szymańska-Pulikowska Katedra Rolniczych Podstaw Kształtowania Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24


327

50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 329-334 HYDROMORFOLOGICZNA WALORYZACJA RZEKI SMORTAWY NA ODCINKU OD KM 9+676 DO KM 14+9251 Krzysztof Tarnawski 1, Alicja Krzemińska 2 1 Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wstęp

W myśl obowiązującej w krajach Unii Europejskiej dyrektywy 2000/60/EC [DYREKTYWA 2000], waloryzacja hydromorfologiczna, wspomagana przez ocenę parametrów biologicznych i fizykochemicznych, jest niezbędnym wyznacznikiem jakości wód. Zgodnie z treścią wyŜej wspomnianego dokumentu, do końca 2015 r. wody powierzchniowe we wszystkich krajach unijnych powinny osiągnąć tzw. dobry stan ekologiczny. Rutynowa ocena i klasyfikacja rzek w Polsce nie uwzględnia w chwili obecnej elementów hydromorfologicznych przy ocenie stanu ekologicznego wód powierzchniowych. W Polsce od wielu lat trwają prace nad utworzeniem wspólnej, jednolitej i zalecanej metodyki, słuŜącej ocenie stopnia naturalności cieków ze względu na aspekt hydromorfologiczny [ILNICKI , LEWANDOWSKI 1997; OGLĘCKI, PAWŁAT 2000; ADYNKIEWICZ-PIRAGAS 2001; ADYNKIEWICZ-PIRAGAS i in. 2006; KRZEMIŃSKA i in. 2006].

Celem niniejszego artykułu jest prezentacja wyników hydromorfologicznej waloryzacji rzeki nizinnej na wybranym odcinku wraz z określeniem jej stopnia naturalności. Materiał i metody badań

Smortawa jest rzeką nizinną o długości 39 km (powierzchnia zlewni A = 445 km2), będąca prawobrzeŜnym dopływem Odry uchodzącym w 223 km jej biegu, powyŜej Jelcza-Laskowic. Średni spadek zlewni wynosi 1,31‰. Największe dopływy to Łoza, Pijawka i Śmieszka. Średni opad w zlewni wynosi 577 mm [ADYNKIEWICZ-PIRAGAS 2001]. Obszar zlewni połoŜony jest w dwóch województwach: dolnośląskim i opolskim.


Badany odcinek rzeki (km 9+676 do km 14+925) jest zróŜnicowany hydro-morfologicznie i częściowo uregulowany, dlatego w pracy podzielono go na dwie części: nieuregulowaną (km od 9+676 do km 12+426) oraz uregulowaną (km od 12+426 do km 14+925). Do opracowania tematu wykorzystano metodykę eko-morlofogicznej waloryzacji dolin rzecznych Ilnickiego i Lewandowskiego [I LNICKI ,

K. Tarnawski, A. Krzemińska

330

LEWANDOWSKI 1997], koncentrując się na części hydromorfologicznej. Wyniki i dyskusja

Dla zrealizowania tematu w okresie od IV do X 2003 r. przeprowadzono badania na wybranym odcinku rzeki Smortawy w km od 9+676 do 14+925 (rys. 1). Badany fragment rzeki podzielono na 21 odcinków dwustupięćdzięsięciometrowych , na któ-rych dokonano inwentaryzacji bazując na wizjach lokalnych i mapach topograficznych w skali 1 : 25 000. Ocenie poddano: morfologię koryta, hydrologię, jakość wody, zadrzewienie, roślinność wodną i skarp, strefę przybrzeŜną oraz uŜytkowanie doliny (tab. 1). Jak wynika z przeprowadzonych analiz, w sumie 5 odcinków zaliczono do najwyŜszej kategorii naturalności (od km 10+176 do 11+426), co stanowiło łącznie 24% badanego fragmentu rzeki. Taka ocenę oparto przede wszystkim na morfologii koryta, reŜimie hydrologicznym, jakości wody rzecznej, roślinności wodnej i skarp oraz uŜytkowaniu doliny. Na odcinku tym utworzony jest zalew Leśna Woda na wysokości wsi Bystrzyca Oławska, o szerokości 60-90 m i średniej głębokości 3 m. Akwen ten cechuje bujne Ŝycie biologiczne, występowanie szeregu gatunków ryb, raków, gąbek słodkowodnych, brak śladów nadmiernej eutrofizacji, jak równieŜ duŜe zdolności sa-mooczyszczania zbiornika ze względu na jego znaczną wielkość, powolny przepływ wody, rozbudowaną linię brzegową i roślinność wodną. W składzie gatunkowym roślinności

Rys. 1. Mapa poglądowa terenu badań Fig. 1. Situation map of the case study

HYDROMORFOLOGICZNA WALORYZACJA RZEKI SMORTAWY ...

331


332

tej części obiektu badawczego widoczny jest znaczny udział gatunków wodnych i szuwarowych, co jest charakterystyczne dla akwenów o znacznym stopniu naturalności, z nieprzekształconą antropogenicznie linią brzegową. Zadrzewienia brzegów rzeki są tu typowe dla siedliska łęgu wierzbowo-topolowego, które pełnią funkcje ochronne przed erozją, jak równieŜ stanowią strefę buforową wpływając na polepszenie wartości ekologiczno-krajobrazowej w ocenie kategorii naturalności. Wśród wyróŜnionych grup odcinków na uwagę zasługują równieŜ 4 odcinki (druga kategoria naturalności), zajmujące 19% badanego fragmentu rzeki. Na taką ocenę odcinka w km 9+926 do 10+176 wpłynęła nieco niŜsza średnia arytmetyczna z punktacji szczegółowej. Szczególnie dotyczy to ocen za strefę przybrzeŜną oraz uŜytkowanie doliny ze względu na występowanie tam pól uprawnych oraz zwartej zabudowy wiejskiej. Z kolei trzecią grupę tworzą trzy kolejne odcinki naleŜące równieŜ do drugiej kategorii naturalności (km 11+426 do 12+176), ocenione niŜej ze względu na pogorszenie się jakości wody. Na fragmencie tym widoczne jest spienienie wody, zmiana zapachu, jak równieŜ rury odprowadzające ścieki z miejscowości Leśna Woda.

Największy, bo 48%, udział stanowi dziesięć odcinków zaliczonych do trzeciej kategorii naturalności. Na taką ocenę w przypadku pierwszego odcinka (km 9+676 do 9+926) wpłynęła między innymi obecność betonowego jazu w Bystrzycy Oławskiej w km 9+676, a w 9 odcinkach części górnej (km 12+176 do 14+676), znaczenie miały równieŜ morfologia koryta, roślinność wodna i skarp oraz strefa przybrzeŜna. Pomimo wysokiej punktacji za zadrzewienie i uŜytkowanie doliny, odcinki te uzyskały niskie oceny za morfologię koryta, roślinność wodną i skarp oraz strefę przybrzeŜną. W dolinie rzeki, na brzegu prawym występuje tutaj wiekowy grąd naprzemiennie z kilkunastoletnimi drągowinami olszy czarnej. Smortawa jest w tej części uregulowana, płynie w dominującym jednorodnym nachyleniu skarp na krótkich odcinkach umocnionych tłuczniem kamiennym, a na całej długości faszyną, cechuje się mało zróŜnicowaną głębokością wody, brakiem przegłębień, jednolitym substratem dna. Odcinki od km 12+676 do 14+176 na Ŝadnym z brzegów nie posiadają więcej niŜ 5% strefy przybrzeŜnej, jako Ŝe lewy brzeg sąsiaduje z nieuŜytkiem, a bezpośrednio przy prawym biegnie szosa lub droga gruntowa. Wnioski

Opisywany odcinek Smortawy charakteryzował się znacznym zróŜnicowaniem pod względem morfologicznym. W oparciu o przeprowadzone badania moŜna wysnuć następujące wnioski: 1. Większości odcinków części nieuregulowanej, meandrującej i tworzącej roz-

lewisko, przyznano najwyŜszą I klasę naturalności, natomiast odcinki części uregulowanej otrzymały III i IV klasę.

2. śaden odcinek nie został zaklasyfikowany do najniŜszej piątej kategorii

naturalności, natomiast dwa stanowiące 10% całości, uzyskały niską czwartą kategorię. Odcinkiem o najniŜszej kategorii naturalności okazał się być odcinek końcowy w km 12+176 do 14+925, ze względu na największy stopień uregulo-wania koryta cieku, istnienie budowli hydrotechnicznej - mostu drogowego z jazem betonowym oraz bliskość zabudowań.

3. Fakt znacznego uregulowania 10 z 21 odcinków wpłynął na niŜszą kategorię naturalności części uregulowanej.

4. Badany odcinek rzeki zaliczono po uwzględnieniu wartości średnich do II

kategorii naturalności.

HYDROMORFOLOGICZNA WALORYZACJA RZEKI SMORTAWY ...

333

5. Podpiętrzenie wód za pomocą jazu na początku obiektu badawczego w km 9+676

i utworzenie rozlewiska wpłynęło na podwyŜszenie kategorii naturalności badanego odcinka Smortawy.

6. Nieuregulowany odcinek Smortawy od km 9+926 do km 12+176 przedstawia

bardzo duŜą wartość ekologiczną, jest w niewielkim stopniu przekształcony antropogenicznie i cechuje się duŜą naturalnością, co stanowić moŜe przykład odcinka wzorcowego dla tej rzeki w przypadku przekształceń hy-dromorfologicznych tego cieku w przyszłości.

7. Wykonane badania uwidoczniły róŜnice pomiędzy częściami rzeki: przyrodniczo

cenniejszą, nie poddawaną od dawna działalności antropogenicznej (km od 9+676 do 12+426) oraz drugą, o zdegradowanej wartości na skutek przeprowadzonej tam regulacji (km od 12+426 do 14+925).

Literatura ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M. 2001. Ekomorfologiczna waloryzacja rzeki Smortawy na odcinku od km 5+000 do 9+700. Maszynopis pracy doktorskiej. AR we Wrocławiu.

ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., KRZEMI ŃSKA A., TARNAWSKI K., WRÓBLEWSKI T. 2006. Cha-rakterystyka i zróŜnicowanie parametrów hydromorfologicznych w rzece nizinnej na przykładzie Smortawy. Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi PAN, Kraków. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich 4(3): 17-24.

DYREKTYWA 2000. The European Parliament and the Council of 23 Oct. 2000. Directive 2000/60/EC.

ILNICKI P., LEWANDOWSKI P. 1997. Ekomorfologiczna waloryzacja dróg wodnych Wiel-kopolski. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań: 19-30.

KRZEMI ŃSKA A., ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., KAZIMIERSKA R. 2006. Ocena warunków tlenowych dolnego odcinka rzeki Smortawy jako podstawa oceny samooczyszczania się wód w świetle wymogów Ramowej Dyrektywy Wodnej. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Nr 4/3/2006, PAN Kraków, Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi: 67-76.

OGLĘCKI P., PAWŁAT H. 2000. The index method of small lowland river environmental evolution. Annals of SGGW, Land Reclamation No. 30: 37-43.

Słowa kluczowe: waloryzacja hydromorfologiczna, ekomorfologia, klasa natu-

ralności Streszczenie

Smortawa to 40-kilometrowa rzeka nizinna, będąca prawobrzeŜnym dopływem Odry, ze zlewnią o powierzchni 450 km2, leŜącą pomiędzy Oławą a Namysłowem. Artykuł przedstawia wyniki waloryzacji hydromorfologicznej opartej na ocenie stopnia naturalności. Obiekt badawczy o długości 5249 m został podzielony na 21 dwustupięćdzięsięciometrowych odcinków i na kaŜdym z nich oceniono: morfologię koryta, hydrologię, jakość wody rzecznej, zadrzewienie, roślinność wodną i skarp, strefę przybrzeŜną oraz uŜytkowanie doliny. Badania dały podstawę do uwidocznienia róŜnic między częściami obiektu - nieuregulowaną a uregulowaną. Smortawa jest seminaturalnym ciekiem o znacznej wartości ekologicznej i krajobrazowej. Po


334

uśrednieniu wyników zaklasyfikowano cały odcinek rzeki do wysokiej, drugiej kategorii naturalności, przy czym nieuregulowana część badanego odcinka posiada kategorię pierwszą.

HYDROMORPHOLOGICAL VALORIZATION OF THE SMORTAWA RIVER FROM KM 9+676 TO KM 14+925

Krzysztof Tarnawski 1, Alicja Krzemińska 2 1 Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Institute of Landscape Architecture, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: hydromorphological valorization, ecomorphology, naturalness category Summary

The Smortawa River is a 40 km long lowland right-side tributary of the Odra River, with its 450 km2 catchment situated south-east from Wrocław between Oława and Namysłów. This paper presents the river hydromorphological evaluation based on degree assessment of naturalness. The 5 km long studied segment was divided into 21 parts of 250 m each, and the following parameters were of considered: river bed morphology, hydrology, water quality, tree cover, bed and bank plants, riverside and valley management. The outcome was used to compare natural and regulated parts of the river, to set up a category of naturalness and propose forms of nature conservation for this area. The Smortawa turned out to be a seminatural river of high ecological and landscape value, as the overall classification places it in the second class of naturalness. Most of the unregulated parts have the first category of naturalness. Mgr inŜ. Krzysztof Tarnawski Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 335-340 WPŁYW ODWODNIENIA NA PRZYROST DRZEW NA TORFOWISKU WILCZE BAGNO W PUSZCZY AUGUSTOWSKIEJ Michał Wróbel Pracownia Gospodarki Wodnej, Zakład Siedliskoznawstwa, Instytut Badawczy Leśnictwa w Sękocinie Starym Wstęp

Gospodarka leśna w czasach powojennych wymagała maksymalnego upro-dukcyjnienia siedlisk leśnych i zagospodarowania śródleśnych mokradeł i terenów bagiennych. W ustawie z dnia 20 grudnia 1949 r. o państwowym gospodarstwie leśnym zapisano, Ŝe podstawową funkcją lasu jest zaspokojenie potrzeb gospodarki narodowej w zakresie produkcji drzewnej i niedrzewnej oraz wzmoŜenie naturalnej produktywności lasu. W tym celu projektowano i budowano w lasach urządzenia melioracyjne, które uznano za istotny element polityki leśnej. Ocenia się, Ŝe na lata 1951–1975 przypadało największe nasilenie prac. Wybudowano wówczas łącznie urządzenia melioracyjne na powierzchni 424478 ha [WIŚNIEWSKI 1996], z czego znaczna część stanowiła odbudowa i renowacja urządzeń wcześniej istniejących. Regulacje stosunków wodnych terenów leśnych miały na celu poprawę warunków siedliskowych, zapobieganie wpływom skrajnych warunków klimatycznych, zwiększenie przyrostu i zasobności drzewostanów oraz zapewnienie moŜliwości wykonywania prac hodowlanych w celu pozyskiwania drewna [KRAJEWSKI 1984].

Obszar Puszczy Augustowskiej był najintensywniej meliorowany w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia. Według zachowanych ekspertyz przedmelio-racyjnych i projektów technicznych największy zakres prac melioracyjnych zreali-zowano w zlewni rzeki Lebiedzianki (1317 ha) oraz w zlewni rzeki Jastrzębianki (2388 ha).

Celem badań było określenie wpływu obniŜenia zwierciadła wody gruntowej spowodowanej działaniem sieci melioracyjnej na roczne przyrosty sosny zwyczajnej i świerka pospolitego występujących na torfowisku Wilcze Bagno.

Określając roślinność na terenie badań moŜna stwierdzić, Ŝe środek torfowiska zajmuje bór sosnowy mechowiskowy z soczewką boru bagiennego, na jego obrzeŜach rozpościerają się szeroko lasy bagienne sosnowo-brzozowe przechodzące w świerczyny bagienne, bądź w zarośla wierzbowo-brzozowe [CHOJNACKI 2003]. W pobliŜu wsi Hruskie i Jastrzębna występują tereny łąk uprawnych.

Materiały i metody badań

M. Wróbel

336

Z rozpoznania terenowego wykonanego na obiekcie Wilcze Bagno w 1972 r. przed melioracją wynikało, iŜ cały teren był silnie podtopiony, a przez większą część roku na powierzchni stagnowała woda. W 1972 roku obiekt Wilcze Bagno zmeliorowano, wykonując systematyczną sieć rowów odwadniających oraz dwa przepusty z zastawkami na rowie głównym. Projektem melioracji objęto powierzchnię 270 ha uŜytków leśnych. Na obszarze tym wykonano systematyczną sieć rowów o rozstawie około 280 m i łącznej długości 14,5 km.

Na obiekcie po wybudowaniu systemu melioracyjnego wyznaczono dziewięć obiektów badawczych (rys. 1) o łącznej powierzchni 6,7 ha [KRAJEWSKI 1985]. KaŜdy obiekt obejmował trzy powierzchnie doświadczalne oddalone od rowu melioracyjnego o 20 m, 50 m, 80-90 m lub 130-150 m. Powierzchnie te mają kształt prostokąta 100-25 m.

numer pola badawczego; the number of study area Rys. 1. Rozmieszczenie powierzchni badawczych na torfowisku Wilcze Bagno Fig. 1. Localization of research areas on object Wilcze Bagno

Badania przyrostowe na obiekcie przeprowadzono w roku 2001. Wyniki badań mimo, iŜ otrzymane kilka lat temu, pozwalają na ocenę wpływu sieci melioracyjnej powstałej prawie 30 lat od momentu badań przyrostowych. Do pomiarów przyrostowych wybrano drzewa znajdujące się na polach badawczych (2, 4, 8, 9) i pobrano z nich za pomocą świdra Preslera 57 wywiertek: 29 świerka i 28 sosny. Szerokość słojów określono z dokładnością 0,01 mm dla kaŜdego roku za pomocą programu komputerowego „Przyrostomierz SGM”. Program ten słuŜy do zbierania materiału badawczego w postaci pomiarów przyrostów rocznych drzew, dokonywanych na wywiertkach. Próbka pomiarowa w tym programie zastąpiona jest jej wiernym cyfrowym obrazem, tzw. „bitmapą”, którą przygotowuje się wcześniej, przed przystąpieniem do właściwego procesu pomiarowego. Średnie przyrosty drzew przed odwodnieniem obliczono jako średnią z przyrostów od początku cyklu rozwoju drzewa

1

WPŁYW ODWODNIENIA NA PRZYROST DRZEW NA TORFOWISKU ...

337

do przyrostu jakie drzewo uzyskało w roku 1972, kiedy wybudowano system odwadniający. Średnie przyrosty po odwodnieniu obliczono jako średnią z przyrostów, jakie drzewo uzyskało po 1972 roku. Głównym kryterium wyboru pól badawczych był rodzaj siedliska. Wybrane drzewa znajdowały się na dwóch siedliskach: lasu mieszanego bagiennego i olsu, które są dominującymi typami siedlisk na obszarze torfowiska. Wyniki i dyskusja

Uzyskane wyniki rocznych przyrostów z całego okresu rozwojowego drzew przedstawiono w tabeli 1, jako średnie wartości przyrostów wszystkich drzew po-mierzonych na danym obiekcie, w danej odległości od rowu. W celu porównania średnich przyrostów z wielolecia, wyniki badań podzielono na dwa okresy: przed i po melioracji oraz dokonano podziału według gatunku drzew. Tabela 1; Table 1 Średnie z wielolecia przyrosty drzew na torfowisku Wilcze Bagno Annual increments of trees from the research object

Numer po-wierzchni badawczej Number

of research object

Odległość od

rowu (m) Distance from the ditch (m)

Typ siedlis-

ka; Type of forest site

Śr. przyrost sosny; Annual

increment of Scots pine

Śr. przyrost świerka

Annual increment of spruce

przed odwod-

nieniem; before drainage

po odwod-nieniu; after

drainage

przed odwod-

nieniem; before drainage

po odwod-nieniu; after

drainage

(mm)

2

20

Ol

-

-

2,23

2,5

50

-

-

2,12

3,1

130

-

-

1,94

2,87

4

20

LMb

3,97

1,81

2,79

4,86

50

3,22

1,65

-

-

130

3

1,92

-

-

8

1-2

LMb

2,37

1,76

-

-

50

2,84

3,27

-

-

80

3,03

2,88

2,76

2,78

9

20

LMb

2,9

2,07

-

-

50

3,1

2,89

3,76

2,23

130

3,45

2,31

3,9

4,41

Analizując uzyskane wyniki widać, Ŝe przyrost sosny po odwodnieniu zmalał w

stosunku do przyrostu uzyskanego przed wykonaniem tego zabiegu. Tylko na jednej powierzchni doświadczalnej (numer 8) w odległości 50 m od rowu nastąpił wzrost przyrostu po wykonaniu urządzeń melioracyjnych. Na większości powierzchni zanotowano jednak spadek przyrostu. Największe spadki zanotowano na powierzchni 4. Wahają się one od 2,16 mm (spadek ponad 50%) w odległości 20 metrów od rowu do

M. Wróbel

338

1,08 mm (spadek ponad 30%) w odległości 130 metrów od rowu. Generalnie większe spadki notowano na drzewach rosnących blisko przy rowie lub w odległości 20 metrów od rowu. Drzewa połoŜone w odległości powyŜej 50 metrów od rowu nie reagowały tak duŜym spadkiem przyrostu. Wynika z tego, Ŝe odwodnienie tego terenu pogorszyło warunki wzrostowe sosny. Z analizy danych dotyczących świerka widać, Ŝe zareagował on inaczej niŜ sosna, bowiem odwodnienie wpłynęło korzystnie na rozwój i przyrost tego gatunku niezaleŜnie od charakteru siedliska. Zarówno w siedlisku lasu mieszanego bagiennego, jak i olsu zauwaŜono wzrost rocznych przyrostów. Tylko na jednej powierzchni doświadczalnej (numer 9 połoŜonej 50 m od rowu) stwierdzono spadek przyrostu, jednak mogło to być spowodowane lokalnymi zmianami siedliskowymi. Generalnie największe przyrosty zauwaŜono na drzewach połoŜonych w odległości do 50 metrów od rowu, zaś najmniejsze na drzewach rosnących w duŜej odległości od rowu (80–130 m). Tabela 2; Table 2 Średnie przyrosty drzew na torfowisku Wilcze Bagno 5 lat przed i po wybudowaniu odwodnienia Annual increments of trees from the research object 5 years before and after drainage

Numer po-wierzchni badawczej Number of research object

Odległość od

rowu (m) Distance from the ditch (m)

Typ

siedliska Type

of forest site

Śr. przyrost sosny; Annual

increment of Scots pine

Śr. przyrost świerka

Annual increment of spruce

5 lat przed

odwodnieniem 5 years before

drainage

5 lat po od-wodnieniu

5 years after drainage

5 lat przed

odwodnieniem 5 years before

drainage

5 lat po od-wodnieniu

5 years after drainage

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

2

20

Ol

-

-

1,51

1,47

50

-

-

2,51

2,43

130

-

-

1,91

2,43

4

20

LMb

3,73

2,29

3,49

3,73

50

2,6

1,81

-

-

130

3,38

2,72

-

-

8

1-2

LMb

2,66

2,43

-

-

50

3,6

3,39

-

-

80

4,37

2,96

2,54

2,82

9

20

LMb

3,09

2,29

-

-

50

2,95

2,31

4,88

3,71

130

3,33

2,03

4,21

3,14

Aby zminimalizować wpływ naturalnego przebiegu wzrostu drzew porównano równieŜ średnie przyrosty w okresie 5 lat przed i po wybudowaniu odwodnienia (tab. 2). Średni przyrost sosny w 5 lat po odwodnieniu zmalał w stosunku do wartości przyrostów sprzed wybudowania odwodnienia. W analizowanych okresach pięcioletnich wartości przyrostów świerka dla poszczególnych powierzchni badawczych nie wykazały wspólnego kierunku zmian.

WPŁYW ODWODNIENIA NA PRZYROST DRZEW NA TORFOWISKU ...

339

Podsumowanie

System odwadniający wybudowany na torfowisku Wilcze Bagno przyczynił się do istotnych zmian przyrostowych w drzewostanie występującym na obiekcie. Po 30 latach jego funkcjonowania moŜna stwierdzić, iŜ zmiany połoŜenia zwierciadła wody gruntowej niekorzystnie wpłynęło na dalszy rozwój sosny zwyczajnej, co potwierdzają otrzymane wyniki rocznych przyrostów drzew zarówno dla wartości wieloletnich, jak i dla wartości otrzymanych w okresie 5 lat przed i po wybudowaniu odwodnienia. Odnotowano znaczne spadki przyrostów, a największe z wielolecia odnotowano w od-ległości około 20 m od rowów. Świerk zachowywał się odmiennie od sosny, gdyŜ po odwodnieniu jego średnie przyrosty z wielolecia zwiększyły się, a ich dynamika była największa w odległości do 50 m od rowów w siedlisku LMb. W analizowanych okre-sach pięcioletnich średnie przyrosty świerka nie wykazały jednakowego kierunku zmian.

Literatura CHOJNACKI T. 2003. Zmiany roślinności na zmeliorowanym torfowisku leśnym Wilcze Bagno w Puszczy Augustowskiej w latach 1972-1999. Prace Inst. Bad. Leśn., A, 4(962): 31-54.

KRAJEWSKI T. 1984. Wpływ regulacji stosunków wodnych na obiekcie Wilcze Bagno na warunki siedliskowe i wzrost drzewostanów. Inst. Bad. Leśn., Warszawa, Maszynopis.

KRAJEWSKI T. 1985. Wpływ melioracji wodnych na uproduktywnienie torfowisk niskich. Sylwan 5: 1-9.

WIŚNIEWSKI S. 1996. Dotychczasowe metody regulacji stosunków wodnych w lasach i ich efekty. Sylwan 11: 75-83.

Słowa kluczowe: torfowisko, odwodnienie, przyrost drzew Streszczenie

W latach powojennych, aby zwiększyć produkcyjność siedlisk leśnych i za-gospodarować mokradła i bagna, budowano leśne systemy melioracyjne. W 1972 roku torfowisko Wilcze Bagno zostało zmeliorowane i zbudowano tam systematyczną sieć rowów odwadniających. Odwodnienie róŜnie wpłynęło na rosnące tam gatunki drzew (sosnę i świerka). Po 30 latach funkcjonowania systemu stwierdzono, Ŝe zabieg odwodnienia spowodował zmniejszenie średniego przyrostu sosny, w niektórych przypadkach nawet o 50%. Odwrotnie zachowywał się świerk. Tutaj wpływ odwodnienia zaowocował zwiększeniem przyrostów tego gatunku na obu badanych siedliskach (dla wartości wieloletnich), a ich dynamika była największa w odległości do 50 m od rowów w siedlisku LMb. W analizowanych okresach pięcioletnich średnie przyrosty świerka nie wykazały jednakowego kierunku zmian. INFLUENCE OF DRAINAGE ON THE GROWTH OF TREES ON WILCZE BAGNO PEATLAND IN PUSZCZA AUGUSTOWSKA

M. Wróbel

340

Michał Wróbel Section of Water Management, Department of Forest Site Science, Forest Research Institute, Sękocin Stary Key words: peatland, drainage, increment of trees Summary

The drainage systems of wetlands for increase of forest productivity was especially developed after the second war. The Wilcze Bagno peatland was meliorated there was build a systematic net of drainage trenches. The influence of drainage trenches varied and it depended on tree species composition. After 30 years of drainage systems activity the decreasing of annual tree increments of Scots pine was noticed, sometimes more than 50%. Opposite reaction was observed in spruce trees, where the influence of drainage system made the increase of tree rings on both study sites. In 5-year periods increments of spruce trees did not show the same direction of changes. Mgr inŜ. Michał Wróbel Pracownia Gospodarki Wodnej Zakład Siedliskoznawstwa Instytut Badawczy Leśnictwa ul. Braci Leśnej 3 Sękocin Stary 05-090 RASZYN e-mail: [email protected]


PRZYRODNICZO-GOSPODARCZE WARUNKI KSZTAŁTOWANIA RETENCJI WODNEJ

SUCHEJ DOLINY LESSOWEJ Tomasz Zubala, Stanisław Pałys Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Wstęp

Wadliwy system zarządzania i eksploatacji zasobów wodnych w obrębie małych zlewni rolniczych skutkuje odwodnieniem znacznych obszarów i wystąpieniem niekorzystnych zmian środowiska przyrodniczego. Objawia się to m.in. zmniejszeniem przepływów w ciekach, obniŜeniem poziomu wód gruntowych, nasileniem procesów erozyjnych, zuboŜeniem krajobrazu [M IODUSZEWSKI 1996: MIKULSKI 1998].

Aktualne działania, mające na celu ochronę zasobów wodnych, sprowadzają się przede wszystkim do zabiegów technicznych w obrębie duŜych zlewni rzecznych (np. tworzenie zbiorników zaporowych na ciekach podstawowych dorzecza). Niestety, często pomijane są kwestie związane z moŜliwością poprawy stosunków wodnych na poziomie zlewni cząstkowych metodami „nieinwestycyjnymi”, na przykład poprzez przekształcenia krajobrazu lub poprawę eksploatacji systemów melioracyjnych. W przypadku zlewni o powierzchni kilkadziesiąt-kilkaset hektarów monitoring zwykle nie jest prowadzony, stąd teŜ ich zdolności retencyjne nie w pełni są jeszcze poznane. Poza nielicznymi wyjątkami niewiele jest opracowań dotyczących procesów hydrologicznych oraz warunków poprawy stosunków wodnych w małych zlewniach rolniczych.

Badania przeprowadzone w latach hydrologicznych 2001/02-2002/03 miały na celu rewaloryzację agrosystemu mikrozlewni lessowej w kierunku poprawy ilościowej zasobów wodnych – z wykorzystaniem rozwiązań z zakresu małej retencji [M IODUSZEWSKI 1996; RADCZUK i in. 1997]. Materiał i metody badań

Badany obiekt znajduje się w zlewni rzeki Ciemięgi w płn.-wsch. części PłaskowyŜu Nałęczowskiego (10 km od granic Lublina). Rejon ten jest wyjątkowo ubogi w wody powierzchniowe, charakteryzuje się rosnącym deficytem wodnym. W niektórych fragmentach doliny Ciemięgi moŜna zauwaŜyć oddziaływanie leja depresyjnego, powstałego w wyniku eksploatacji studni wierconych w aglomeracji lubelskiej [M ICHALCZYK 1995].

Realizacja celu badawczego polegała m.in. na wyznaczeniu parametrów

T. Zubala, S. Pałys

342

fizycznych wybranej mikrozlewni (geometria, pokrywa glebowa, zagospodarowanie itp.) oraz rozpoznaniu podstawowych charakterystyk hydrologicznych. W okresie badań prowadzono pomiary natęŜenia przepływu w pobliŜu ujścia (ocena wielkości odpływu jałowego), jak równieŜ określano objętość wody retencjonowanej w małym zbiorniku okresowo napełnianym, zlokalizowanym w górnej partii zlewni. Przepływy ustalano metodą wolumetryczną lub z uŜyciem młynka hydrometrycznego, natomiast wielkość retencji zbiornikowej wyznaczano poprzez całkowanie rachunkowe, w oparciu o wcześniejsze pomiary geodezyjne. W trakcie badań mierzono równieŜ wysokości opadów atmosferycznych. Wykorzystując wyniki kartowania terenowego, podkłady mapowe oraz dane z zestawień ewidencyjnych określono waŜniejsze czynniki, decydujące o charakterze zasobów wodnych w obrębie badanej mikrozlewni. Przedstawiono główne źródła zagroŜeń tych zasobów, wynikające m.in. z warunków urządzeniowo-rolnych i geomorfologicznych. Jednocześnie zasugerowano rozwiązania, które mogłyby przyczynić się do poprawy stosunków wodnych (np. poprzez ograniczenie odpływu powierzchniowego). W analizie zdolności retencyjnych omawianej zlewni wykorzystano wyniki niektórych pomiarów z rejonu zbiornika wodnego prezentowane przez ZUBALĘ [2005] we wcześniejszej publikacji.

Wyniki i dyskusja

Badana zlewnia posiada powierzchnię 450 ha i jest połoŜona między rzędnymi 195 a 234 m n.p.m. Charakteryzuje się silnie urozmaiconą, erozyjną rzeźbą – typową dla terenów lessowych [MAZUR i in. 1972; ORLIK, WĘGOREK 1995]. Przeciętne nachylenie zlewni wynosi 1,84%, maksymalne spadki przekraczają 15% i dotyczą zboczy schodzących w kierunku cieku (rys. 1). Deniwelacje terenu dochodzą do 20 m. Szerokość dna doliny głównej waha się w granicach 20-120 m. Wskaźnik zwartości zlewni wynosi 1,37, a wydłuŜenia 0,74. Z uwagi na korzystne warunki glebowe (przewaga gleb kl. II i IIIa), obszar badań niemal w całości zagospodarowany jest rolniczo (rys. 1). Na grunty orne przypada 83% areału. Uprawą płuŜną objęte są zbocza o znacznych nachyleniach, co w połączeniu z niekorzystnym układem pól oraz występowaniem gleb lessowych stanowi o powaŜnym zagroŜeniu erozyjnym. Transport duŜych ilości rumowiska w kierunku dna doliny moŜe wpłynąć na pogorszenie warunków eksploatacji obiektów retencji powierzchniowej (ograniczenie pojemności uŜytkowej zbiorników) [SZEWRAŃSKI i in. 2002]. Sady stanowią 5%, a trwałe uŜytki zielone 6% powierzchni zlewni. Łąki i pastwiska dominują w dnie doliny. W ujściowym odcinku są silnie uwilgotnione przez większą część roku, co w znacznym stopniu utrudnia ich rolnicze uŜytkowanie. Aktualny udział zadrzewień w obrębie omawianej zlewni wynosi zaledwie 0,2%. W celu efektywnego zwiększenia retencji krajobrazowej (szorstkości hydraulicznej zlewni) naleŜałoby zadrzewić/zalesić jak największe powierzchnie – w pierwszej kolejności o spadkach powyŜej 15%. Jednak ze względu na rolniczy charakter omawianego terenu oraz obecność bardzo dobrych gleb, wprowadzenie tego typu zabiegów nie moŜe drastycznie ograniczyć przestrzeni produkcyjnej rolnictwa. Stąd teŜ zaproponowano koncepcję „rozwiązań konserwatorskich” (rys. 1) [ORLIK, WĘGOREK 1995].

PRZYRODNICZO-GOSPODARCZE WARUNKI KSZTAŁTOWANIA RETENCJI ...

343

Rys. 1. Koncepcja ochronnego zagospodarowania badanego obszaru Fig. 1. Conception of protective management of the study area

NaleŜy m.in. objąć ochroną cenne przyrodniczo elementy wnętrz krajobra-zowych, np. enklawy zadarnień, zakrzaczeń w dolinkach bocznych i na skarpach śródpolnych. Jako podstawowe elementy obudowy biologicznej zaleca się stosować zadarnienia dna doliny głównej i linii okresowego spływu (13 ha) oraz wprowadzać zadrzewienia przydroŜne i w obrębie stromych zboczy (pasowe, rzędowe – 14 km, powierzchniowe – 3 ha), (rys. 1). Bardzo waŜny jest tutaj zarówno odpowiedni dobór gatunków drzew, jak i organizacja samego zadrzewienia (uwzględnienie warunków


344

30,5

58,2

37,5

95,2

47,7

36,6

48,6

15,9 18,4

25,8

97,1

67,1

20,6

88,8

20,624,629,8

23,5

15,1

34,3

20,2

34,5

42,5

30,7

18196

1719

42941

52488

33290

17988

1477

5581

2212

28996

32296

12416

43762

35165

7785

3923

10869

8901642004

44582030

4060

20

40

60

80

100

120

XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X0

10000

20000

30000

40000

50000

60000opad atmosferyczny; precipitation (mm)

odpływ; runoff (m3)

2001/02 2002/03

mm m3

(m3)

siedliskowych, ustalenie lokalizacji, budowy) [WĘGOREK 1985; ORLIK i in. 2001]. Planując rozmieszczenie tego typu uŜytków naleŜy równieŜ pamiętać o potrzebie stworzenia systemu barier biogeochemicznych, ograniczających migrację zanieczyszczeń (głównie produktów erozji wodnej) w kierunku cieku [SZYMAŃSKA 1992; RYSZKOWSKI i in. 2003].

Rys. 2. Miesięczne odpływy powierzchniowe (m3) i sumy opadów atmosferycznych (mm) w

badanej zlewni Fig. 2. Monthly surface runoff (m3) and sums of precipitation (mm) in the experimental

catchment

Poprawę retencji powierzchniowej moŜna uzyskać poprzez tworzenie okresowo zalewanych zbiorników wodnych (rozlewisk) wzdłuŜ trasy cieku. Przykładowy zbiornik funkcjonuje od wielu lat w górnej partii zlewni (rys. 1). Powstał on w dnie suchej doliny przegrodzonej nasypem drogowym z przepustem. W latach 2001/02-2002/03 objętość retencjonowanej wody wynosiła średnio 2 300 m3 (maksymalnie 3 800 m3). W trakcie badań zasilanie powierzchniowe zbiornika występowało jedynie podczas roztopów i intensywnych opadów deszczu. RównieŜ tylko w tych okresach obserwowano sporadyczne odpływy z akwenu (łączność z ciekiem znajdującym się poniŜej). Stany wody w zbiorniku charakteryzowała wyraźna fluktuacja roczna i sezonowa, co było podyktowane zmiennym zasilaniem opadowym. W pierwszym roku badań suma opadów atmosferycznych zbliŜyła się do średniej wieloletniej – wyniosła 542 mm (przeciętna retencja zbiornikowa 2 550 m3). W drugim roku wystąpiło zjawisko suszy atmosferycznej, w trakcie której zbiornik całkowicie wysechł (opad osiągnął wartość 422 mm, a przeciętna retencja 1 870 m3). Korzystne warunki do stworzenia małego zbiornika zaporowego występują w ujściowym odcinku zlewni (rys. 1). Wykonanie piętrzenia np. 1 m dałoby moŜliwość retencjonowania dodatkowo 6 000 m3 wody (powierzchnia rozlewiska około 1 ha). W okresie badań natęŜenie przepływu, mierzone w przekroju zamykającym, wahało się w granicach 0-158 dm3⋅s-1 (średnio 6 dm3⋅s-1). Największy odpływ dobowy wyniósł 13 700 m3 (roztopy w 2003 r.). Zdecydowanie


345

większe ilości wody były odprowadzane ciekiem w półroczu zimowym (80% rocznego odpływu), (rys. 2). Średnie natęŜenie przepływu (10 dm3⋅s-1) było wówczas pięciokrotnie większe niŜ w półroczu letnim. Przepływ wody w cieku występował w sumie przez około dziewięć miesięcy w roku. Całkowite odpływy powierzchniowe ze zlewni wyniosły w latach 2001/02 i 2002/03 kolejno: 207 000 oraz 154 000 m3.

Utworzenie zbiornika przy ujściu mikrozlewni do doliny głównej przyczyniłoby się zarówno do zwiększenia retencji, jak i wzbogacenia krajobrazu. Akwen spełniałby takŜe funkcję doczyszczania wody przed dopływem do rzeki Ciemięgi. Rolnicze zagospodarowanie terenu przewidzianego pod lokalizację zbiornika jest obecnie niemoŜliwe ze względu na zbyt silne uwilgotnienie podłoŜa (częste podtopienia). Niezadowalające efekty odwodnień w środkowym i dolnym odcinku dolinki są skutkiem zaniechania konserwacji urządzeń melioracyjnych oraz braku wnikliwej ekspertyzy przedmelioracyjnej. Wnioski 1. Aktualny stan zagospodarowania badanej mikrozlewni (teren bezleśny, częsta

uprawa podłuŜnostokowa, przebieg dróg zgodny ze spadkiem, itp.) nie sprzyja retencji wodnej. Szczególnie w okresie roztopów oraz opadów burzowych stwierdza się szybkie, bezproduktywne odpływy powierzchniowe w kierunku doliny głównej.

2. W celu poprawy stosunków wodnych w obszarze badań, a w konsekwencji

warunków funkcjonowania agrosystemu, naleŜy ograniczyć wielkość odpływu, m.in. poprzez tworzenie zbiorniczków na podmokłym, nieuŜytkowanym dnie doliny oraz zadarnianie i zadrzewianie linii okresowych spływów wody.

3. Wprowadzenie systemu zadrzewień w obrębie badanej zlewni nie tylko

przyczyniłoby się do zwiększenia retencji krajobrazowej, ale stanowiłoby równieŜ waŜny element zabezpieczeń przeciwerozyjnych (ochrona gleb, ograniczanie migracji zanieczyszczeń i zamulania obiektów retencji po-wierzchniowej).

4. Realizacja koncepcji ochronnego zagospodarowania zlewni łączyłaby się

jednocześnie z poprawą walorów krajobrazowych, a więc tego, co stanowi o niepowtarzalności doliny rzeki Ciemięgi i powinno być na tym terenie objęte szczególną ochroną.

Literatura M AZUR Z., ORLIK T., PAŁYS S. 1972. Procesy erozyjne w zlewni rzeki Ciemięgi. Ann. UMCS, Sec. E, Vol. XVI(9): 147-168.

M ICHALCZYK Z. 1995. Stosunki wodne dorzecza Ciemięgi. Mat. konf. „Proekologiczne zagospodarowanie zlewni rzeki Ciemięgi”. Lublin, 16-17 XI 1995. Wyd. AR w Lublinie: 25-35.

M IKULSKI Z. 1998. Gospodarka wodna. PWN, Warszawa: 204 ss.

M IODUSZEWSKI W. 1996. Kształtowanie retencji wodnej w krajobrazie rolniczym. Mat. Sem. 37, Wyd. IMUZ, Falenty: 7-11.

ORLIK T., WĘGOREK T. 1995. ZagroŜenie erozyjne w zlewni rzeki Ciemięgi i koncepcja


346

przeciwdziałania. Mat. konf. „Proekologiczne zagospodarowanie zlewni rzeki Cie-mięgi”. Lublin, 16-17 XI 1995. Wyd. AR w Lublinie: 51-63.

ORLIK T., WĘGOREK T., ZUBALA T. 2001. Udatność i wzrost brzozy brodawkowatej, modrzewia europejskiego i robinii akacjowej w śródpolnych zadrzewieniach pasowych. Folia Univ. Agric. Stetin. 217, Agricultura 87: 167-170.

RADCZUK L., SZCZEGIELNIAK C., OLEARCZYK D. 1997. Propozycja jednolitego schematu inwentaryzacji małej retencji. Gosp. Wod. 3: 74-77.

RYSZKOWSKI L., BAŁAZY S., KĘDZIORA A. 2003. Kształtowanie i ochrona zasobów wod-nych na obszarach wiejskich. Wyd. Prodruk, Poznań: 70 ss.

SZEWRAŃSKI S., SASIK J., śMUDA R. 2002. Ocena zamulania małych zbiorników wodnych zlokalizowanych w silnie erodowanej zlewni rolniczej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 487: 345-352.

SZYMA ŃSKA H. 1992. Ochrona wód przed rolniczymi zanieczyszczeniami przestrzennymi. Mat. konf. „Problemy zanieczyszczenia i ochrony wód powierzchniowych – dziś i jutro”, Wyd. UAM Poznań, Seria Biol. 49: 317-331.

WĘGOREK T. 1985. Dobór drzew i krzewów do zadrzewień przeciwerozyjnych na wyŜynnych terenach Lubelszczyzny. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 311: 125-152.

ZUBALA T. 2005. MoŜliwość retencjonowania odpływu na przykładzie wybranej mikro-zlewni lessowej. Acta Agrophysica 5(1): 219-228.

Słowa kluczowe: retencja wodna, zlewnia rolnicza, uŜytkowanie gruntów

Streszczenie

W pracy przedstawiono analizę warunków przyrodniczo-gospodarczych oraz ocenę moŜliwości poprawy retencji wodnej w rolniczej mikrozlewni lessowej (450 ha). Badany obszar znajduje się w zlewni rzeki Ciemięgi, w pobliŜu Lublina. Charakteryzuje się rosnącym deficytem wodnym.

W trakcie badań określono parametry fizyczne zlewni, uŜytkowanie gruntów oraz rozpoznano charakterystyki hydrologiczne. Stwierdzono konieczność wprowadzenia zadarnień i zadrzewień ochronnych (zwiększenie szorstkości hydraulicznej, urozmaicenie krajobrazu) oraz budowę małych zbiorników wodnych (zwiększenie retencji powierzchniowej). WaŜnym elementem działań na rzecz ochrony zasobów wodnych powinno być zapobieganie erozji gleb, czy teŜ ograniczanie migracji zanieczyszczeń w kierunku linii ciekowych. NATURAL AND ECONOMIC CONDITIONS OF WATER RETENTION SHAPING

IN DRY LOESS VALLEY Tomasz Zubala, Stanisław Pałys Department for Land Reclamation and Agricultural Structures, University of Life Sciences, Lublin Key words: water retention, agricultural catchment, land use


347

Summary

The paper presents the analysis of natural and economic conditions, as well as opportunities of improvement of water retention in agricultural loess microbasin (450 ha). The studied area is localized in the Ciemięga river catchment, in the vicinity of Lublin. It is characterized by increasing water deficit.

Physical parameters, land management structure and hydrological characteristics of drainage catchment were determined during the study. Necessity of introduction of protective soddings and plantings (enlargement of hydraulic roughness, landscape diversity), as well as building of small water reservoirs (enlargement of surface retention) was affirmed. Soil erosion prevention or reduction of impurity migration into the stream lines should be an important part of water resources protection. Dr inŜ. Tomasz Zubala Katedra Melioracji i Budownictwa Rolniczego Uniwersytet Przyrodniczy ul. Leszczyńskiego 7 20-069 LUBLIN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 349-359 BADANIA MODELOWE WPŁYWU ZBIORNIKA RETENCYJNEGO NA JAKO ŚĆ WODY W UJĘCIU PONIśEJ ZAPORY Mieczysław Chalfen 1, Tadeusz Molski 2 1 Katedra Matematyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu 2 Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Lokalizacje infiltracyjnych ujęć wód podziemnych w dolinach rzecznych często ukierunkowane są na moŜliwość dodatkowego wzbogacania zasobów poprzez sztuczną infiltrację wód powierzchniowych. Taki charakter ma ujęcie wody podziemnej w postaci dwóch studni głębinowych usytuowanych w dolinie rzeki Meresznica, poniŜej zapory ziemnej (ok. 50 m) zbiornika wodnego w Kobylej Górze. Ujmowane wody ze studni są w ścisłym związku hydrogeologicznym z wodami zbiornika. W pracy bada się na modelu matematycznym, jaki jest wpływ stopnia zanieczyszczenia wód w zbiorniku na jakość wód ujmowanych ze studni, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu obserwowanego zakolmatowania dna zbiornika na uzyskiwane wyniki symulacji komputerowych. Rejon badań

Miejscowość Kobyla Góra znajduje się na terenie Wzgórz Ostrzeszowskich w makroregionie Wał Trzebnicki oraz Kotliny Milickiej w makroregionie ObniŜenie Milicko-Głogowskie. Teren badań usytuowany jest w zlewni rzeki Meresznicy połoŜonej w całości na terenie województwa wielkopolskiego i obejmuje wschodnią część obszaru gminy Kobyla Góra. Obszar zlewni – o całkowitej powierzchni 164,6 km2 – stanowią w większości wzgórza moreny czołowej, zbudowane z piasków i Ŝwirów, o średniej wysokości 200-220 m n.p.m. Sieć wodna zlewni jest na ogół słabo rozwinięta. Zbiornik wodny Kobyla Góra jest zasilany przez rzekę Meresznicę. Zlewnia ma charakter typowo rolniczy, przewaŜają łąki i pastwiska, lasy występują większymi płatami najczęściej na zboczach wzgórz morenowych. Na terenie zlewni brakuje naturalnych zbiorników wodnych (jezior), bardzo rzadko pojawiają się małe „oczka”. Warstwę wodonośną stanowią utwory czwartorzędowe w postaci piasków średnich, zalegających do głębokości (w osi doliny) ok. 20 m p.p.t. Pod nimi występują iły pylaste i iły (pliocen).

Zapora ziemna wyposaŜona w urządzenia odwadniające (drenaŜ i rów opas-kowy), wykonana została z miejscowego równoziarnistego piasku średniego z ekranem betonowym na skarpie odwodnej. Dodatkowe uszczelnienie zbiornika o powierzchni ok. 18 ha i średniej głębokości 3,5 m (maks. 7 m) przy normalnym poziome piętrzenia

M. Chalfen, T. Molski

350

(NPP) stanowi 100 m szerokości pas folii ułoŜony wzdłuŜ zapory w dnie czaszy zbiornika. Rzeka Meresznica składa się z dwóch cieków źródłowych (rys. 1). Powierzchnia zlewni rzeki Meresznica w przekroju zapory wynosi = 14,8 km2. Przepływy charakterystyczne odpowiednio:

Q1% = 6,72 m3⋅s-1 Q5% = 10,88 m3⋅s-1 Qbrzeg = 10,90 m3⋅s-1 – woda brzegowa poniŜej zapory Qśr.r. = 0,050⋅31,56 = 1,578 mln m3 – przepływ średnioroczny Qśr.z. = 0,067⋅15,78 = 1,057 mln m3 – przepływ średni zimowy Qśr.l. = 0,034⋅15,78 = 0,537 mln m3 – przepływ średni letni

W półroczu zimowym rzeka jest dwukrotnie zasobniejsza w wodę niŜ w półroczu

letnim i wobec potrzeb rolnictwa, wypoczynku i turystyki występujących w okresie letnim – zbiornik ma charakter akumulacyjny w półroczu zimowym. Pojemność zbiornika przy NPP wynosi 0,612 mln m3. W rzece Meresznica, poniŜej zbiornika, zapewniony jest przepływ biologiczny Qb = 0,007 m3⋅s-1, który częściowo pokrywany jest odpływem z urządzeń odwadniających zapory.

Rys. 1. Mapa sytuacyjna Fig. 1. Situation map

Około 20-letni okres eksploatacji wykazuje postępujący proces samouszczel-niania się zbiornika poprzez kolmatację jego dna. Omawiane ujęcie wód podziemnych, które stanowią dwie studnie S1 i S2, o parametrach hydrogeologicznych i warunkach eksploatacji podanych w tab. 1, jest w kontakcie hydraulicznym ze zbiornikiem o róŜnym stopniu zakolmatowania. Stąd istotna jest analiza zróŜnicowanego wpływu zbiornika na jakość ujmowanej wody. Charakterystyka ujęcia

Ujęcie wody dla wsi Kobyla Góra przylega bezpośrednio do zapory zbiornika

BADANIA MODELOWE WPŁYWU ZBIORNIKA RETENCYJNEGO NA JAKOŚĆ ...

351

retencyjnego i stanowią go dwie studnie zwane S1 i S2, eksploatujące czwartorzędową warstwę wodonośną w dolinie Meresznicy, o następujących parametrach hydrogeologicznych: Tabela 1; Table 1 Parametry hydrogeologiczne i eksploatacyjne studni S1 i S2 Hydro-geological and exploitations parameters of wells S1 i S2 Nr studni; Number of well

S1

S2

Rok wykonania; Year of construction

1994

1996

Głębokość studni (m); Depth of well (m)

23,5

25,0

Głębokość zafiltrowania (m p.p.t.) Depth of filtration (m b.g.)

20,5-9,6

10-15,25/15,75-21

Długość części roboczej (m) Length of working part (m)

10,9

10,5

Wydajność dopuszczalna (m3⋅h-1) Acceptable efficiency (m3⋅h-1)

28,3

18,8

Wydajność eksploatacyjna (m3⋅h-1) Exploitations efficiency (m3⋅h-1)

18,0

14,0

Jakość wody w zbiorniku

Według pomiarów z 2003 r., dla większości wskaźników fizykochemicznych, wody w zbiorniku utrzymują się w I i II klasie czystości [KRZYWIECKI 2004]. Obecnie w gminie Kobyla Góra działa od listopada 1995 r. mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia ścieków, zlokalizowana w mieście Ligota wraz z doprowadzalnikiem (kolektor kryty) i odprowadzalnikiem (rów otwarty do rzeki Meresznica). Maksymalna zdolność oczyszczania tego obiektu to 1100 m3 ścieków na dobę. Dotychczas do oczyszczalni tej skierowane są za pomocą 50,5 km istniejących kolektorów ścieki z miast: Kobyla Góra, Ligota, Mąkoszyce, Rybin, Marcinki i Ignaców. Dzięki temu jakość wody w Meresznicy, głównego cieku zasilającego zbiornik, ulega stałej poprawie. Kolmatacja dna

Wieloletnie obserwacje piezometryczne oraz pomiary odcieków drenarskich pokazują, Ŝe w czasie eksploatacji zbiornika nastąpiła wyraźna zmiana warunków filtracji wody w rejonie ujęcia. Od momentu rozpoczęcia eksploatacji aŜ do lat 1995-1997 następował systematyczny spadek wskazań piezometrów zlokalizowanych na koronie zapory po lewej stronie, a takŜe spadek wypływu z drenaŜu zapory. W późniejszym okresie obserwuje się stabilizację wskazań piezometrów, np. w P19 na rzędnej 187,40–187,50 m n.p.m. Odpływy z drenaŜu zapory stabilizują się w przedziale 3,5–4,0 dm3⋅s-1 (rys. 2).


352

187,00

187,20

187,40

187,60

187,80

188,00

188,20

04.0

4.85

10.0

7.8

6

04.0

8.8

8

02.0

9.91

17.0

4.9

4

12

.09.

97

12.0

6.0

0

29.1

0.0

1

26.0

4.0

4

25.0

4.0

5

26.0

9.05

28.0

8.0

6

data; date

wys

okość

zw

ierc

iad

ła w

od

ygr

unt

owe

j w P

19pi

ezo

met

ric

he

ad

in P

19

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

odpł

yw d

rena

rski

(dm

3.s-1

)

dra

inag

e ou

tflo

w (

dm3.s-1

)

P19odpływ; outflow

Rys. 2. Wskazania piezometru P19 i odpływ z drenaŜu zapory Fig. 2. Piezometric head in P19 and outflow from dam drainage

Główną przyczyną tego zjawiska jest kolmatacja dna zbiornika i gromadzenie się osadów dennych zarówno w części przykrytej nieprzepuszczalną folią, jak i w części pierwotnie nieuszczelnionej [KOWALSKI i in. 2004]. Model matematyczny

Do badania wpływu samouszczelniania się dna zbiornika na jakość wód w strefie pełnego nasycenia zastosowano model matematyczny dla dwuwymiarowego przekroju płaskiego w planie. Podstawą modelu jest równanie Boussinesq’a, pozwalające wyznaczyć układ hydroizohips i określić kierunki przepływu wód gruntowych oraz niestacjonarne równanie dyspersji hydrodynamicznej, opisujące zmiany w czasie i przestrzeni koncentracji zanieczyszczeń [BEAR, VERRUIJT 1990]. Do rozwiązania obu równań zastosowano metodę elementów skończonych [ZIENKIEWICZ i in. 2005], a oblicze-nia zrealizowano z wykorzystaniem autorskiego modelu FIZ [CHALFEN 2003]. ZałoŜenia wstępne do modelu

Obszar badań stanowi powierzchnia zbiornika i najbliŜszy rejon poniŜej zapory ziemnej, obejmując dwie studnie w punkach S1 i S2 (rys. 1.) ZałoŜono, Ŝe wody ze zbiornika infiltrują w głąb warstwy wodonośnej na całej powierzchni zbiornika nieprzykrytej folią nieprzepuszczalną. Zbiornik powyŜej folii nieprzepuszczalnej zamodelowano jako zbiornik niedogłębiony z napełnieniem do rzędnej 193,9 m n.p.m. Na brzegu zachodnim i północnym przyjęto warunek Dirichleta z wysokością piezometryczną według KRZYWIECKIEGO [2004]. Ciek Meresznica zamodelowano jako ciek niedogłębiony z napełnieniem w granicach 0,50-1,00 m. Dwie studnie S1 i S2 jako studnie niedogłębione z poziomem wody na rzędnej 186 m. MiąŜszość warstwy wodonośnej waha się w granicach 23-30 m [KRZYWIECKI 2004]. Współczynnik filtracji


353

określono na k = 13 m⋅d-1. Stałą dyspersji podłuŜnej przyjęto 10 m, dyspersji poprzecznej 1 m.

Obliczenia przepływu wody gruntowej przeprowadzono w dwóch wariantach: - bez uwzględnienia kolmatacji dna zbiornika, - z uwzględnienia kolmatacji dna zbiornika, jaką obserwuje się w trakcie jego

wieloletniej eksploatacji [KOWALSKI i in. 2004]. Tarowanie modelu przed kolmatacją Model tarowano zmniejszając współczynnik filtracji w czaszy zbiornika tak, by uzyskać spadek wysokości piezometrycznych pod folią, odpowiadający rzeczywistym spadkom zwierciadła wody gruntowej (ZWG) [KOWALSKI i in. 2004]. Przy zmniejszeniu współczynnika filtracji do 1,3 m⋅d-1 uzyskano dobrą zgodność obliczonych wysokości piezometrycznych w piezometrach P7, P13 i P19 z wartościami pomierzonymi w początkowym etapie eksploatacji zbiornika, rys. 2 [KOWALSKI i in. 2004]. Uzyskany z obliczeń symulacyjnych rozkład wysokości piezometrycznych po tarowaniu ilustruje rys. 3.

Rys. 3. Siatka hydrodynamiczna przed kolmatacją Fig. 3. Hydrodynamic network before silting-up Tarowanie modelu po kolmatacji

Współczynnik filtracji w czaszy zbiornika dobrano tak, by uzyskać zgodność


354

wartości obliczonych na modelu matematycznym ze wskazaniami piezometrów, zlokalizowanych na koronie zapory, w latach po 1997 r. Współczynnik filtracji po kolmatacji dna zbiornika określono na k = 0,5 m⋅d-1. Rys. 4 ilustruje układ hydroizohips i linii prądu, uzyskany po tarowaniu modelu z uwzględnieniem samouszczelnienia dna zbiornika.

Po uwzględnieniu w obliczeniach komputerowych kolmatacji dna uzyskano spadek poziomu ZWG w piezometrach na koronie zapory o 0,40-0,50 m, co odpowiada wartościom obserwowanym, rys. 2 [KOWALSKI i in. 2004]. Izolinie róŜnic wysokości piezometrycznych przed i po kolmatacji dna ilustruje rys. 5.

Rys. 4. Siatka hydrodynamiczna po kolmatacji Fig. 4. Hydrodynamic network after silting-up


355

Rys. 5. ObniŜenie zwierciadła wód gruntowych po kolmatacji dna Fig. 5. Groundwater level decrease after silting-up of the bottom Przepływ zanieczyszczeń chemicznych przed i po kolmatacji dna

W dalszej części pracy zbadano wpływ ewentualnego zanieczyszczenia wód w zbiorniku na jakość wody ujmowanej w studniach S1 i S2. Obliczenia wykonano dla dwóch wariantów: przed i po kolmatacji dna. ZałoŜono, Ŝe cała aktywna część zbiornika (tzn. niezafoliowane dno) jest potencjalnym źródłem zanieczyszczeń wód gruntowych. Przyjęto hipotetyczne stęŜenie substancji zanieczyszczającej równe 100 mg⋅dm-3. Obliczenia wykonano dla okresu 1 roku przy polu prędkości przepływu wód gruntowych uzyskanym dla niezakolmatowanego, a następnie dla zakolmatowanego dna zbiornika. Przykładowe przestrzenne rozkłady koncentracji zanieczyszczeń po 90 dniach ilustrują rys. 6. i 7.

W wariancie z częściowo zakolmatowanym dnem proces migracji zanieczyszczeń ze zbiornika do wód gruntowych przebiega wolniej, co dobitnie pokazuje wykres zmian koncentracji w punktach lokalizacji studni S1 i S2, rys. 8.


356

Rys. 6. Izolinie koncentracji substancji zanieczyszczającej przed kolmatacją dna po 90 dniach

symulacji Fig. 6. Concentration isolines polluting substances before silting-up after 90-day simulation

Rys. 7. Izolinie koncentracji substancji zanieczyszczającej po kolmatacji dna po 90 dniach

symulacji Fig. 7. Concentration isolines polluting substances after silting-up after 90-day simulation


357

W wariancie obliczeniowym dla studni S1, znacznie wolniejszy, w stosunku do przypadku przed kolmatacją, przyrost stęŜeń w wodach ujmowanych ze studni obserwuje się pomiędzy 30 a 180 dniem od chwili skaŜenia wód w zbiorniku. Dla przykładu po 90 dobach symulacji stęŜenie zanieczyszczeń spada z 70 mg⋅dm-3 przed kolmatacją do 40 mg⋅dm-3 po kolmatacji dna. Natomiast przy długotrwałym (ponad 9 miesięcy) skaŜeniu wód w zbiorniku, stęŜenia zanieczyszczeń wody w studni asymptotycznie wzrastają do tej samej wartości jak koncentracja zanieczyszczeń wód powierzchniowych w zbiorniku.

Rys. 8. Koncentracja zanieczyszczeń w studniach S1 i S2 Fig. 8. Pollutant concentration in wells S1 and S2

Dla studni S2, ze względu na większe oddalenie punku ujmowania wody od zbiornika, pozytywny wpływ kolmatacji jest jeszcze bardziej widoczny. W przedziale 120-150 dni od chwili zanieczyszczenia wód w zbiorniku spadek stęŜeń w punkcie S2 po uwzględnieniu kolmatacji dna moŜe osiągnąć prawie 50%. Nawet po roku symulacji, stęŜenie zanieczyszczeń w rejonie studni S2 przy zakolmatowanym dnie nie osiąga 90 mg⋅dm-3. Wnioski 1. Obserwowane samouszczelnienie zbiornika retencyjnego w Kobylej Górze na

skutek zjawiska kolmatacji jego dna ma pozytywny wpływ na jakość wód ujmowanych w studniach zlokalizowanych poniŜej zapory.

2. Z biegiem lat ryzyko zanieczyszczenia wód ujmowanych w studni wodami ze

zbiornika zmniejsza się. 3. Przy zakolmatowanym dnie wydłuŜa się czas migracji zanieczyszczeń ze

zbiornika do rejonu studni, co zwiększa szanse na ochronę tychŜe wód. 4. Tarowanie modelu z wykorzystaniem wskazań piezometrycznych pozwala

określić stopień zakolmatowania dna zbiornika.


358

Literatura BEAR J., VERRUIJT A. 1990. Modeling groundwater flow and pollution. Reidel Publishing Company: 414 ss.

CHALFEN M. 2003. Opis programu FIZ – Filtracja i Zanieczyszczenia. XXXIII Semi-narium Zastosowań Matematyki, Kobyla Góra: 37-40.

KOWALSKI J., M OLSKI T., SERAFIN S. 2004. Bezpieczeństwo eksploatacji małych zbiorni-ków wodnych na przykładzie zbiornika w Kobylej Górze, w: Monografia pt. Ochrona od powodzi. Cz. II. Współczesne problemy inŜynierii środowiska, Wrocław: 105-114.

KRZYWIECKI K. 2004. Ilość i jakość wód na ujęciu usytuowanym poniŜej zapory ziemnej zbiornika wodnego Kobyla Góra. Praca magisterska, WIKSiG, Wrocław.

ZIENKIEWICZ O.C., TAYLOR R.L., NITHIARASU P. 2005. Finite element method for fluid dynamics. Elsevier: 435 ss.

Słowa kluczowe: jakość wody, kolmatacja dna, model matematyczny Streszczenie

W pracy bada się wpływ wód zbiornika retencyjnego w Kobylej Górze na jakość wód ujmowanych ze studni poniŜej zapory czołowej. Badano wpływ, obserwowanej podczas wielu lat eksploatacji zbiornika, kolmatacji dna na bezpieczeństwo ujęcia. Wykazano, Ŝe postępujące samouszczelnianie się czaszy zbiornika zmniejsza ryzyko skaŜenia wód ujmowanych w studniach ewentualnym zanieczyszczeniem wód w zbiorniku otwartym. W obliczeniach symulacyjnych zastosowano matematyczny model bazujący na równiach Boussinesq’a i dyspersji hydrodynamicznej. MODELING OF INFLUENCE OF RETENTION RESERVOIR ON WATER QUALITY IN WELLS BELOW DAM Mieczysław Chalfen 1, Tadeusz Molski 2

1 Department of Mathematics, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: water quality, silting-up bottom, mathematical model Summary

An influence of reservoir Kobyla Góra on a quality of water pumped from wells situated below the earth dam is analyzed in the paper. A dependence of silting-up of the reservoir bottom and wells safety was researched. A multi variant simulations show, that silting-up of the bottom decreased a risk of contaminating water in the wells. A model based on the Boussinesq and dispersion equations was used to make computations.


359

Dr Mieczysław Chalfen Katedra Matematyki Uniwersytet Przyrodniczy ul. Grunwaldzka 53 50-357 WROCŁAW e-mail: [email protected] Dr inŜ. Tadeusz Molski Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 361-371 OCENA SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA ZBIORNIKA WSTĘPNEGO W MŚCIWOJOWIE Alicja Czamara, Lidia Grześków Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Polska naleŜy do państw o niskich zasobach wodnych (22. miejsce w Europie), ponadto zasoby te charakteryzują się znaczną zmiennością w ciągu roku. W celu ich zwiększenia, jak równieŜ ograniczenia zmienności przepływów wody w ciekach, buduje się zbiorniki retencyjne [M IODUSZEWSKI 1996]. Zbiorniki te oprócz funkcji regulacji zmienności zasobów wodnych, stanowią równieŜ element wzbogacający biologiczną róŜnorodność krajobrazu rolniczego.

Zaporowe zbiorniki retencyjne stanowią obszar akumulacji materii organicznej i mineralnej oraz zanieczyszczeń niesionych przez zasilające je cieki. Podczas ich eksploatacji następuje zamulanie oraz pogorszenie jakości wody w zbiornikach. W wielu przypadkach retencjonowana woda traci walory uŜytkowe.

Podstawową przyczyną złej jakości wód powierzchniowych jest nieuporząd-kowana gospodarka ściekowa oraz działalność rolnicza. Ścieki bytowe, odprowadzane do cieków bez ich uprzedniego oczyszczenia, powodują pogorszenie jakości tych wód, a w konsekwencji jakości wód w zbiornikach retencyjnych, przyczyniając się do ich eutrofizacji [KAJAK 1998; GROCHOWICZ 1999; MICHALIK 2004; WIATKOWSKI i in. 2006]. Do głównych zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego, występujących w wodach powierzchniowych, pojawiających się w następstwie zrzutu do nich ścieków oraz spływów powierzchniowych z terenów rolniczych, naleŜą fosforany i azotany.

W nowo oddanych do eksploatacji zbiornikach wodnych, w okresie letnim, obserwuje się rozwój fitoplanktonu. Jest to problem większości zbiorników, zloka-lizowanych na terenach zlewni rolniczych. Bardzo często w okresie od 2 do 10 lat po oddaniu zbiornika do eksploatacji obserwuje się ogólny wzrost Ŝyzności jego wody [CHEŁMICKI 1997].

W celu poprawy jakości wody retencjonowanej w zbiornikach oraz zmniejszenia ich zamulenia, pracownicy Instytutu InŜynierii Środowiska Akademii Rolniczej (obecnie Uniwersytetu Przyrodniczego) we Wrocławiu zaprojektowali prototypowy obiekt, który składa się z dwóch zbiorników: wstępnego oraz głównego. Zadaniem zbiornika wstępnego, zlokalizowanego powyŜej zbiornika głównego, jest zatrzymanie transportowanych w rzece zanieczyszczeń oraz przejęcie przez zbiornik wstępny znacznej części procesów biochemicznych, redukując w ten sposób zanieczyszczenia, powodujące eutrofizację zbiornika głównego.

Obiekt taki został zrealizowany na terenie Dolnego Śląska, w miejscowości Mściwojów [PROJEKT ZBIORNIKA 1996], rys. 1.

A. Czamara, L. Grześków

362

Rys. 1. Lokalizacja zbiornika retencyjnego Mściwojów oraz stanowisk pomiarowych: dopływ do

zbiornika (1 - Wierzbiak, 3 - KałuŜnik); poniŜej zbiornika wstępnego (4) Fig. 1. The location of the Mściwojów Reservoir and measuring positions: inflow to the

reservoir (1 - Wierzbiak, 3 - KałuŜnik); below the pre-dam reservoir (4) Materiał i metody badań Opis obiektu badawczego

Zbiornik retencyjny w Mściwojowie (obiekt klasy II), zlokalizowany na terenie Dolnego Śląska, na rzece Wierzbak, w km. 35 + 375 km jej biegu, oddany został do eksploatacji w roku 2000. Jest to zbiornik przeznaczony do celów rolniczych. Pełni równieŜ funkcję przeciwpowodziową i przeciwpoŜarową, w ograniczonym zakresie umoŜliwia hodowlę ryb oraz rekreację [PROJEKT ZBIORNIKA MŚCIWOJÓW 1996].

Zbiornik zasilany jest przez rzekę Wierzbiak oraz ciek KałuŜnik, które wnoszą do niego zanieczyszczenia pochodzące ze spływów powierzchniowych oraz zrzutów ścieków ze zlewni. Powierzchnia zlewni do przekroju zbiornika Mściwojów wynosi 47,0 km2 (w tym powierzchnia Wierzbiaka - 32,7 km2, KałuŜnika - 14,3 km2). Obszar ten zagospodarowany jest rolniczo, z przewagą gruntów ornych.

W skład zbiornika retencyjnego wchodzi zbiornik wstępny o powierzchni F = 140 000 m2; objętości V = 0,175 mln m3; średniej głębokości hsr = 1,3 m oraz zbiornik główny, zlokalizowany poniŜej (F = 345 900 m2; V = 0,735 mln m3; hsr = 2,0 m). Poziom piętrzenia wody w zbiorniku Mściwojów utrzymywany jest na rzędnej od 193,35 do 194,50 m n.p.m. (rys. 2).

W zbiorniku wstępnym znajduje się trójkomorowy osadnik oraz przegrody biologiczne, rys. 2. Zadaniem osadnika jest zatrzymanie unosin i wleczyn. W pierwszej komorze osadnika wytrącają się grubsze zawiesiny (komora odstojnikowa), komora druga obsadzona trzciną pełni rolę filtra biologicznego, zaś w komorze trzeciej ulegają sedymentacji najdrobniejsze zawiesiny. Woda wypływająca z osadnika przepływa kolejno przez trzy komory, oddzielone od siebie przegrodami biologicznymi. Zadaniem przegród jest ukierunkowanie przypływu wody oraz wymuszenie: stosunkowo długiej drogi przepływu, jak równieŜ wydłuŜonego kontaktu z roślinnością wodną.

OCENA SKUTECZNOŚCI DZIAŁANIA ZBIORNIKA ...

363

Mechanizm biofiltra polega na biologicznym procesie wbudowywania substancji biogennych zawartych w wodzie, dopływających do zbiornika w biomasę makrofitów. Rośliny pobierając do swojego rozwoju substancje biogenne, przyczyniają się do redukcji m.in. związków azotu i fosforu zawartych w wodzie.

Rys. 2. Zbiornik wstępny i główny w Mściwojowie Fig. 2. Pre-dam and main reservoir in Mściwojów

Od momentu oddania zbiornika Mściwojów do eksploatacji, prowadzone są okresowe badania sprawności działania zbiornika wstępnego. Wykonuje się oznaczenia składu fizykochemicznego i bakteriologicznego próbek wody pobieranych na dopływie do zbiornika (cieki Wierzbak i KałuŜnik), w zbiorniku wstępnym, zbiorniku głównym oraz na odpływie ze zbiornika (woda dolna) [CZAMARA i in. 2000; WIATKOWSKI i in. 2006]. Metody badań

W celu określenia skuteczności działania zbiornika wstępnego po pięciu latach jego eksploatacji, w okresie od 12 lipca 2005 r. do 24 lipca 2006 r., wykonano pomiary kontrolne wskaźników biogennych (NH4, azotynów, azotanów i fosforanów). Pomiary te prowadzono w odstępach dwumiesięcznych, na dopływie do zbiornika wodnego - na rzece Wierzbiak (stanowisko 1) i cieku KałuŜnik (stanowisko 3) oraz na odpływie ze zbiornika wstępnego do zbiornika głównego (za 3 przegrodą biologiczną - stanowisko 4), rys. 1. Korzystając z danych hydrologicznych dla rz. Wierzbiak i KałuŜnik, przyjmując średnie wartości przepływów SQ i pomierzone stęŜenia zanieczyszczeń obliczono średnie roczne ładunki biogenów.

Przeprowadzono równieŜ analizę warunków meteorologicznych panujących na tym terenie. Przedstawiono charakterystykę opadów atmosferycznych na podstawie wyników pomiarów dla najbliŜej zlokalizowanej stacji w Jaworze (oddalonej o 5 km) oraz przebieg temperatury powietrza, korzystając z danych ze stacji w Legnicy (oddalonej o 25,0 km). Analizowano miesięczne, półroczne i roczne sumy opadów atmosferycznych oraz temperatury powietrza, dla okresu od stycznia 2001 do października 2006 r. Podano równieŜ wartości średnich opadów i temperatury powietrza z wielolecia 1961-1995. Wyniki badań Warunki meteorologiczne

W rejonie Mściwojowa panuje klimat umiarkowanie wilgotny i ciepły. Lato jest

przewaŜnie długie i ciepłe, a zima krótka i łagodna. Średnia roczna suma opadów

oossaaddnniikk sseett tt ll iinngg ppoonndd

tt rr óójj kkoommoorr oowwyy zzbbiioorr nnii kk wwssttęęppnnyy tthhrr eeee--cchhaammbbeerr pprr ee--ddaamm rr eesseerr vvooii rr

zzbbiioorr nniikk ggłłóówwnnyy mmaaiinn rr eesseerr vvooii rr

przegrody biologiczne biological barriers


364

atmosferycznych kształtuje się w granicach 550-600 mm. Czas zalegania pokrywy śnieŜnej wynosi około 50 dni, okres wegetacyjny przekracza 200 dni [BAC, ROJEK 1999]. Opady

W okresie prowadzonych badań (VII 2005–VII 2006) suma opadów atmos-ferycznych dla tego rejonu zarówno w półroczu zimowym, jak równieŜ w półroczu letnim była niŜsza od przeciętnych (o ponad 33% w półroczu zimowym i ok. 10% w półroczu letnim) i wynosiła odpowiednio 217 i 237 mm (tab. 1). Tabela 1; Table 1 Miesięczne, półroczne i roczne sumy opadów atmosferycznych (stacja w Jaworze) Monthly, seasonal and annual sums of precipitation at the Jawor meteorological station

Lata Year

Sumy opadów atmosferycznych (mm)

Sums of precipitation (mm)

miesiąc; month

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I-VI

VII-XII

I-XII

2005

47

52

27

27

55

28

88

35

25

3

24

42

236

217

453

2006

26

24

32

38

18

99

22

256

29

26

47

26

237

406

643

2001-2006

31

32

40

30

52

57

95

110

45

29

45

36

242

360

602

1961-1995

30

30

30

40

65

75

80

75

50

40

40

40

270

325

595

Źródło: materiały IMGW, Wrocław (opracowanie własne); Source: data by the Meteorology and Water Ma-nagement Institute, Wrocław (own calculations)

NajwyŜszą miesięczną sumę opadów zanotowano w czerwcu 2006 roku - 99 mm,

najniŜszą w październiku - 3 mm. (2005 r.). W styczniu i lutym 2006 roku, przy ujemnych temperaturach powietrza, zanotowano opady śniegu, ich suma wyniosła 50 mm. Pokrywa śniegu utrzymywała się do marcowych roztopów. Temperatura powietrza W okresie badań (VII 2005-VII 2006 roku) średnia roczna temperatura powietrza wynosiła 9,4°C. Półrocze zimowe 2006 roku było najchłodniejsze w analizowanym okresie - średnia temperatura półrocza zimowego wynosiła 6,0°C i była niŜsza o ponad 33% od przeciętnej. Średnia temperatura stycznia była niŜsza o 4,7°C; lutego o 0,9°C; marca o 2,8°C od średniej z wielolecia 1961-1995 dla tych miesięcy. Temperatura półrocza letniego wynosiła 13°C i była wyŜsza o ok. 24% od średniej z wielolecia 1961-1995 (tab. 2). Tabela 2; Table 2

Średnie miesięczne, półroczne i roczne temperatury powietrza (stacja w Legnicy)

Average monthly, seasonal and annual air temperature at the Legnica meteorological station

Lata Year

Średnie temperatury powietrza; Average air temperature

miesiąc; month

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I-VI

VII-XII

I-XII


365

2005 2,6 -1,4 6,0 9,3 14,0 17,2 19,6 17,9 14,7 9,5 3,0 0,8 8,0 10,9 9,4

2006 -5,9

-0,7

1,0

9,5

13,9

18,1

23,2

17,1

16,2

11,0

6,5

4,3

6,0

13,0

9,5

2001-2006

-1,0

0,6

3,8

8,8

14,7

17,5

20,1

19,8

14,1

9,5

4,6

0,7

7,4

11,5

9,4

1961-1995

-1,2

0,2

3,8

8,0

13,0

16,2

18,2

17,8

13,8

9,0

3,8

0,2

6,7

10,5

8,6

Źródło: materiały IMGW, Wrocław (opracowanie własne); Source: data by the Meteorology and Water Ma-nagement Institute, Wrocław (own calculations) StęŜenia biogenów Amoniak

Amoniak zawarty w wodach powierzchniowych pochodzi najczęściej z amo-nifikacji organicznych substancji azotowych (organiczny) lub soli nieorganicznych (nawozy). Jego stęŜenie zaleŜy od ogólnego poziomu zanieczyszczenia wody związkami azotu i jego przemian, zachodzących z róŜną intensywnością w zaleŜności od pory roku. Obecność w wodzie powierzchniowej NH4

+ przy braku NO2- wskazuje na świeŜe zanieczyszczenie wody np. ściekami bytowymi [GOMÓŁKA, SZAYNOK 1997].

Na wszystkich analizowanych stanowiskach najwyŜsze stęŜenia amoniaku wystąpiły po roztopach wiosennych, w marcu 2006 r., natomiast najniŜsze - po zakończeniu okresu intensywnej wegetacji (we wrześniu i grudniu), rys. 3.

Wysokie wartości stęŜeń NH4+ na dopływach (na stanowiskach 1 i 3) spowodow-

ane były zrzutem ścieków bytowych, jak równieŜ spływem wód pochodzących z nawoŜenia pól.

W zbiorniku wstępnym następowała ich redukcja. Na stanowisku 4, za zbiornikiem wstępnym, w okresie wzmoŜonego rozwoju roślin wodnych, notowano niskie wartości stęŜeń NH4. Wybudowany zbiornik wstępny spełniał wtedy skutecznie swoją funkcję.

ObniŜoną efektywność redukcji stęŜeń obserwuje się przy braku dostatecznie wykształconego filtra biologicznego. Taka sytuacja miała miejsce w marcu 2006 roku. Wysokie wartości tego wskaźnika spowodowane były brakiem makrofitów, których rozwój uniemoŜliwiała 25 cm pokrywa lodowa utrzymująca się w tym okresie na zbiorniku. Azotyny

Obecność azotynów w wodach świadczy o przebiegu w nich procesów redukcji lub utleniania związków azotowych. Pod wpływem czynników chemicznych lub biochemicznych łatwo przechodzą one w amoniak lub azotany. Równoczesne występowanie amoniaku i azotynów świadczy o tym, Ŝe od chwili zanieczyszczenia wody ściekami gospodarczymi upłynął jakiś okres [GOMÓŁKA, SZAYNOK 1997].

Wysokie wartości azotynów na dopływach: w Wierzbiaku i KałuŜniku zano-towano w maju, odpowiednio: 0,78 i 0,79 mg NO2-⋅dm-3 oraz w lipcu, odpowiednio: 0,66 i 0,46 mg NO2-⋅dm-3, rys. 3. Natomiast niskie wartości stęŜeń na wszystkich stanowiskach występowały w okresie od września 2005 do marca 2006 roku, mieściły się w przedziale od 0,036 mg NO2-⋅dm-3 (stanowisko 4 – IX 2005) do 0,33 mg NO2-⋅dm-3 (stanowisko 1 – XII 2005).


366

Rys. 3. Wyniki pomiarów stęŜeń amoniaku, azotynów i fosforanów na stanowiskach pomiarowych

1, 3 i 4 oraz średnie miesięczne temperatury powietrza i miesięczne sumy opadów Fig. 3. Measurement of concentrations of ammonia, nitrites, nitrates and phosphates on

measuring positions 1, 3, 4 and average monthly air temperatures and monthly sums of precipitation

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe na stanowisku 4 - za zbiornikiem wstępnym wszystkie wartości stęŜeń azotynów były znacznie niŜsze niŜ na dopływach i zawierały się w przedziale od 0,016 mg NO2-⋅dm-3 (VII 2005) do 0,13 mg NO2-⋅dm-3 (V 2006). Wskazuje to na znaczną redukcję azotynów po przejściu wody przez zbiornik wstępny. Azotany

Wody powierzchniowe zawierają niewielkie ilości azotanów, jego ilość zaleŜy od charakteru zbiornika i pory roku. Azotany stanowią poŜywkę dla rozwoju organizmów


367

wodnych w okresie ich wegetacji, z tego względu obserwuje się ich pewną sezonowość występowania. Często daje się zauwaŜyć zjawisko zanikania azotanów w zbiornikach wodnych, zwłaszcza w okresie intensywnej wegetacji roślin. Natomiast w zimie, gdy roślinność obumiera, obserwuje się zwiększenie zawartości. Azotany w warunkach aerobowych są trwałe, natomiast w warunkach anaerobowych redukują się do azotynów lub amoniaku [GOMÓŁKA, SZAYNOK 1997; PREJZNER 1996].

Jak wynika z wykresu, rys. 3, wartości azotanów na dopływie i odpływie ze zbiornika charakteryzowały się duŜym zróŜnicowaniem sezonowym.

NajwyŜsze zawartości azotanów zanotowano na dopływie do zbiornika (sta-nowisko 1 na Wierzbaku i stanowisko 3 na KałuŜniku) w miesiącach: grudniu i marcu, odpowiednio: 30,0 i 20,2 mg NO3-⋅dm-3 oraz 37,0 i 15,52 mg NO3-⋅dm-3. Powodem wysokich zawartości azotanów w okresie zimowym był brak roślinności wodnej oraz niska zawartość tlenu.

Nietypowe, wysokie stęŜenie azotanów w lipcu 2005 roku na dopływach moŜna wytłumaczyć wysokim opadem atmosferycznym (88 mm), który wywołał spływ wód powierzchniowych z terenów rolniczych i z zabudowań gospodarskich do Wierzbiaka i KałuŜnika.

Niskie wartości tego wskaźnika zanotowano w okresie letnim na wszystkich stanowiskach w okresie intensywnego pobierania azotanów przez roślinność wodną.

NajniŜsze wartości azotanów wystąpiły na stanowisku 4 - za zbiornikiem wstępnym w lipcu - 1,67 mg NO3-⋅dm-3 w 2005 roku i 1,57 mg NO3-⋅dm-3 w 2006 roku.

Zmniejszanie zawartości azotanów jest wynikiem pobierania azotu azotanowego przez rośliny wodne porastające zbiornik wstępny. Mimo znacznego wyczerpania się azotu w wodzie, w lipcu i wrześniu nie doszło jednak do całkowitego zaniku tego wskaźnika, poniewaŜ wysokie było stęŜenie azotanów w wodach zasilających zbiornik. StęŜenia fosforanów

StęŜenia fosforanów ulegały znacznym wahaniom, od 0,213 do 1,12 mg PO43-

⋅dm-3. Charakteryzowały się sezonową zmiennością (rys. 3). W okresie letnim (lipiec, wrzesień) stęŜenia fosforanów mieściły się w przedziale

od 0,213 do 0,470 mg PO43-⋅dm-3, natomiast od grudnia do marca obserwowano ich

wzrost od 0,25 do 1,12 mg PO43-⋅dm-3.

Maksymalne wartości stęŜeń fosforanów na wszystkich stanowiskach wystąpiły w marcu, w okresie roztopów były spowodowane dopływem tego składnika ze zlewni wraz ze spływem powierzchniowym oraz ze ściekami bytowymi.

W wodach Wierzbiaka (stanowisko 1) stęŜenie fosforanów wynosiło wtedy 0,8 mg PO4

3-⋅dm-3, w KałuŜniku (stanowisko 3) - 1,12 mg PO43-⋅dm-3. Po przejściu przez

zbiornik wstępny nastąpiła redukcja fosforanów do wartości 0,74 mg PO43-⋅dm-3. W

pozostałych pomiarach wykonanych w okresie prowadzonych badań wartości stęŜeń fosforanów na odpływie ze zbiornika wstępnego mieściły się w granicach od 0,2 do 0,4 mg PO4

3-⋅dm-3. Ładunki biogenów - redukcja zanieczyszczeń

Uwzględniając średni niski przepływ: Q = 0,068 m3⋅s-1 w Wierzbiaku i Q = 0,026 m3⋅s-1 w KałuŜniku oraz średnie roczne stęŜenia biogenów na dopływach i na odpływie ze zbiornika, określono roczny ładunek biogenów dopływających do zbiornika oraz odpływających ze zbiornika wstępnego i na tej podstawie określono ich redukcję w zbiorniku wstępnym (rys. 4).


368

Rys. 4. Redukcja ładunku biogenów w zbiorniku wstępnym (VII 2005-VII 2006) Fig. 4. Diminishing of biogen loads in pre-dam (from July 2005 to July 2006) Tabela 3; Table 3 Redukcja ładunku biogenów w zbiorniku wstępnym w okresie od lipca 2005 do lipca 2006 Diminishing of biogen loads in pre-dam from July 2005 to July 2006

Wskaźnik Indicator

Roczne ładunki biogenów (kg⋅rok-1)

Annual biogen loads (kg⋅year-1)

Redukcja biogenów

w zbiorniku wstępnym Diminishing of biogen loads

na dopływie do

zbiornika inflow to the reservoir

na odpływie ze zbior-nika; outflow from the

reservoir

(kg⋅rok-1; kg⋅year-1)

(%)

Amoniak; Ammonia

2305

1601

704

30

Azotyny; Nitrites

1244

237

1007

81

Azotany; Nitrates

65540

22174

43366

66

Związki azotowe łącznie; Total of nitrogen compounds

69 089

24 012

45077

65

Fosforany; Phosphates

1677

1126

551

33

Biogeny łącznie Total of biogens

70766

25138

45628

65

W zbiorniku wstępnym nastąpiła 65% redukcja ładunku biogenów. Największej

redukcji uległy azotyny (powyŜej 80%), najmniejszej NH4 i fosforany (o około 30%), tab. 3. Wnioski

Analiza wyników przeprowadzonych badań wykazała, Ŝe: 1. Zbiornik wstępny wraz z osadnikiem wstępnym przyczyniają się do znaczącej

poprawy jakości wody dopływającej do zbiornika głównego. 2. Na odpływie ze zbiornika zaobserwowano wyraźną redukcję ładunku biogenów


369

(o 65%); w tym największą azotynów (o ok. 80%), najmniejszą NH4 i fosforanów (o około 30%). Największa redukcja zanieczyszczeń ma miejsce w okresie wzrostu makrofitów.

3. Skuteczność pracy zbiornika wstępnego wraz z osadnikiem jest duŜa, nie jest on

jednak w stanie wyeliminować wszystkich zanieczyszczeń dopływających ciekami Wierzbiak i KałuŜnik.

Literatura BAC S., ROJEK M. 1999. Meteorologia i klimatologia w inŜynierii środowiska. Wydaw-nictwo AR we Wrocławiu: 314 ss.

CHEŁMICKI W. 1997. Degradacja i ochrona wód. Cz. I. Jakość. Uniwersytet Jagielloński, Kraków: 252 ss.

CHEŁMICKI W. 2002. Woda. Zasoby, degradacja, ochrona, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 306 ss.

CZAMARA W., WIATKOWSKI M., WOJARNIK K. 2000. Ocena pierwszego etapu pracy zbiornika wstępnego w Mściwojowie. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, InŜynieria Środowiska XI(385): 81-90.

GROCHOWICZ E., KORYTKOWSKI J. 1999. Ochrona przyrody i wód. WSiP, Warszawa: 120 ss.

GOMÓŁKA E., SZAYNOK A. 1997. Chemia wody i powietrza. Oficyna Wydawnicza Poli-techniki Wrocławskiej, Wrocław: 434 ss.

KAJAK Z. 1998. Hydrologia-Limnologia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 360 ss.

M ICHALIK E. 2004. Identyfikacja i ocena oddziaływań antropogenicznych na zasoby wodne dla wskazania części wód zagroŜonych nie osiągnięciem celów środowiskowych. Monografia nr 318, Politechnika Krakowska, Kraków.

M IODUSZEWKI W. 1996. Mała retencja a ochrona zasobów wodnych. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu. Konferencje XI(289): 127-134.

PREJZNER J. 1996. Chemia z elementami chemii środowiska. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk: 217 ss.

PROJEKT ZBIORNIKA MŚCIWOJÓW . 1996. Opracowanie Instytutu InŜynierii Środowiska Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wrocław (maszynopis).

WIATKOWSKI M., CZAMARA W., KUCZEWSKI K. 2006. Wpływ zbiorników wstępnych na jakość wody w zbiornikach głównych. Monografia. Wyd. Inst. Podstaw InŜynierii Środowiska PAN, Zabrze: 121 ss.

Słowa kluczowe: biofiltry, biogeny, zbiornik wstępny, zbiornik retencyjny Streszczenie

Zbiorniki wstępne, z filtrami biologicznymi przyczyniają się do poprawy jakości wody w zbiornikach retencyjnych. Ograniczają one dopływ zanieczyszczeń do zbiornika głównego. Na przykładzie nowo wybudowanego zbiornika w Mściwojowie


370

na Wierzbiaku, zaprojektowanego w Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu, oceniono skuteczność działania zbiornika wstępnego w eliminacji biogenów, dopływających ze zlewni rolniczej do zbiornika głównego, wskutek procesów biochemicznych, zachodzących w zbiorniku wstępnym.

W okresie od lipca 2005 r. do lipca 2006 r. przeprowadzono okresowe oznaczenia stęŜeń wskaźników biogennych: amoniaku, azotynów, azotanów i fosforanów na dopływie do zbiornika (cieki: Wierzbak i KałuŜnik) oraz na odpływie ze zbiornika wstępnego. Stwierdzono duŜą zmienność stęŜeń biogenów w ciągu roku. Na podstawie wykonanych oznaczeń stęŜeń biogenów, dla przyjętych średnich rocznych przepływów w ciekach, obliczono ładunki biogenów dopływających i odpływających ze zbiornika wstępnego i na tej podstawie określono skuteczność jego działania.

Zbiornik wstępny przyczynia się do znacznej, ok. 65% eliminacji dopływających biogenów. Największej redukcji uległ ładunek azotynów - o ok. 80%, natomiast najmniejszej NH4 i fosforanów - o około 30%.

Zastosowana metoda ochrony wód powierzchniowych z wykorzystaniem zbiorników wstępnych jest bardziej ekonomiczna i mniej pracochłonna niŜ ogólnie stosowane metody. Zalecana jest do poprawy jakości wody w małych zbiornikach, zlokalizowanych w zlewniach rolniczych, na których terenie stosuje się nawozy, przyczyniające się do eutrofizacji wód powierzchniowych. Zbiorniki wstępne, usytuowane powyŜej zbiornika głównego, mogą zapobiegać katastrofom ekologicznym, stanowią równieŜ dodatkową rezerwę wody. THE ASSESSMENT OF THE PRE-DAM RESERVOIR EFFICIENCY IN MŚCIWOJÓW Alicja Czamara, Lidia Grześków Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: biofilters, biogen, pre-dam, storage reservoir Summary

Pre-dams, with biofilters are the way of water quality improvement in storage reservoirs; they limit the inflow of pollutants to the main reservoir. Taking as an example the existing Mściwojów Reservoir on the Wierzbiak River, designed at University of Environmental and Life Sciences, the authors estimated the effectiveness of improvement of water quality, caused by biochemical processes, in the pre-dam. In the period from July 2005 to July 2006 the authors measured periodically the concentrations of biogenic (the ammonia, nitrites, nitrates and phosphates) on the inflow to the reservoir (the River Wierzbak and KałuŜnik) and on the outflow from the pre-dam. Variability of biogen concentration in the course of the year was very high. For the average annual biogen concentration and the average annual flows in water-courses, the biogen loads was calculated.

On the experimental object, pre-dam caused approx. 65% elimination of biogen inflowing to the main reservoir. The elimination of nitrites carried out ca 65%, phosphates 30%.

The method is more economic and less laborious than generally used methods of surface water protection. It is especially recommended to improve water quality in small reservoirs, in agricultural watershed, where fertilization causes eutrophication of the surface water. Pre-dam reservoirs, situated above the main reservoir, may prevent ecological disasters in the main reservoir and are an additional reserve of water.


371

Prof. dr hab. inŜ. Alicja Czamara Mgr inŜ. Lidia Grześków Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POST’PÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 373S379 DOBOWE EKSTREMA TLENOWE W STAWIE RYBNYM Bartosz Jawecki Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wroc»awiu Wst““““p

ZmiennoÑƒ dobowa zawartoÑci tlenu wi�óe si“ z aktywnoÑci� fizjologiczn� organizmów óywych, szczególnie fotosyntezy i oddychania fitoplanktonu. Maksima tlenowe obserwowane s� w godzinach popo»udniowych (najintensywniejsza fotosynteza), a minima przed Ñwitem, (intensywnoÑƒ oddychania maleje, a proces fotosyntezy jeszcze si“ nie rozpocz�»). Wahania s� tym silniejsze, im óyïniejszy jest staw [HALWART i in. 1998; ALAM i in. 2001; KAJAK 2001; BIENIARZ i in. 2003; MIDDLETON, REEDER 2003], a na st“óenie tlenu rozpuszczonego w wodzie stawowej wp»yw maj� m.in. temperatura powietrza i wody, promieniowanie s»oneczne, przezroczystoÑƒ wody oraz zawartoÑƒ sk»adników pokarmowych [JAWECKI 2005; JAWECKI, KRZEMI½SKA 2008]. Ze wzgl“du na indywidualne cechy stawów i zabiegi w nich prowadzone, czas wyst“powania zarówno maksimów, jak i mini-mów tlenowych moóe byƒ mocno zróónicowany. W badaniach BOMBÓWNY [1956] minimum tlenowe obserwowano mi“dzy 400 a 700 rano, natomiast maksimum w godzinach 1500S1900. DANIELEWSKI [1970] odnotowa» minima tlenowe mi“dzy 500 a 800 (cz“Ñciej o 500), a maksima w godzinach 1400S1700 (cz“Ñciej o 1700). JAWECKI i DRABI½SKI [2003] zaobserwowali minimum tlenowe 2 godziny po wschodzie s»o½ca, a maksimum 2 godziny przed jego zachodem, natomiast TURKER i in. [2003] minima tlenowe uzyskali podczas porannych pomiarów o 800, a maksimum wieczorem o 1800. Materia »»»» i metody

Badania terenowe przeprowadzono na stawie ` StaÑ Górny@, zlokalizowanym w Ñrodkowej cz“Ñci kompleksu stawowego Stawno, wchodz�cego w sk»ad Pa½stwowego Zak»adu Budóetowego ̀ Stawy Milickie@ oraz rezerwatu przyrody o takiej samej nazwie. ` StaÑ Górny@ jest stawem narybkowo-kroczkowym przeznaczonym do niskointensywnego wychowu karpia z narybku wiosennego lub jesiennego (z zimowaniem). Powierzchnia zalewu wynosi 13,41 ha, przy czym oko»o 3 ha poroÑni“te s� roÑlinnoÑci� szuwarow�. Ðrednia g»“bokoÑƒ stawu wynosi 0,9 m przy maksimum oko»o 1,6 m. Dok»adny opis obiektu przedstawiono m.in. w pracach: SASIKA [1992] oraz JAWECKIEGO i DRABI½SKIEGO [2003]. Pomiary przeprowadzono w punkcie T [JAWECKI 2005], zlokalizowanym w centralnej cz“Ñci stawu o Ñredniej g»“bokoÑci, odzwierciedlaj�cym procesy termiczne i parowanie ca»ego zbiornika.

W badaniach za»oóono prowadzenie obserwacji zmiennoÑci natlenienia wody w stawie w odst“pach dwugodzinnych przez jedn� dob“. Obserwacje przeprowadzono latem (lipiec i sierpie½) w latach 2002, 2004 i 2006. Pomiar tlenu rozpuszczonego w wodzie

B. Jawecki 374

wykonano z wykorzystaniem miernika wielofunkcyjnego Multi 340i z sond� tlenow� CellOx 325 firmy WTW. Eksperyment przeprowadzono w 3 wariantach (tab. 1).

Analizie poddano wartoÑci Ñrednie z profilu pionowego natlenienia wody oraz wartoÑci ekstremalne odnotowane w profilu pionowym: maksima B wyst“puj�ce w warstwie przypowierzchniowej (0,01S0,10 m); minima B wyst“puj�ce w warstwie przydennej.

Tabela 1; Table 1 Charakterystyka okresu badawczego Characteristic of measurement season

Wariant Variant

Termin pomiarów Measurement date

G»“bokoÑƒ wody

Water depth (m)


Air temperature

Opad

Precipi-tation

Wiatr Wind

Zachmu-

rzenie Clouds

data date

godzina

hour

Ñr.

mean (ΕC)

maks. max. (ΕC)

min. (ΕC)

(mm)

(%)

1

8S9.07.2002

2000S800

0,81

22,4

31,0

13,0

0

cisza; calm

b. s»aby; very weak s»aby; weak

5

2

15S16.07.2004

800S2000

0,71

14,7

22,5

13,4

5,4

b. s»aby; very weak

s»aby; weak

85

3

21S22.08.2006

1400S120

0

0,61 17,6

22,5

13,4

0

b. s»aby; very weak

s»aby; weak

60

Celem bada½ by»o okreÑlenie terminów wyst�pienia w okresie letnim dobowych

minimów i maksimów tlenowych w stawie karpiowym, przy róónych warunkach pogodowych. Oszacowano równieó okresy z niekorzystnymi dla chowu karpi warunkami tlenowymi. Wyniki i dyskusja

W 2002 roku Ñrednie dobowe z profilu pionowego st“óenie tlenu rozpuszczonego w wodzie wynosi»o przeci“tnie 11,42 mg O2⋅dmS3, przy maksimum równym 16,88 mg O2⋅dmS3 i minimum 7,92 mg O2⋅dmS3.

W 2004 Ñrednie natlenienie w profilu pionowym kszta»towa»o si“ w granicach od 6,10 mg O2⋅dmS3 do 11,10 mg O2⋅dmS3 (przeci“tnie 8,63 mg O2⋅dmS3). Natomiast w 2006 roku Ñrednie st“óenie tlenu w wodzie waha»o si“ w granicach 4,55S15,03 mg O2⋅dmS3 (przeci“tnie 9,45). Przebieg natlenienia wody w profilu pionowym, dla wartoÑci wyliczonych jako Ñrednia z pomiarów terminowych, przedstawiono na rysunku 1.

W strefie przypowierzchniowej (0,01S0,20 m) w wariancie 2 i 3 eksperymentu stwierdzono natlenienie wody kszta»tuj�ce si“ na poziomie odpowiednio 47% i 50% warunków tlenowych odnotowanych w wariancie 1. W strefie Ñrodkowej (0,3S0,5 m) zaobserwowano popraw“ warunków tlenowych odnotowanych w wariancie 2 i 3 eksperymentu w stosunku do wariantu 1. Stanowi»y one odpowiednio 70% i 71% wariantu 1. Natomiast w strefie przydennej (0,6 m do dna) odnotowano wyraïnie lepsze warunki tlenowe w wariancie 2 i 3 wynosz�ce odpowiednio 213% i 129% warunków tlenowych odnotowanych w wariancie 1. Róónice te mog� wynikaƒ z wp»ywu czynników meteorologicznych na warunki tlenowe w stawie karpiowym [JAWECKI 2005].

DOBOWE EKSTREMA TLENOWE W STAWIE RYBNYM

375

Rys. 1. Średnie dobowe natlenienie pionowego profilu wody w stawie ̀ StaÑ Górny@ Fig. 1. Dissolved oxygen concentration in water vertical profile of the ̀ StaÑ Górny@ pond

Podr“cznikowe przyk»ady podaj�, óe minima tlenowe wyst“puj� o Ñwicie lub wschodzie s»o½ca. W przeprowadzonych badaniach minimum tlenowe odnotowano w godzinach 600S800 (rys. 2), czyli oko»o 1,5S2 godzin po wschodzie s»o½ca. Termin ten cz“Ñciowo pokrywa si“ z obserwacjami innych badaczy [BOMBÓWNA 1956; DANIELEWSKI 1970; TURKER 2003]. Ðrednie st“óenie tlenu w wodzie w profilu pionowym (rys 2.) wynosi»o 7,92 mg O2⋅dmS3 (8S9.07.2002 r.), 6,10 mg O2⋅dmS3 (15S16.07.2004 r.) i 4,55 mg O2⋅dmS3 (21S22.08.2006 r.), przy czym w dni ch»odne i pochmurne by»o ono zdecydowanie niósze nió w dzie½ s»oneczny. Przyczyn wyst�pienia minimów tlenowych oko»o 1,5S2 godz. po wschodzie s»o½ca moóna upatrywaƒ w zbyt ma»ym k�cie padania promieni s»onecznych na powierzchni“ wody. Dlatego iloÑƒ dostarczanej energii s»onecznej jest zbyt niska, aby fotosynteza mog»a uzupe»niƒ ubytki tlenu zuóywane na oddychanie.

W przeprowadzonych badaniach maksimum tlenowe odnotowano mi“dzy 1800 a 2000 (rys 2). Ðrednie w profilu pionowym st“óenie tlenu wynosi»o: 16,88 mg O2⋅dmS3 (8S9.07.2002 r.), 11,10 mg O2⋅dmS3 (15S16.07.2004 r.), 15,03 mg O2⋅dmS3 (21S22.08.2006 r.). Podobne terminy wyst�pienia maksimów tlenowych uzyskali BOMBÓWNA [1956] i TURKER [2003]. Naleóy zauwaóyƒ, óe najniósze maksimum odnotowano w wariancie 2, przy stosunkowo najgorszych (duóe zachmurzenie) warunkach atmosferycznych.

Obserwowane w godzinach popo»udniowo-wieczornych w ̀ Stasiu Górnym@ maksymalne wartoÑci natlenienia wody (11,10; 15,03; 16,88 mg O2⋅dmS3) mieÑci»y si“ w zakresie spotykanym w literaturze [BOMBÓWNA 1956; DANIELEWSKI 1970; SZUMIEC i in. 1995; KAJAK 2001; TADESSE i in. 2004]. Minima tlenowe (4,55; 6,10; 7,92 mg O2⋅dmS3) wyst“puj�ce w godzinach rannych wykazywa»y duó� zmiennoÑƒ, ale równieó nie odbiega»y od wartoÑci spotykanych w literaturze [BOMBÓWNA 1956; DANIELEWSKI 1970; WOJDA, CIEÑLA 1988; SZUMIEC i in. 1995; KAJAK 2001; TADESSE i in. 2004].

B. Jawecki 376

Rys. 2. ZmiennoÑƒ warunków tlenowych w stawie karpiowym. 1 B Ñrednie z profilu pionowego

st“óenie tlenu rozpuszczonego; 2A S maksymalne, 2B S minimalne st“óenie tlenu w profilu pionowym; 3 B optimum tlenowe dla karpi; 4 B st“óenie Ñmiertelne dla karpi; 5 B wielomian 6. stopnia

Fig. 2. Changes of dissolved oxygen condition in the carp pond: 1 B mean of dissolved oxygen concentration in water vertical profile, 2A B maximum oxygen concentration in water vertical profile, 2B B minimum oxygen concentration in water vertical profile, 3 S optimal oxygen condition for carp, 4 B deadly oxygen condition for carp, 5 B 6th degree polynomial


377

ZawartoÑƒ tlenu mniejsz� od wartoÑci optymalnych, a nawet Ñmiertelnych, odnotowano przez ca»y okres badawczy w strefie przydennej, w dzie½ s»oneczny i ciep»y (wariant 1). Natomiast w dzie½ pochmurny i ch»odny natlenienie wody niósze od st“óenia tlenu optymalnego dla chowu karpi odnotowano w wariancie 3. mi“dzy godzin� 500 a 700 (rys. 2), przy czym spadek ten nie przekracza» 0,5 mg O2⋅dmS3.

Na podstawie analizy przebiegu krzywej dobowego natlenienia wody (rys. 2) w stawie karpiowym stwierdzono, óe równanie najlepiej j� opisuj�ce przybiera postaƒ wielomianu 6 stopnia: wariant 1: y=0,0002x6S0,0082x5+0,1508x4S1,2887x3+5,4534x2S12,185x+24,722; R2 =0,9894 wariant 2: y=S0,0002x6+0,0082x5S0,1052x4+0,5801x3S1,3446x2+1,9196x+5,9089; R2 =0,9838 wariant 3: y=S0,0002x6+0,0081x5S0,1388x4+1,2571x3S6,3058x2+14,248x+3,7134; R2 =0,9863 gdzie: y natlenienie x godzina.

Analizuj�c termin rozpocz“cia bada½ (800, 1400, 2000) moóna dojÑƒ do wniosku, óe w celu dok»adnego okreÑlenie wyst�pienia dobowego maksimum i minimum natlenienia wody, 24-godzinne pomiary terenowe naleóy rozpocz�ƒ oko»o po»udnia. Wnioski 1. W warunkach eutroficznego stawu karpiowego ` StaÑ Górny@ letnie dobowe

ekstrema tlenowe obserwowano mi“dzy godzin� 600 a 800 (minima tlenowe) oraz pomi“dzy 1800 a 2000 (maksima tlenowe).

2. S»oneczny, ciep»y, bezwietrzny i bezopadowy dzie½ sprzyja wyst“powaniu wysokich

st“óe½ tlenu rozpuszczonego w wodzie, szczególnie w warstwach przypowierzchniowych przy silnym deficycie tlenowym w strefie przydennej.

3. Spadku st“óenia tlenu rozpuszczonego w wodzie ponióej wartoÑci optymalnej moóna

si“ spodziewaƒ w godzinach 500S900, szczególnie przy niekorzystnych warunkach meteorologicznych.

4. Róónice w natlenieniu wody obserwowane przy odmiennych warunkach pogodowych

wynikaj� z wp»ywu czynników meteorologicznych (temperatura powietrza, us»onecznienie, pr“dkoÑƒ wiatru) na warunki tlenowe.

5. Pomiary terenowe terminu wyst�pienia dobowego maksimum i minimum natlenienia

wody, przy braku moóliwoÑci wykorzystania automatycznej aparatury pomiarowej, powinny byƒ rozpoczynane nie wczeÑniej nió oko»o godziny 1200.

B. Jawecki 378

Literatura ALAM M.G.M., JAHAN N., THALIB L., WIE B., MAEKAWA T. 2001. Effects of environmental factors on the seasonally change of phytoplankton populations in a closed freshwater pond. Environment International 27: 363S371.

BIENIARZ K., KOWNACKI A., EPLER P. 2003. Biologia stawów rybnych. Cz“Ñƒ 1 i 2. Wy-dawnictwo IRS, Olsztyn: 356 ss.

BOMBÓWNA M. 1956. Sezonowe i dobowe zmiany pH, alkalicznoÑci i tlenu rozpuszczonego w wodzie stawów rybnych. Biuletyn Zak»adu Biologii Stawów PAN 3: 111S130.

DANIELEWSKI S. 1970. Wp»yw intensyfikacji produkcji ryb na warunki tlenowe w stawach karpiowych. Roczniki Nauk Rolniczych, Seria H 9(4): 451S466.

HALWART M., BORLINGHAUS M., K AULE G. 1996. Activity pattern of fish in rice fields. Aquaculture 145: 159S170.

JAWECKI B. 2005. Wp»yw wybranych czynników meteorologicznych i zabiegów gospo-darczych na kszta»towanie si“ warunków tlenowych w stawie karpiowym. AR we Wroc»awiu. Rozprawa doktorska (maszynopis): 145 ss.

JAWECKI B., DRABI ¼¼¼¼SKI A. 2003. Kszta»towanie si“ warunków tlenowych w stawie kar-piowym, w lipcu 2002 r. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, Seria Inóynieria Ðrodowiska 24, Kraków: 39S46.

JAWECKI B., KRZEMI ½½½½SKA A. 2008. Wp»yw temperatury wody na natlenienie strefy eufotycznej stawu karpiowego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 381S389.

KAJAK Z. 2001. Hydrobiologia B limnologia. Ekosystemy wód Ñródl�dowych. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa: 360 ss.

M IDDLETONE R.J., REEDER B.C. 2003. Dissolved oxygen fluctuation on organically and inorganically fertilized walleye (Stizostedion vitreum) hatchery ponds. Aquaculture 219: 337S345.

SASIK J. 1992. Parowanie ze stawu rybnego. Zeszyty Naukowe AR we Wroc»awiu, Rozprawy 107, Wyd. AR we Wroc»awiu. Rozprawa Habilitacyjna: 63 ss SZUMIEC A.M., AUGUSTYN D., JAKUBAS M., KOLASA-JAMI ¼¼¼¼SKA B., URBANIEC -BRÓZDA W. 1995. Diel, seasonal and spatial variability in the carp pond ecosystem. Acta Hydrobiologica 37, suppl. 1: 165S172.

TADESSE I., GREEN F.B., PUHAKKA J.A. 2004. Seasonal and diurnal variations of temperature, pH, and dissolved oxygen in advanced integrated wastewater pond system treating tannery effluent. Water Research 38: 645S654.

TURKER H., EVERSOLE A.G., BRUNE D.E. 2003. Comparative Nile tilapia and silver carp filtration rates of Partitioned Aquaculture System phytoplankton. Aquaculture 220: 449S457.

WOJDA R., CIEÐÐÐÐLA M. 1988. Zmiany zawartoÑci tlenu w wodzie podczas od»owów karpi towarowych w stawach odrostowych. Gospodarka Rybna 12: 12S15.

S»»»»owa kluczowe: tlen rozpuszczony, ekstrema tlenowe, rezerwat przyrody, staw Streszczenie

W artykule przedstawiono dobowe zmiany st“óenia tlenu rozpuszczonego w wodzie,


379

w róónych warunkach meteorologicznych. W eutroficznym stawie karpiowym ̀ StaÑ Górny@ letnie dobowe ekstrema tlenowe obserwowano mi“dzy godzin� 600 a 800 (minima tlenowe) oraz pomi“dzy 1800 a 2000 (maksima tlenowe). W s»oneczny, ciep»y i bezwietrzny dzie½ obserwowano wysokie st“óenia tlenu rozpuszczonego w wodzie, szczególnie w warstwach przypowierzchniowych przy silnym deficycie tlenowym w strefie przydennej. ZawartoÑƒ tlenu mniejsz� od wartoÑci optymalnych odnotowano w dzie½ pochmurny i ch»odny mi“dzy godzin� 500 a 700. Spadek ten nie przekracza» 0,5 mg O2⋅dmS3. Róónice w natlenieniu wody obserwowane przy odmiennych warunkach pogodowych, prawdopodobnie wynikaj� z wp»ywu innych czynników, m.in. meteorologicznych (temperatura powietrza, us»onecznienie, pr“dkoÑƒ wiatru) na warunki tlenowe. DAY AND NIGHT EXTREMES OF DISSOLVED OXYGEN CONCENTRATION IN THE CARP POND Bartosz Jawecki Institute of Landscape Architecture, University of Environmental and Life Sciences, Wroc»aw Key words: dissolved oxygen, oxygen extremes, nature reserve, carp pond Summary

In this paper day and night changes of dissolved oxygen concentration are presented. Summer day and night oxygen extreme conditions were observed between 6B8 am (oxygen minimum) and 6B8 pm (oxygen maximum). In a sunny, hot and windless day a high dissolved oxygen concentration was observed, especially in the layer of water surface. At the bottom oxygen shortage was observed. Lower then optimum oxygen concentration for carp was observed in a cloudy and cold day between 5S7 am. This decrease was lower than 0.5 mg O2⋅dmS3. Differences in oxygen condition observed in contrary meteorological conditions probably are the result of influence of meteorological factors (air temperature, insolation, wind speed) on oxygen condition in the carp pond. Dr inó. Bartosz Jawecki Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50S363 WROCºAW

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 381-387 WPŁYW TEMPERATURY WODY NA NATLENIENIE STREFY EUFOTYCZNEJ STAWU KARPIOWEGO 1 Bartosz Jawecki, Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Tlen i temperatura są dwoma parametrami warunkującymi Ŝycie w środowisku wodnym. Jednocześnie te dwa parametry pozostają we wzajemnych relacjach, tj. rozpuszczalność tlenu w wodzie zaleŜy od temperatury i maleje wraz z jej wzrostem. Na zmienność warunków termicznych i tlenowych w stawie duŜy wpływ ma fito- i zooplankton, których rozwój jest ściśle związany z ilością światła docierającą do ośrodka wodnego [SZUMIEC 1984; KRZYCZKOWSKI 2000].

Tlen pochodzący z fotosyntezy prowadzonej przez fitoplankton i rośliny na-czyniowe moŜe stanowić nawet 80% przychodów w ekosystemie stawowym, a jego stęŜenie zaleŜy o wielu czynników (temperatura, promieniowanie słoneczne, przezroczystość wody, zawartość składników pokarmowych). Wielkość tych przy-chodów zaleŜy równieŜ od produkcji pierwotnej. NajwyŜsze wartości produkcji pier-wotnej obserwuje się w okresie lata (lipiec-sierpień), a najniŜsze w zimie (grudzień-luty). Większość produkcji pierwotnej zachodzi w warstwie eufotycznej, gdzie odnoto-wuje się najwyŜsze jej wartości, a od intensywności fotosyntezy i oddychania zaleŜeć moŜe wielkość dobowych i sezonowych wahań zawartości tlenu w wodzie [YOSHIDA i in. 2003; VÖRÖS i in. 2003; KISAND, NİGES 2004; JAWECKI 2005, 2008].

1 Praca finansowana ze środków grantu KBN 2P06500429.

Zmiany warunków termicznych są bardzo istotne, gdyŜ z jednej strony in-tensyfikują procesy chemiczne i biochemiczne (wzrost temperatury wody o 10°C 2-3-krotnie intensyfikuje procesy biochemiczne), a z drugiej wpływają na zmniejszenie rozpuszczalności tlenu w wodzie. Pamiętając, Ŝe zawartość tlenu spada wraz ze wzrostem temperatury, podwyŜszenie temperatury z 5°C do 35°C zmniejszy zawartość tlenu z 9 mg O2⋅dm-3 do 5 mg⋅dm-3 [JARA 1992]. Ponadto temperatura wpływa na stopień nasycenia wody tlenem. Taka sama ilość tlenu w wodzie o róŜnych temperaturach da inny stopień nasycenia wody tlenem. Woda o temperaturze 10°C, zawierająca 9,7 mg O2⋅dm-3, nasycona jest tlenem w 86%, natomiast po gwałtownym zwiększeniu temperatury do 20°C, stopień nasycenia wzrośnie do 105% [JANKOWSKI, KUCZERA 1992].

B. Jawecki, A. Krzemińska

382

Materiał i metody

Badania terenowe prowadzono latem w latach 2002-2005, w rezerwacie przyrody

„Stawy Milickie”, stanowiącym część Parku Krajobrazowego „Dolina Baryczy”, będącego elementem Europejskiej Sieci NATURA 2000 (PLB020001 „Dolina Bary-czy”). Obiektem badawczym był narybkowo-kroczkowy staw „Staś Górny”, przezna-czony do niskointensywnego wychowu karpia, naleŜący do kompleksu stawowego „Stawno”. Powierzchnia zalewu wynosi 13,41 ha, przy czym około 3 ha porasta roślinność szuwarowa. Średnia głębokość stawu wynosi 0,9 m przy maksimum około 1,6 m, dopuszczalna rzędna piętrzenia wynosi 108,30 m. Pomiary przeprowadzono w punkcie T [JAWECKI, DRABIŃSKI 2003; JAWECKI 2005], zlokalizowanym w centralnej części stawu o średniej głębokości, odzwierciedlającym procesy termiczne i parowanie całego zbiornika.

Woda stawowa wykazywała eutroficzny i hipertroficzny charakter, przy przezro-czystości w granicach 0,16-0,25 m, średnio 0,2 m [JAWECKI 2005]. Zasięg strefy eufotycznej ustalono na 0,4 m, jako dwukrotność średniej widzialności krąŜka Secchiego [CHOJNACKI 1998], pamiętając, Ŝe w warunkach stawu „Staś Górny” od 40% do 60% promieniowania słonecznego pochłaniane jest w warstwie 0,0 - 0,1 m [KRZYCZKOWSKI 2000; TOKARCZYK-DOROCIAK, DRABIŃSKI 2002]. Pomiar warunków tlenowych i termicznych w wodzie wykonano w połowie zasięgu strefy eufotycznej na głębokości 0,2 m, przy uŜyciu miernika wielofunkcyjnego Multi 340i z sondą tlenową CellOx 325 firmy WTW (zakres pomiarowy 0,0-19,19 mg O2⋅dm-3 lub 0,0-90 mg O2⋅dm-3, dokładność ±0,5%), określającą równieŜ temperaturę wody (dokładność 0,1°C). Obserwacje wykonywano 3 razy na dobę o godzinach 800, 1400, 2000 (czas letni) [JAWECKI 2005].

Określenia związków między zawartością tlenu rozpuszczonego w wodzie a parametrami meteorologicznymi dokonano wyznaczając współczynnik korelacji oraz przeprowadzając analizę regresji. Istotność statystyczną korelacji i regresji zweryfikowano testem F, przy poziomie istotności α = 0,05 i stopniach swobody wynoszących 1 oraz N-2. Wyniki

Analizując przebieg czynników meteorologicznych moŜna stwierdzić, Ŝe najzimniejszy okres badawczy wystąpił w 2004 roku (średnia dobowa temperatura powietrza wynosiła przeciętnie 18,5°C), a najcieplejszy był rok 2005 (średnia dobowa temperatura powietrza wynosiła przeciętnie 20,9°C). Pod względem usłonecznienia najlepsze warunki panowały w 2003 roku (średnie dobowe usłonecznienie wynosiło 8,2 godziny), a najgorsze w 2002 roku (6,4 godziny). Mimo stosunkowo wysokich sum opadów w okresie badawczym obserwowano niedobory opadów. O wysokości warstwy opadów często decydowały burze, w trakcie których na 1 m2 spadało nawet 47,5 dm3 wody. Zestawienie charakterystycznych parametrów meteorologicznych przedstawiono w tabeli 1.

W trakcie obserwacji o godzinie 8 (rys. 1), temperatura wody kształtowała się w przedziale 16,1-25,9°C (średnio 21,3°C), o godzinie 14 (rys. 1) temperatura wynosiła średnio 23,8°C (maks. 30,5°C, min. 16,5°C), a o 20 (rys. 1) zmieniała się w granicach od 17,1°C do 29,8°C (średnio 24,0°C). Zasadniczo warunki te były odpowiednie dla Ŝerowania karpia, jedynie okresy z temperaturą poniŜej 20°C i powyŜej 30°C mogły

WPŁYW TEMPERATURY WODY NA NATLENIENIE ...

383

ograniczyć Ŝerowanie ryb. O godzinie 8 stwierdzono 78 dni z temperaturą poniŜej 20°C bez dni z temperaturą powyŜej 30°C, o 14 stwierdzono odpowiednio 27 i 1 dzień, a o 20 odpowiednio 31 i 0 dni. mg O2·dm-

Rys. 1. Zmienność warunków tlenowych (A) i termicznych (B) w stawie Staś Górny Fig. 1. Changes of dissolved oxygen concentration (A) and water temperature (B) in the Staś

Górny pond StęŜenie tlenu rozpuszczonego w wodzie odnotowane o godzinie 8 (rys. 1)

kształtowało się w przedziale 2,34-13,34 mg O2⋅dm-3 (średnio 7,12 mg O2⋅dm-3), o godzinie 14 (rys. 1) mieściło się w zakresie 4,74–25,5 mg O2⋅dm-3 (średnio 13,04 mg O2⋅dm-3), a o 20 (rys. 1) średnio wynosiło 13,61 (zakres 3,72-25,8 mg O2⋅dm-3). Natlenienie wody poniŜej dolnej granicy optimum tlenowego (5 mg O2⋅dm-3)

A

-5

0

5

10

15

20

25

30

8 14 20 rok year

optimum tlenowe dissolved oxygen optimum

VII, VIII 2002 VII, VIII 2003 VII 2004 VII 2005

godzina pomiarumeasurement hour

B

10

15

20

25

30

35

8 14 20 rok year

optimum termiczne thermal optimum

Serie6

VII, VIII 2002 VII, VIII 2003 VII 2004 VII 2005 godzina pomiarumeasurement hour

°C


384

w większości przypadków obserwowano w trakcie pomiarów o godzinie 8 (rys. 1), przy czym stęŜenie ani razu nie spadło poniŜej wartości krytycznej (1,5 mg O2⋅dm-3) powodującej śmierć ryb. Tabela 1; Table 1 Charakterystyka warunków meteorologicznych Characteristic of meteorological factors

Rok Year


Air temperature

Opad

Precipitation

Usłonecznienie

Insolation

średnia mean

maks. max.

min.

średnia mean

maks. max.

min.

średnia mean

maks. max.

min.

(°C)

(mm)

(godz.; hours)

1.07-9.08.2002

20,4

26,3

15,5

63,0

27,3

0

6,4

14,0

0

1.07-13.08.2003

20,7

26,6

15,1

110,5

47,5

0

8,2

14,2

0

1.07-25.07.2004

18,5

23,7

14,0

57,8

14,2

0

7,1

13,3

0,4

12.07-31.07.2005

20,9

26,6

14,8

60,5

28,5

0

7,8

14,3

0,1

Rys. 2. ZaleŜność stęŜenia tlenu rozpuszczonego w wodzie od temperatury wody Fig. 2. Relationship between dissolved oxygen concentration and water temperature

Analiza zaleŜności między zawartością tlenu wodzie a temperaturą wody, dla danych z godziny 20 (rys. 2), wykazała istotny statystycznie, ale bardzo słaby związek (r = 0,345). Podobną sytuację odnotowano o godzinie 14 (rys. 2), jednakŜe w tym przypadku wartość współczynnika korelacji była wyŜsza (r = 0,432). Zarówno o 14, jak i o 20 obserwowano wzrost natlenienia wody wraz ze wzrostem jej temperatury. Natomiast analizując zaleŜności między stęŜeniem tlenu w wodzie a jej temperaturą o


385

godzinie 8 nie stwierdzono związku między natlenieniem a temperaturą wody (rys. 2). Ujemna wartość współczynnika korelacji (r = - 0,018) wskazuje na spadek zawartości tlenu w wodzie wraz ze wzrostem temperatury wody.

Zwiększenia zawartości tlenu w wodzie z podwyŜszeniem temperatury wody naleŜy upatrywać we wzroście aktywności metabolicznej i biochemicznej fitoplanktonu produkującego tlen. Wartość współczynnika korelacji (1400 - r = 0,432; 2000 – r = 0,345) sugeruje, Ŝe związek ten jest bardzo słaby, a na natlenienie wody mogą mieć wpływ takŜe inne czynniki, np.: temperatura powietrza, usłonecznienie, przezroczystość wody, prędkość wiatru, biomasa fitoplanktonu [CHOJNACKI 1998; BIENIARZ i in. 2003; JAWECKI

2005]. Odnotowana o godzinie 14 największa wartość współczynnika korelacji moŜe świadczyć o znacznym wpływie promieniowania słonecznego na warunki termiczno-tlenowe. Promieniowanie dostarcza energii do fotosyntezy i przyczynia się do wzrostu temperatury wody. NaleŜy dodać, Ŝe ze względu na mniejszy kąt padania promieni słonecznych o godzinie 8 i 20 niŜ o godzinie 14, ilość energii docierającej w głąb profilu wodnego jest mniejsza, co moŜe tłumaczyć zaobserwowane róŜnice. Wnioski 1. Strefa eufotyczna Ŝyznego stawu rybnego wykazuje duŜe dobowe wahanie

zawartości tlenu w wodzie, gdzie stęŜenia poniŜej granicy optimum tlenowego dla karpi obserwowane są najczęściej rano (odnotowane minimum = 2,34 mg O2⋅dm-3), a przesycenie wody tlenem po południu i wieczorem (odnotowane maksimum = 25,8 mg O2⋅dm-3).

2. Istotny statystycznie związek między zawartością tlenu w wodzie a jej tem-

peraturą w eufotycznej strefie Ŝyznego stawu rybnego odnotowano w trakcie pomiarów o godzinie 1400 i 2000. W godzinach popołudniowo-wieczornych (1400 i 2000) przy wzroście temperatury wody obserwowano wzrost zawartości tlenu w wodzie.

3. Niska wartość współczynnika korelacji sugeruje, Ŝe obok temperatury wody na

natlenienie strefy eufotycznej stawu karpiowego wpływ mają takŜe inne czynniki, np. usłonecznienie, temperatura powietrza, prędkość wiatru, biomasa fitoplanktonu.

Literatura BIENIARZ K., K OWNACKI A., EPLER P. 2003. Biologia stawów rybnych. Część 1 i 2. Wy-dawnictwo IRS, Olsztyn: 356 ss.

CHOJNACKI J. 1998. Podstawy ekologii wód. Wydawnictwo AR w Szczecinie, Szczecin: 177 ss.

JANKOWSKI A.T., KUCZERA A. 1992. Wpływ zrzutu wód podgrzanych na warunki ter-miczne, tlenowe i przezroczystość wody w Zbiorniku Rybnickim. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach: 78 ss.

JARA Z. 1992. Wpływ niektórych czynników fizycznych i chemicznych na stan zdrowia i kondycję ryb karpiowatych, w: Wytyczne do oceny jakości wód przydatnych do chowu i hodowli ryb karpiowatych. Drabiński A. (red.). Wydawnictwo AR we Wrocławiu: 148-180.


386

JAWECKI B. 2005. Wpływ wybranych czynników meteorologicznych i zabiegów gospo-darczych na kształtowanie się warunków tlenowych w stawie karpiowym. AR we Wrocławiu. Rozprawa doktorska (maszynopis): 145 ss.

JAWECKI B. 2008. Dobowe ekstrema tlenowe w stawie rybnym. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 373-379.

JAWECKI B., DRABIŃSKI A. 2003. Kształtowanie się warunków tlenowych w stawie kar-piowym, w lipcu 2002 r. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, Seria InŜynieria Śro-dowiska 24: 39-46.

K ISAND V., NİGES T. 2004. Abiotic and biotic factors regulating dynamics of bacterio-lankton in a large shallow lake. FEMS Microbiology Ecology 50: 51-62.

KRZYCZKOWSKI P. 2000. Wpływ wybranych warunków meteorologicznych na kształto-wanie się temperatury w stawie karpiowym. AR we Wrocławiu. Rozprawa doktorska (maszynopis): 70 ss.

SZUMIEC M.A. 1984. Termika stawów karpiowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa: 135 ss.

TOKARCZYK -DOROCIAK K., DRABIŃSKI A. 2002. Kształtowanie się warunków świetlnych w stawie karpiowym. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie 393, InŜynieria Środowiska 23: 181-185.

VÖRÖS L., V.-BALOGH K., KONCZ E., KOVÁCS A. 2003. Phytoplankton and bacterio-plankton production in a reed-covered water body. Aquatic Botany 77: 99-110.

YOSHIDA T., SEKINO T., GENKAI -KATO M., LOGACHEVA N.P., BONDARENKO N.A., KAWABA-TA Z., KHODZHER T.V., MELNIK N.G. HINO S., NOZAKI K., NISHIMURA Y., NAGATA T., HIGASHI M., NAKANISHI M. 2003. Seasonal dynamics of primary production in the pelagic zone of southern Lake Baikal. The Japanese Society of Limnology, Limnology 4: 53-62.

Słowa kluczowe: tlen rozpuszczony, temperatura wody, rezerwat przyrody, staw

Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury wody na warunki tlenowe w stawie karpiowym. StęŜenie tlenu rozpuszczonego w wodzie odnotowane o godzinie 800 średnio wynosiło 7,12 mg O2⋅dm-3, o 1400 - 13,04 mg O2⋅dm-3, a o 2000 średnio 13,61 mg O2⋅dm-3. W strefie eufotycznej Ŝyznego stawu rybnego obserwowano duŜe dobowe wahanie zawartości tlenu w wodzie. StęŜenie poniŜej granicy optimum tlenowego dla karpi (5 mg O2⋅dm-3) obserwowane były najczęściej rano (minimum = 2,34 mg O2⋅dm-3). Przesycenie wody tlenem odnotowywano po południu i wieczorem (maksimum = 25,8 mg O2⋅dm-3). Analiza zaleŜności między zawartością tlenu w wodzie a temperaturą wody wykazała istotny statystycznie, ale bardzo słaby związek dla pomiarów o godz. 1400 i 2000. Wraz ze wzrostem temperatury wody obserwowano wzrost jej natlenienia. AN INFLUENCE OF WATER TEMPERATURE ON OXYGEN CONDITION IN EUPHOTIC ZONE OF THE CARP POND Bartosz Jawecki, Alicja Krzemińska Institute of Landscape Architecture,


387

University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: dissolved oxygen, water temperature, nature reserve, carp pond Summary

The results of research on the influence of water temperature on oxygen condition in the carp pond are present in this paper. Mean of dissolved oxygen concentration observed at 8 am were equal to 7.12 mg O2⋅dm-3, at 2 pm – 13.04 mg O2⋅dm-3 and at 8 pm – 13.61 mg O2⋅dm-3. Large fluctuations of dissolved oxygen concentration in the euphotic zone of eutrophic fish pond were observed. Oxygen condition lower then the lower limit of dissolved oxygen concentration for carp (5 mg O2⋅dm-3) were observed in the morning (minimum = 2.34 mg O2⋅dm-3). The highest oxygen concentration was observed in the afternoon and in the evening (maximum = 25.8 mg O2⋅dm-3). Analysis of connection between water temperature and dissolved oxygen concentration revealed weak but essential relationship for the results from 2 and 8 pm. The increase of oxygen concentration was observed with the increase of water temperature. Dr inŜ. Bartosz Jawecki Dr Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 389-395 AERACJA PULWERYZACYJNA JEZIORA ZAMKOWEGO Ryszard Konieczny Zachodniopomorski Ośrodek Badawczy w Szczecinie, Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach Wstęp

Niedostatek tlenu jest przyczyną i skutkiem degradacji wody zmagazynowanej w naturalnych i sztucznych powierzchniowych zbiornikach. Brak tlenu w strefie naddennej wielu zbiorników wodnych powoduje uwalnianie jonów z osadów dennych [GAWROŃSKA i in. 2004], tym samym prowadząc do przyspieszonego procesu eutrofizacji wód. Zabiegi oparte na napowietrzaniu zdegradowanych ekosystemów wodnych są więc konieczne [SIUTA 2006], bowiem w warunkach intensywnego napowietrzenia naddennej strefy jest wyeliminowany z osadów dennych, lub znacznie ograniczony, proces wewnętrznego zasilania wody [KIM i in. 2003; JAŃCZAK, KOWALIK 2004]. Intensywne napowietrzenie głębokich stratyfikowanych termicznie zbiorników umoŜliwia system FLOX. Zastosowany w 1986 roku w jeziorze Zamkowym w Wałczu nie spowodował trwałych zmian stanu tlenowego wód. Dla osiągnięcia poprawy natlenienia hypolimnionu i wyeliminowania fosforanów, jak podaje HOFFMANN [1988], wskazane było uzupełnienie działań sztucznego napowietrzania wód o zastosowanie absorbentu wiąŜącego fosfor. Ze względów ekonomicznych w 1994 roku odstąpiono od metody sztucznego napowietrzania w systemie FLOX. Ponowne działania w poprawie jakości wód jeziora Zamkowego władze miasta i gminy Wałcz zapoczątkowały we wrześniu 2002 roku. Na mocy porozumienia z WFOŚiGW w Szczecinie zastosowano nowy typ aeratora pulweryzacyjnego [KONIECZNY 2006], zasilanego energią wiatru i opartego w działaniu na zasadzie hydraulicznego przepływu masy strumienia wód przydennych przez układ elementów roboczych systemu aeratora z jednoczesnym mechanicznym intensywnym napowietrzeniem wody w powietrzu atmosferycznym za pośrednictwem jego koła łopatkowego (rozbryzgowego).

Mając na uwadze prowadzone zabiegi w poprawie jakości wód jeziora Zamkowego, za cel niniejszej pracy przyjęto określenie tlenowych i termicznych zmian jeziora, spowodowanych mechanicznym napowietrzaniem wód w tzw. technologii aeracji pulweryzacyjnej. Badania realizował w latach 2004-2005 Zachodniopomorski Ośrodek Badawczy IMUZ w Szczecinie w porozumieniu z Akademią Rolniczą w Poznaniu i pod merytorycznym nadzorem WFOŚ i GW w Szczecinie. Charakterystyka obiektu badawczego

Jezioro Zamkowe (rys. 1) wchodzi w skład Pojezierza Wałeckiego. LeŜy

R. Konieczny

390

w zlewni Odry w dorzeczu rzeki Piławka na terenie miasta i gminy Wałcz. Stanowi bezodpływowy zbiornik rynnowy o powierzchni zwierciadła wody 132,8 ha, długości linii brzegowej 10 050 m, głębokości maksymalnej 36,5 m i średniej 12,9 m. W misie zbiornika znajdują się trzy głęboczki. Dwa większe (36,5; 30 m) są rozdzielone półwyspem w północno-wschodniej części jeziora, natomiast mniejszy (18 m) jest zlokalizowany w południowo-zachodniej misie zbiornika. Metodyka badań

Badania wpływu technologii aeracji pulweryzacyjnej na tlenowo-termiczny stan wód jeziora Zamkowego realizowano w okresie wegetacyjnym (III dekada kwiecień-październik) w latach 2004-2005 na czterech stanowiskach (rys. 1). W pionowym słupie wody stanowisk badano co dwa metry, od powierzchni lustra do dna zbiornika, zawartość tlenu rozpuszczonego i temperaturę. Pomiary prowadzono z zastosowaniem tlenomierza przenośnego Oxi 197i i sondy tlenowej CellOx 325. Lokalizacji miejsc pomiaru dokonano aparaturą kontrolno- pomiarową do nawigacji satelitarnej GPS GARMIN eTrex i echosondy rybackiej GARMIN Fishfinder 120.

Rys. 1. Lokalizacja stanowisk pomiarowych w jeziorze Zamkowym: A (aerator) - głębokość 34 m,

I - głębokość 18 m, II - głębokość 30 m, III - głębokość 36,5 m Fig. 1. Location of measurement positions on Zamkowe Lake: A (aerator) - depth 34 m, I -

depth 18 m, II - depth 30 m, III - depth 36.5 m Wyniki badań i dyskusja

Wyniki badań zaprezentowano na rys. 2 i 3. Z zestawienia danych pomiarowych wynika, Ŝe tlenowe i termiczne zmiany wód jeziora Zamkowego w okresie wegetacyjnym 2004-2005 na głębokości h (m) w pionowych profilach słupa wody

AERACJA PULWERYZACYJNA JEZIORA ZAMKOWEGO

391

wszystkich stanowisk badawczych były nierównomierne. W okresie badań wody jeziora charakteryzowała pełna stratyfikacja termiczna z epilimnionem sięgającym do 2-4 m i stabilnym hypolimnionie, występującym poniŜej 8-10 m.

Rys. 2. Zestawienie wyników tlenowych i termicznych zmian wód jeziora Zamkowego za okres

wegetacyjny 2004-2005 na głębokości h (m) pomiaru I i II stanowiska badawczego Fig. 2. Data set for oxygen and thermal changes of Zamkowe Lake waters for vegetation

period 2004-2005 on depth h (m) for the I and II measurement points

R. Konieczny

392

Rys. 3. Zestawienie wyników tlenowych i termicznych zmian wód jeziora Zamkowego za okres

wegetacyjny 2004-2005 na głębokości h (m) pomiaru III stanowiska badawczego i w profilu systemu aeratora pulweryzacyjnego (A)

Fig. 3. Data set for oxygen and thermal changes of Zamkowe Lake waters for vegetation

period 2004-2005 on depth h (m) for the III measurement point under pulverizic aerator system (A)


393

Aeracja pulweryzacyjna w procesie sztucznego napowietrzania nie spowodowała podwyŜszenia temperatury hypolimnionu. W obu latach badań utrzymane zostały naturalne układy termiczne, a średnia temperatura hypolimnionu (5,7°C) w profilu III stanowiska pomiarowego nie odbiegała od temperatury wody w strefie bezpośredniego wpływu systemu aeratora.

Cykl stagnacji mas wodnych jeziora Zamkowego zasadniczo odpowiadał stęŜeniu tlenu rozpuszczonego w toni wodnej głębokich zeutrofizowanych zbiorników o niekorzystnej ekspozycji wietrznej. Warunki mieszania wód w okresie lata wykazały bowiem wyjątkowo niekorzystne układy tlenowe z nadmiernie natlenionymi wodami epilimnionu i całkowicie odtlenionym hypolimnionem. Występowanie w całym okresie badawczym w zakresie głębokości 0-4 m średnich stęŜeń tlenu rozpuszczonego, rzędu 9,1-17,5 mg⋅dm-3, wskazywał w wodach powierzchniowych na wysoką Ŝyzność jeziora. Potwierdzeniem tego stanu rzeczy był zaobserwowany w lipcu intensywny proces zakwitu glonów.

Sztuczne napowietrzania w warunkach ograniczonej dynamiki naddennych mas wodnych znalazło swoje odbicie w strefie bezpośredniego wpływu systemu aeratora pulweryzacyjnego. W wodach naddennych w okresie lipca i sierpnia pod aeratorem, pomimo katastrofalnych warunków tlenowych hypolimnionu (całkowite odtlenienie) jeziora, w obu latach badań stwierdzono śladowe ilości tlenu. Analiza zmian zawartości tlenu rozpuszczonego wykazała od powierzchni dna do 24 m głębokości (a w lipcu 2005 roku do 22 m) zróŜnicowanie w natlenieniu wody. Maksymalne zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie notowano w odległości 2 m od dna. W lipcu i sierpniu 2004 roku około 0,1 mg O2⋅dm-3, natomiast w roku następnym 1,1-1,2 mg O2⋅dm-3. Przy dnie obserwowano niewielki spadek zawartości tlenu rozpuszczonego, rzędu 0,02 mg⋅dm-3, zapewne spowodowany rozkładem substancji organicznej zdeponowanej w osadach. Od dna do rozpatrywanego zakresu wysokości słupa wody następował stopniowy zanik zawartości tlenu rozpuszczonego. Systematyczne obniŜanie zawartości tlenu do analitycznego zera niewątpliwie naleŜy upatrywać w nadmiernej koncentracji materii organicznej zawartej w hypolimnionie. W okresie badań nad dnem w strefie bezpoś-redniego wpływu systemu aeratora miał miejsce przyrost tlenu rozpuszczonego względem III stanowiska pomiarowego. Średni przyrost tlenu rozpuszczonego do 0,9 mg⋅dm-3 notowano w roku 2004 w zakresie głębokości 32-34 m. Rok kolejny obejmował przyrost tlenu w zakresie głębokości 26-34 m. Obserwowano wówczas przyrost tlenu rozpuszczonego do wartości 1,8 mg⋅dm-3. Skuteczność napowietrzania wód naddennych przez system aeratora naleŜy upatrywać w zjawisku pulweryzacji, spowodowanym działaniem siły elementu roboczego urządzenia (koła łopatkowego). W zlokalizowanym na powierzchni jeziora segmencie pulweryzacyjnym zasilane pośrednio energią wiatru koło łopatkowego aeratora intensywnie rozpyla ciecz w powietrzu atmosferycznym powodując jej napowietrzenie i odgazowanie z lotnych produktów powstałych wskutek beztlenowego rozkładu materii dennej. Fakt znacznego odgazowywania wód naddennych potwierdzał w okresie badań wyczuwalny zapach siarkowodoru.

Analizując wyniki badań, zaobserwowano w jeziorze ogólną poprawę stanu natlenienia wód. We wszystkich profilach pomiarowych notowano wzrost stanu natlenienia wody średnio od 1 do ponad 1,5 mg⋅dm-3. MoŜna przypuszczać, Ŝe na znaczną dla organizmów wodnych poprawę stanu natlenienia wody w 2005 roku miał wpływ zarówno proces cyrkulacji jesiennej i wiosennej, jak równieŜ wspomagający ten okres zabieg sztucznego napowietrzania w technologii aeracji pulweryzacyjnej. Wnioski

R. Konieczny

394

1. Zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie i temperatura w okresie wege-tacyjnym 2004-2005 w jeziorze Zamkowym były zróŜnicowane.

2. Aeracja pulweryzacyjna nie spowodowała zmian temperatury hypolimnionu. 3. W strefie bezpośredniego oddziaływania systemu aeratora zabieg sztucznego

napowietrzania wód spowodował przyrost tlenu rozpuszczonego w 2004 roku średnio do 0,9 mg⋅dm-3, a w roku kolejnym do 1,8 mg⋅dm-3.

4. Analiza danych pomiarowych za okres badawczy z uwzględnieniem wpływu

systemu aeratora wskazuje na ogólną poprawę stanu natlenienia wód jeziora Zamkowego, średnio od 1 do ponad 1,5 mg⋅dm-3.

Literatura GAWROŃSKA H., LOSSOW K., GROCHOWSKA J., BRZOZOWSKA R. 2004. Rekultywacja Je-ziora Długiego w Olsztynie metodą inaktywacji fosforu. V Krajowa Konf. Nauk.-Techn. „Ochrona i rekultywacja jezior”. Grudziądz, 11-13 V 2004. Wyd. Polskie Zrzeszenie InŜynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Toruń: 25-32.

HOFFMANN L. 1988. Rekultywacja Jeziora Zamkowego w Wałczu metodą natleniania wód hypolimnionu. II Krajowa Konf. Nauk.-Techn. „Ochrona jezior ze szczególnym uwzględnieniem metod rekultywacji”. Grudziądz, 12-14 XI 1988. Wyd. Polskie Zrzeszenie InŜynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Toruń: 1-4.

JAŃCZAK J., KOWALIK A. 2004. Rezultaty stosowania ograniczonej rekultywacji Jeziora Jelonek w Gnieźnie. V Krajowa Konf. Nauk.-Techn. „Ochrona i rekultywacja jezior”. Grudziądz, 11-13 V 2004. Wyd. Polskie Zrzeszenie InŜynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Toruń: 55-63.

K IM L.-H., CHOI E., STENSTROM M.K. 2003. Sediment characteristics, phosphorus types and phosphorus release rates between river and lake sediments. Chemosphere 50: 53-61.

KONIECZNY R. 2006. Sztuczne napowietrzanie jezior Polski w technologii aeracji pul-weryzacyjnej. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie 4(411): 182-184.

SIUTA J. 2006. Natlenianie w ochronie i uŜytkowaniu środowiska - panorama zagadnień. InŜynieria Ekologiczna 14: 7-11.

Słowa kluczowe: aeracja pulweryzacyjna, jeziora, tlen, temperatura Streszczenie

W opracowaniu dokonano analizy tlenowych i termicznych zmian wód jeziora Zamkowego poddanych sztucznemu napowietrzaniu w tzw. technologii aeracji pulweryzacyjnej. Badania realizowano w okresie wegetacyjnym w latach 2004-2005 w pionowym słupie wody trzech głębokości: 36,5; 30; 18 m oraz w profilu systemu aeratora pulweryzacyjnego. Analiza wyników wykazała poprawę stanu natlenienia wód jeziora, średnio od 1 do ponad 1,5 mg⋅dm-3.


395

PULVERIZING AERATION OF WATERS IN ZAMKOWE LAKE Ryszard Konieczny Western Pomeranian Research Centre in Szczecin, Institute for Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty Key words: pulverizic aeration, lakes, oxygen, temperature Summary

The paper presents the analysis of oxygen-thermal changes of Zamkowe Lake waters after artificial aeration using pulverizing aeration technology. Investigations were carried out during the vegetation period in a 2004-2005 in vertical water columns (profiles) at three depths: 36.5; 30; 18 m and in profile under pulverizing aerator system. Data analysis showed the improvement of water oxidation, from 1 to over 1.5 mg⋅dm-3, on the average. Dr inŜ. Ryszard Konieczny Zachodniopomorski Ośrodek Badawczy w Szczecinie Instytut Melioracji i UŜytków Zielonych w Falentach ul. Czesława 9 71-504 SZCZECIN e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 397-402 PROGRAM REWITALIZACJI GOSPODARCZEJ OBSZARU DELTY WISŁY I ZALEWU WI ŚLANEGO Piotr Kowalik Katedra InŜynierii Sanitarnej, Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska, Gdańsk Wstęp

Opracowanie dotyczące rewitalizacji obszaru delty Wisły i Zalewu Wiślanego powstało w okresie jednego roku (2005-2006) w wyniku intensywnej pracy zespołu autorskiego powołanego z pracowników Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Uniwersytetu Gdańskiego, Uniwersytetu Emanuela Kanta w Kaliningradzie, Politechniki Gdańskiej, Państwowej WyŜszej Szkoły Zawodowej w Elblągu, Państwowego Ośrodka Doradztwa Rolniczego w Starym Polu, pracowników organów samorządowych z województwa pomorskiego i województwa warmińsko-mazurskiego, Departamentu Gospodarki Wodnej Ministerstwa Środowiska, Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gdańsku, Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych w Gdańsku i w Elblągu oraz samodzielnych ekspertów. NaleŜy podkreślić, Ŝe praca tak licznego zespołu układała się harmonijnie, terminowo i merytorycznie. Większość posiedzeń zespołów roboczych odbywała się w siedzibie PODR Stare Pole, gdzie istnieje znakomite zaplecze dla tego typu działań. Wyniki i dyskusja

Praca odbywała się pod kierunkiem Zespołu Zarządzającego (Jacek Głowacz, Tomasz Piłat, Bogdan Szymanowski, Ewa Zielińska). Powołane zostały trzy zespoły robocze, które wspierane były przez grupę ekspertów. Całością koordynował prof. Piotr Kowalik (Politechnika Gdańska). Autorstwo opracowania spoczywa na trzech zespołach roboczych wspomaganych przez pracę kilkunastu ekspertów, jako konsultantów i współautorów. Były to zespoły: (a) zespół roboczy ds. gospodarki, w tym rolnictwa, przemysłu i usług (koordynator:

Bogusław RonŜewski); (b) zespół roboczy ds. zabezpieczenia przeciwpowodziowego, melioracji i dróg

wodnych (koordynator: Wacław Kasprzykowski); (c) zespół roboczy ds. infrastruktury, ładu przestrzennego i ochrony środowiska

(koordynator: Ewa Szymańska).

Całość prac posiadała znakomite zabezpieczenie logistyczne ze strony p. dy-rektora PODR w Starym Polu mgr. inŜ. Zygmunta Kiersza i jego zastępcy pani mgr inŜ. Teresy Krakowskiej.

Opracowanie dotyczące rewitalizacji obszaru Delty Wisły i Zalewu Wiślanego jest pierwszym tego typu opracowaniem w historii, poniewaŜ nigdy przedtem nie

P. Kowalik

398

uŜywano pojęcia „rewitalizacja”, ani nie rozszerzano tematyki na całą deltę Wisły z gminami przyległymi i na cały Zalew Wiślany, z jego częścią polską i częścią rosyjską [KOWALIK i in. 2006].

Opracowanie składa się z dwóch części: część pierwsza nazwana moŜe być częścią diagnostyczną, część druga to wspomaganie przyszłych decyzji. Nie naleŜy zapominać, Ŝe przyszłe decyzje będą w mniejszym czy większym stopniu dofinan-sowywane z róŜnych środków Unii Europejskiej, a ekspertyza powstała w wyniku wsparcia finansowego Unii w dziedzinie współpracy transgranicznej polsko-rosyjskiej, dotyczącej współpracy obwodu kaliningradzkiego, województwa pomorskiego i województwa warmińsko-mazurskiego.

W pierwszej części opracowania moŜna znaleźć dane o dotychczasowych dokumentach planistyczno-przestrzennych, dotyczących delty Wisły i Zalewu Wiś-lanego. Pojawia się teŜ rozdział pt. „Diagnoza”, gdzie omawia się zabezpieczenie przeciwpowodziowe, rolnictwo, przemysł, usługi oraz budŜet. Przedstawiono teŜ analizę SWAT, omawiającą słabe i silne strony regionu. Poddano teŜ analizie bariery rozwojowe w sferze gospodarczej, społecznej, ochrony środowiska naturalnego, ładu przestrzennego oraz w sferze prawnej.

W drugiej części omawia się potencjalne decyzje i ich konsekwencje. Roz-poczyna się od omówienia krajowych i unijnych programów wsparcia rozwoju społeczno-gospodarczego, jak teŜ formułuje się cele i priorytety działań w oparciu o analizę ekspertową. Nie było moŜliwości czasowych, aby szerzej rozwinąć jakiekolwiek badania ankietowe, sięgnięto jedynie do opinii gmin i powiatów oraz kompetentnych ekspertów. Pod koniec opracowania pojawia się rozdział pt. „Metodologia oceny oddziaływania inwestycji na pobudzanie rozwoju regionalnego”, jak teŜ „Główne zadania zawarte w programie”. Podaje się teŜ zestawienie projektowanych zadań (tzw. fisze zadań), które mogą stanowić wykaz proponowanych priorytetów i mogą być duŜą pomocą przy ubieganiu się o nowe środki pomocowe z Unii Europejskiej, zgodnie z proponowanymi priorytetami.

Cała ekspertyza dotycząca rewitalizacji nastawiona jest na wspomaganie potencjalnych decyzji samorządów dotyczących kierunków inwestowania i potrzebnych w tym celu środków. Oczywiście dominują tu zamierzenia dotyczące infrastruktury (melioracje wodne, zabezpieczenie przeciwpowodziowe, szlaki wodne, wodociągi, kanalizacje, wysypiska odpadów, drogi, gazociągi, sieć elektroenergetyczna i łącznościowa), ale są teŜ propozycje dotyczące rozwijania zasobów ludzkich oraz gospodarki. Tym niemniej na pierwszym miejscu stawia się działania dotyczące zabezpieczenia istnienia terenu przed zalaniem wodą i podtopieniem, a następnie wskazuje się na działania gospodarcze (rolnicze i przemysłowe) i na konieczność inwestowania w zasoby ludzkie (nauka, oświata, zdrowie, sport, turystyka, zwalczanie bezrobocia, aktywizacja społeczna i przeciwdziałanie wykluczeniu społecznemu).

W zakresie inwestowania w infrastrukturę melioracyjną i przeciwpowodziową, opracowanie wskazuje na potrzebę utrzymania flotylli lodołamaczy na Wiśle, podwyŜszenia i uszczelnienia wałów przeciwpowodziowych, utrzymania droŜności koryt rzek i kanałów, odpowiedniego stanu pompowni odwadniających i sieci rowów i kanałów. Omawia się teŜ zagadnienie budowy nowych wrót przeciwsztormowych, zwłaszcza od strony Zalewu Wiślanego oraz zagadnienie powiększania pojemności zbiorników wody przed pompowniami. Powinny być teŜ promowane działania, polegające na ułatwieniu spływu powierzchniowego wody z pól do rowów, zwłaszcza idei orki polderowej, profilującej powierzchnię pól na wzór powierzchni dachowych, z wypiętrzonym środkiem pola i spadkami powierzchni terenu w kierunku rowów (tzw. orka „w skład”). NaleŜy teŜ podkreślić, Ŝe rowy na terenie delty Wisły zawsze stanowiły nie tylko element odwodnieniowy, ale równieŜ zastępowały miedze i były zawsze granicą poszczególnych pól i gospodarstw. Często pola miały dość ograniczony

PROGRAM REWITALIZACJI GOSPODARCZEJ ...

399

wymiar, np. 30 × 30 m, a rowy je otaczające były tu zawsze integralną częścią infrastruktury melioracyjnej i nie wolno lansować poglądów, Ŝe pola są tutaj za małe. Są one po prostu takie jak potrzeba, a idea „samolikwidacji” rowów czy powiększania pól jest z natury rzeczy błędna.

W dziedzinie rolniczej bardzo interesujące są opinie o potencjalnych moŜli-wościach produkcyjnych gleb Ŝuławskich. Wskazuje się, Ŝe plony pszenicy osiągnęły tu w roku 2004 poziom 6,28 t ziarna na hektar, przy średnim poziomie plonów w Polsce wynoszącym 4,28 t ziarna pszenicy na hektar, a w Holandii 8,86 t ziarna⋅ha-1. Podobnie wysokie plony dają buraki cukrowe i rzepak, a najwyŜsze uŜytki zielone. Niestety zanika udział uŜytków zielonych w płodozmianie Ŝuławskim, co jest zjawiskiem nagannym i negatywnym. Równocześnie na terenie tym zamieszkuje 44 000 bezrobotnych, co świadczy o niskiej rentowności plonów w rolnictwie, jak teŜ o nikłym rozwoju działalności pozarolniczej na wsi w tym regionie, zwłaszcza braku agroturystyki nad brzegami rzek i kanałów oraz braku poczynań agroenergetycznych, nastawionych na rozwój agrociepłowni, agrorafinerii i agroelektrowni.

Szczególnie waŜne jest usuwanie barier pojawiających się w dziedzinie prawnej. Potrzebne są nowe postanowienia prawa wodnego, zgodne z unijną dyrektywą powodziową. NaleŜy przyspieszyć prace legislacyjne nad prawem ochrony środowiska, prawem ochrony zabytków, prawem ubezpieczeniowym etc. Konieczne jest teŜ dalsze rozwijanie „kodu dobrej praktyki rolniczej” zarówno w dziedzinie produkcji roślinnej, jak i zwierzęcej.

MoŜna posłuŜyć się tu przykładem rozwiązań agroturystycznych, rozwijanych na wielu polderach holenderskich. Pierwotnie poldery te miały słuŜyć produkcji rolniczej, potem nastała moda na zagospodarowanie przemysłowe (industrializacja i urbanizacja na polderach), ale obecnie wskazuje się, Ŝe największe dochody czerpać moŜna z turystyki na polderach. Lokalizacja, pojemność i wyposaŜenie decydują o rozwoju agroturystyki. Ludność w mieście ma coraz wyŜsze dochody finansowe i coraz chętniej podróŜuje, zwłaszcza w odległości do 50 km od miejsca zamieszkania, poszukując zbiorników wodnych, malowniczych dróg, ścieŜek rowerowych, tras spacerowych, miejsc do wiosłowania, uprawiania sportu i piknikowania. W Holandii w okresie lata w weekendy wyjeŜdŜa w teren 10% całej populacji ludności miejskiej, z czego 60% poszukuje kontaktu z naturą, 30% odwiedza rodzinę na wsi, 4% uprawia sport w terenie, a 6% posiada liczne inne zainteresowania.

Analiza rozwoju agroturystyki delty Wisły i Zalewu Wiślanego wymaga od-powiedzi na dwa pytania: (1) jaka jest oferta, czyli fizjografia i wyposaŜenie oraz (2) jakie jest zapotrzebowanie, czyli jaka część populacji miejskiej jest gotowa do wyjazdów w teren? Wśród walorów fizjograficznych poszukuje się walorów mikro-klimatycznych, typu wegetacji leśnej, rzeźby terenu, układu pól, występowania obszarów pokrytych lustrem wody, obszarów zabudowanych, zabytków kultury i techniki, rezerwatów flory i fauny etc. Badania nad zachowaniem się turystów w terenie w Holandii wskazują, Ŝe najwaŜniejsze motywy uprawiania agroturystyki to podróŜe samochodem dla przyjemności, rekreacja na wodzie i nadwodna, wędkowanie i spacery w terenie. Turyści wykazują chęć płacenia za atrakcje turystyczne, które podnoszą ich poczucie szczęścia i poczucie zdrowia, nie mówiąc juŜ o podnoszeniu produktywności pracowników wypoczętych i zadowolonych. Oczywiście naleŜy przeprowadzić inwentaryzację obecnego ruchu turystycznego (głównie wodniacy i wędkarze) i wskazać, jakie wyposaŜenie bazy turystycznej jest najczęściej odwiedzane przez ludność miejską. Szacuje się, Ŝe przez obszar delty wiślanej przepływa rocznie ponad 40 tys. turystów wodnych, natomiast około 4 tys. wędkarzy spędza tu weekendy. Brzegi rzek, kanałów, a nawet rowów melioracyjnych mogą być bardzo atrakcyjnym miejscem dla turystyki weekendowej i pobytowej. Po modzie na rolnictwo i po modzie

P. Kowalik

400

na przemysł, obecnie obserwuje się na świecie wzrastającą modę na turystykę, która w wielu regionach stanowi dominujący czynnik rozwoju gospodarczego i społecznego.

Zwrócić naleŜy uwagę na to, jakie mogą być oddziaływania inwestycji na pobudzanie rozwoju regionalnego. Jest to bardzo trudny temat, słabo rozpoznany i nieposiadający dostatecznej bazy empirycznej. Tym niemniej podejście ekspertowe pozwoliło na opracowanie występujących tu priorytetów. Jest to więc system wspomagania decyzji (ang. Decision Support System - DSS), jedna z najtrudniejszych dziedzin współczesnej nauki. Wskazuje się, Ŝe problem znajduje się na styku oddziaływania gospodarki, bezpieczeństwa, rozwoju cywilizacyjnego i innowacyjności. Bezpieczeństwo sprowadza się tu do bezpieczeństwa przeciwpowodziowego i ekologicznego, rozwój gospodarczy to zwiększenie poziomu zatrudnienia, wzrost kapitału podmiotów gospodarczych, wzrost zaawansowanych technologii w gospodarce, konkurencyjność podmiotów gospodarczych, wzrost atrakcyjności inwestowania. Rozwój cywilizacyjny polegać ma na wzroście poziomu i jakości Ŝycia, wzroście udziału ludności o wysokich kwalifikacjach, na poprawie ochrony środowiska, wzroście aktywności i mobilności mieszkańców, wzroście walorów turystyczno-rekreacyjnych i atrakcyjności osiedleńczej.

Powstały tzw. listy rankingowe potencjalnych działań, które mogą być podstawą do decyzji politycznych władz regionu i do decyzji inwestycyjnych na szczeblu samorządowym i rządowym. Wskazuje się, Ŝe największe efekty pobudzające rozwój regionalny delty Wisły to inwestycje w komunikacje drogową – budowę autostrady A1 i przejść granicznych polsko-rosyjskich do Kaliningradu. DuŜe znaczenie ma teŜ rozbudowa infrastruktury drogowej, kolejowej i wodnej w regionie. Potrzebne są teŜ inwestycje w rozwój przedsiębiorczości oraz działania zwalczające bezrobocie, jak teŜ przebudowa infrastruktury energetycznej i łącznościowej. W dziedzinie rozwijania zasobów ludzkich potrzebne są działania naukowe, szkoleniowe, edukacyjne, prozdrowotne, jak teŜ nastawione na rozwój turystyki i rekreacji. Proponuje się teŜ inwestycje gospodarcze w produkcję rolną i w przetwórstwo rolno-spoŜywcze, jak teŜ w działalność pozarolniczą na wsi, m.in. agroenergetykę (wiklina, rzepak, spirytus, biogaz) i przetwórstwo drewna, mające rozbudowaną bazę produkcyjną na śuławach. Wnioski

Podać moŜna listy potencjalnych inwestycji gmin, powiatów i województw, których koszt przekracza kilkadziesiąt miliardów euro, ale które wydają się realistyczne i skłaniające do myślenia, działania i kształtowania lepszej przyszłości.

Obszar delty Wisły i Zalewu Wiślanego ma przed sobą dwie drogi rozwojowe: (a) albo wzorować się na Holandii z niezwykle intensywnym rolnictwem; (b) albo wzorować się na przedwojennym Polesiu z bardzo ekstensywną gospodarką,

ale z licznymi obszarami pokrytymi wodą i naturalną dziką roślinnością szuwarowo-błotną.

Wygląda na to, Ŝe trzeba będzie połączyć te dwa modele – brzegi zbiorników

wodnych, rzek i kanałów przeznaczyć na turystykę i rekreację, a wnętrza polderów nadal wykorzystywać do najlepszej w Polsce produkcji roślinnej i zwierzęcej.

NaleŜy przede wszystkim poznać preferencje zgłaszane przez społeczności lokalne i popierać ich aspiracje i ambicje rozwojowe. Literatura

PROGRAM REWITALIZACJI GOSPODARCZEJ ...

401

KOWALIK P. (Red.), DRWAL J., KOC J., MARKS M., NOWICKI J., PIA ŚCIK H., TWORKOW SKI J., KORNEEVETS V., JOUKOVSKIJ I., L IZI ŃSKI T., PANKAU F., ZAUCHA J., BOCHEŃSKI J., HAJDACZUK AQ., KASPRZYKOWSKI W., K IERSZ Z., OLECH S., PTAK Z., RONśEWSKI B., SA-MULOWSKI W., SZYMA ŃSKA E. 2006. Program rewitalizacji gospodarczej obszaru delty Wisły i Zalewu Wiślanego. Urząd Marszałkowski Województwa Pomorskiego (Gdańsk) i Urząd Marszałkowski Województwa Warmińsko-Mazurskiego (Olsztyn): 222 ss.

Słowa kluczowe: delta Wisły, Zalew Wiślany, rewitalizacja gospodarcza, zabiegi

przeciwpowodziowe, agroturystyka Streszczenie

Opracowanie dotyczy rewitalizacji obszaru delty Wisły i Zalewu Wiślanego. Opracowanie składa się z dwóch części: część pierwsza nazwana moŜe być częścią diagnostyczną, część druga to wspomaganie przyszłych decyzji. Omawia się zabez-pieczenie przeciwpowodziowe, rolnictwo, przemysł, usługi oraz budŜet. Przedstawiono silne i słabe strony regionu i omówiono bariery rozwojowe. Wskazano na priorytetowe działania i inwestycje w regionie. PROGRAMME OF REVITALIZATION OF THE AREA OF THE DELTA OF THE VISTULA RIVER AND VISTULA LAGOON Piotr Kowalik Department of Sanitary Engineering, Gdansk University of Technology, Gdańsk Key words: Vistula delta, Vistula Lagoon, revitalization, flood protection,

agroturism Summary

Strategy of the revitalization of the area of the Vistula Delta and surrounding of the Vistula Lagoon is presented and discussed. The first part of the text is describing the diagnostic situation, the second part is indicating possible decisions, mainly investments. The highest priority is given to the flood protection of the area, but some problems of agriculture, industry, services and finance are described as well. The weak and strong points of the area are presented as well as the barriers of the possible development. The priorities of the future actions and investments are presented at the end of the paper. Prof. dr hab. Piotr Kowalik Katedra InŜynierii Sanitarnej Politechnika Gdańska ul. Narutowicza 11 80-952 GDAŃSK WRZESZCZ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 403-408 MONITORING WÓD PODZIEMENYCH PO POWODZI Z LIPCA 1997 ROKU NA TERENIE LE ŚNYM ODRZAŃSKIEGO POLDERU LIPKI-OŁAWA 1 Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Lasy regulują obieg wody, a przez to retencję, wyrównują odpływ i przedłuŜają czas zasilania podłoŜa i cieków. Wpływają w znacznym stopniu na bilans wodny zlewni. Na terenach polderowych, których czasze porastają siedliska leśne, wahania zwierciadła wód gruntowych mogą być dość znaczne, a przez to gospodarka wodna utrudniona, szczególnie w okresie wegetacyjnym. Ze względu na tą specyfikę, tereny te są ciekawym obiektem badań. Gospodarka wodna na terenach zalewowych jest bardzo trudna i często stwarza konflikty. Tereny leśne, połoŜone na terenach polderowych, które nie są cyklicznie zalewane, uboŜeją. ObniŜa się poziom zwierciadła wód gruntowych, co w konsekwencji powoduje powolne, ale dość znaczne róŜnicowanie się tych siedlisk wzdłuŜ koryta rzek. Poza tym, nieprzemyślane pod kątem ekologicznym projekty hydrotechniczne, realizowane w ramach ochrony przeciwpowodziowej kraju na większych rzekach Polski, mogą - w perspektywie czasu - przynieść istotne zmiany w reŜimie rzek, przez co – stanowią istotne zagroŜenie dla środowiska dolin rzecznych i w konsekwencji dla całych porastających je siedlisk powodując trudne do odwrócenia zmiany.

Celem badań było przedstawienie dynamiki zmian połoŜenia wód podziemnych na terenach zalewowych po katastrofalnej powodzi z lipca 1997 roku na terenie lasów wilgotnych naleŜących do sieci NATURA 2000. Materiał i metody badań


Obszar odrzańskiego polderu Lipki-Oława połoŜony jest we wschodniej części województwa dolnośląskiego, między rzeką Odrą (w km od 205+700 do 223+000) a rzeką Smortawą. Pojemność maksymalna polderu wynosi 38,0 mln m3 wody, a całkowita powierzchnia zalewu blisko 3000 ha. Jest to typowy polder przepływowy, z dwoma ciekami – Lichawą i Otocznicą, otoczony z trzech stron wałami

A. Krzemińska

404

przeciwpowodziowymi (rys. 1). Roczna suma opadów atmosferycznych wynosi tu około 590 mm, z maksimum w lipcu (około 89 mm) i minimum w styczniu (około 30 mm). Na terenie polderu występują gleby brunatne z widocznym oglejeniem. Według klasyfikacji przyrodniczo-leśnej Mroczkiewicza obszar ten wchodzi w skład 2 Dzielnicy Wzgórz Dolnośląskich, zwanej Kotliną Wrocławską, naleŜącą do V Kotliny Śląskiej. Omawiany obszar jest bardzo cenny ze względów przyrodniczych. Wchodzi w skład obszarów wyznaczonych do objęcia ochroną w ramach projektowanego Parku Krajobrazowego „Dolina Odry II”, będąc jednym z elementów korytarza ekologicznego Odry szczególnie cennego dla herpeto- i ornitofauny [KRZEMIŃSKA 2002]. Znajdują się tu 3 rezerwaty przyrody (Kanigóra, Zwierzyniec i Grodziska Ryczyńskie) [ANIOŁ-KWIATKOWSKA 1995a, b; ANIOŁ-KWIATKOWSKA, WERETELNIK 1995]. Większa część polderu pokryta jest lasami o najwyŜszych walorach ekologicznych, z widoczną strefowością występowania siedlisk wilgotnych. Na terenie polderu dominuje grąd niski i wysoki, ale równieŜ znaleźć tu moŜna resztki łęgów. W obrębie zbiorowisk leśnych swoje sta-nowiska mają liczne gatunki objęte ochroną ścisłą [KRZEMIŃSKA i in. 2003].

W związku ze znacznymi zmianami, jakie zachodzą w środowisku przyrod-niczym dolin rzecznych, a szczególnie na obszarach polderowych, stała kontrola amplitud wahania zwierciadła wody wydaje się niezbędna [KRZEMIŃSKA 2008]. Dlatego teŜ począwszy od 1997 roku, na badanym obszarze załoŜono sieć monitoringu lokalnego, który dotyczył nie tylko wód podziemnych, ale równieŜ powierzchniowych (rys. 1). W niniejszym artykule przedstawione zostaną informacje i wyniki badań dotyczące wód podziemnych. Rys. 1. Mapa sytuacyjna terenu badań z zaznaczoną siecią monitoringu lokalnego Fig. 1. The map of study area with local monitoring network

Monitoring wód podziemnych obejmuje cotygodniowe pomiary stanów wody w sieci 10 studzienek piezometrycznych, z których 9 usytuowanych jest na terenie leśnym polderu, natomiast jedną studzienkę umieszczono poza wałami, w części północnej, pomiędzy wałem a rzeką Smortawą (rys. 1). Studzienki rozmieszczono w trzech ciągach pomiarowych zainstalowanych na głębokości 3,5-4,0 m i zafiltrowanych na wysokości

ODRA

SMORTAWA

Lichawa

Otocznica

Kan

ał R

yczyń

ski

P5

P6

P7

P9

P8

P4

P3P2

P1

P10

Legenda; Legend piezometry; piesometrics rzeki; rivers wał polderowy polder embankments linie graniczne oddziałów leśnych border-line forests sections przekrój hydrometryczny i hydrochemiczny hydrochemical and discharge section line lasy; forests

N

MONITORING WÓD PODZIEMENYCH PO POWODZI ...

405

1,5 m. Analizę statystyczną wykonano korzystając z programu Statistica 7. Wyniki i dyskusja

Badania terenowe przeprowadzone w latach 1997-2000 pozwoliły na analizę i ocenę dynamiki zmian zwierciadła wód gruntowych na obszarze leśnym polderu. Obserwacje prowadzono w dziesięsiu studzienkach piezometrycznych. Jak wykazały badania, średni stan zwierciadła wody na omawianym terenie w całym okresie badawczym wahał się w przedziale od 45 cm p.p.t. (P4) w roku hydrologicznym 1998/99, do 246 cm p.p.t. (P9) w roku hydrologicznym 1997/98. Największe amplitudy wahań zalegania zwierciadła wód podziemnych obserwowano w części polderu, która połoŜona była najbliŜej koryta Odry, tj. w piezometrach nr: 1, 4 i 9 (rys. 2), natomiast najmniejsze w części północno-zachodniej – piezometr nr 10. Wahania wód podziemnych ulegały zmianie w kolejnych latach po powodzi. W roku 1997/98 i 1998/99 obserwowano największe amplitudy wahania zwierciadła wód, szczególnie w piezometrach połoŜonych najbliŜej koryta Odry, co wiązać moŜna z drenowaniem tego obszaru przez Odrę [KRZEMIŃSKA i in. 1999; ADYNKIEWICZ-PIRAGAS, KRZEMIŃSKA 2003]. Dopiero w trzy lata po powodzi, amplituda wahań zwierciadła wód podziemnych ulega wyraźnemu zmniejszeniu. NaleŜy w tym miejscu wspomnieć o wycince drzewostanów na terenie polderu. Po powodzi, szczególnie przez pierwsze dwa lata, ze względu na bardzo duŜe uszkodzenia drzewostanu wycięciu poddawano nawet całe oddziały leśne, co w zasadniczy sposób miało wpływ na wielkość wahań połoŜenia zwierciadła wód podziemnych. Z trzyletnich obserwacji wynika, Ŝe w większości piezometrów (60%) zwierciadło wód podziemnych, wg skali OBMIŃSKIEGO [1960], zalegało na tym obszarze w strefie stanów dość niskich – mało korzystnych dla siedlisk wilgotnych, 20% w strefie stanów bardzo niskich [KRZEMIŃSKA i in. 2003], co uwidacznia skalę problemu na tym obszarze. Poza tym, w wyniku wieloletniej suszy hydrologicznej, poziom wód podziemnych na obszarze nadodrzańskich lasów obniŜył się średnio o 80 cm [KRZEMIŃSKA 2002], zachodzi więc potrzeba monitorowania dynamiki zmian zasobów wodnych w pradolinie Odry.

Przed II wojną światową istniał na tym terenie dobrze zorganizowany system urządzeń melioracyjnych, mający za zadanie sterowanie wodą na obszarze polderu, aby podczas braku zalewów utrzymywać wysokie stany wód podziemnych ze względu na jakość siedliska, które miało być odporne na zalewanie (lasy łęgowe). W czasie większej wycinki drzewostanów (był i jest to obszar z intensywną gospodarką leśną) sterowano wodą w taki sposób, aby nie doprowadzić do nadmiernych wahań zwierciadła wód podziemnych i utrzymywania drzewostanów w komfortowych warunkach wilgotnościowych [KRZEMIŃSKA 2002; KRZEMIŃSKA i in. 2003]. Obecnie, system rowów melioracyjnych jest w złym stanie technicznym, a brak moŜliwości sterowania wodą na tym obszarze stwarza duŜe problemy z kontrolowaniem odpływu, a co za tym idzie retencją.

1997/98

1998/99

cm p

.p.t.

; cm

b.g

.l

A. Krzemińska

406

największe amplitudy wahań zwierciadła wody largest amplitudes of water level fluctuations

Rys. 2. Charakterystyczne stany wód podziemnych na terenie polderu Lipki-Oława w latach 1997-2000

Fig. 2. Characteristic of underground water levels in the Lipki-Oława floodplain during the

years 1997-2000 Wnioski

Monitoring wód podziemnych w rejonie polderu Lipki-Oława obejmuje swym zasięgiem obszar NATURA 2000, jak równieŜ teren projektowanego parku krajobrazowego „Dolina Odry II”, a przez to stanowi waŜny składnik gospodarki wodnej na terenach cennych ekologicznie. Z przyrodniczego punktu widzenia obszar polderu z siedliskami lasów połęgowych stanowi jedno z najbogatszych stanowisk pod względem bioróŜnorodności, dlatego tak waŜne jest rozpoznanie i sterowanie

cm p

.p.t.

; cm

b.g

.l cm

p.p

.t.; c

m b

.g.l

Maks.; Max. Min.

Maks.; Max. Min. 75% 25%

Maks.; Max. Min. 75% 25% Mediana

Median

Mediana Median

Mediana Median

MONITORING WÓD PODZIEMENYCH PO POWODZI ...

407

moŜliwościami retencyjnymi tego obszaru. W oparciu o badania prowadzone dla tego obszaru w latach 1997-2000 moŜna

wysnuć następujące wnioski: 1. Największe wahania zwierciadła wód podziemnych na polderze Lipki-Oława

obserwowano w części przykorytowej Odry we wszystkich latach badawczych. Natomiast największe wahania wystąpiły w dwa lata po powodzi.

2. Zwierciadło wód podziemnych wg skali Obmińskiego zalegało w większości w

strefie stanów dość niskich (60%) i w strefie stanów bardzo niskich (20%), co w perspektywie czasu moŜe mieć duŜy wpływ na jakość siedlisk na tym obszarze. Natomiast w dwa lata po powodzi w większości w strefie stanów średnich.

3. Na wielkość amplitud wahania zwierciadła wód podziemnych na terenie polderu

Lipki-Oława miała równieŜ wpływ nadmierna wycinka drzewostanów – co uwidoczniło się szczególnie w roku 1998/99, czego efektem było zmniejszenie moŜliwości retencyjnych polderu.

4. W celu zwiększenia retencyjności polderu Lipki-Oława postulowana jest

odbudowa istniejącej przed II wojną światową sieci melioracyjnej na tym obszarze, co pośrednio moŜe mieć wpływ na jakość siedlisk.

Literatura ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., KRZEMI ŃSKA A. 2003. Monitoring zasobów wodnych w pra-dolinie Odry na odcinku od Lipek do Oławy. Materiały IX Międzynarodowej Kon-ferencja Naukowo-Technicznej „Problemy ochrony zasobów wodnych w dorzeczu Odry”. Duszniki Zdrój, 25-28 V 2003 r.: 229-237.

ANIOŁ -KWIATKOWSKA J. 1995a. Roślinność rezerwatu Grodziska Ryczyńskie. Prace Botaniczne LXII, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław: 39-51. ANIOŁ -KWIATKOWSKA J. 1995b. Flora i roślinność rezerwatu „Zwierzyniec” koło Oławy. Prace Botaniczne LXII, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław: 288-303. ANIOŁ -KWIATKOWSKA J., WERETELNIK E. 1995. Flora i roślinność rezerwatu „Kanigó-ra” . Prace Botaniczne LXII, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław: 67-78.

KRZEMI ŃSKA A. 2002. Wpływ czynnika wodnego na warunki siedliskowe terenów leśnych odrzańskiego polderu Lipki-Oława. Rozprawa doktorska, Akademia Rolnicza we Wrocławiu, maszynopis.

KRZEMI ŃSKA A. 2008. Zmiany odczynu wód powierzchniowych i podziemnych w leśnych zlewniach badawczych połoŜonych na terenie odrzańskiego polderu Lipki-Oława. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 409-416.

KRZEMI ŃSKA A., ADYNKIEWICZ- PIRAGAS M., DRABIŃSKI A. 1999. Investigation of changes in natural environment on the example Odra river marginal stream valley in the Lipki-Oława polder area, Roczniki AR w Poznaniu CCCX, Melioracje, InŜynieria Środowiska 20, cz. I, Poznań: 151-164. KRZEMI ŃSKA A., MODELSKA M., DRABIŃSKI A. 2003. Ochrona przeciwpowodziowa a gospodarka leśna na przepływowych polderach zalewowych na przykładzie odrzań-skiego polderu Lipki-Oława. Mat. IX Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Problemy ochrony zasobów wodnych w dorzeczu Odry”. Duszniki Zdrój, 25-28 V 2003 r.: 229-237.

OBMI ŃSKI Z. 1960. Badania nad wahaniami poziomu wód gruntowych, w niektórych biotopach Białowieskiego Parku Narodowego”. Prace IBL, nr 201.

A. Krzemińska

408

Słowa kluczowe: polder, wody podziemne, monitoring lokalny Streszczenie

Monitoring wód podziemnych na terenach polderowych jest bardzo istotny ze względu na gospodarkę wodną na tych obszarach. Poldery porośnięte lasami, gdzie prowadzona jest intensywna gospodarka leśna, są szczególnym przypadkiem obszarów zalewowych, będących często kością niezgody pomiędzy leśnikami, hydrotechnikami i ekologiami. Niniejszy artykuł opisuje załoŜoną na obszarze odrzańskiego polderu Lipki-Oława sieć monitoringu wód podziemnych i wyników pomiarów stanów wody. GROUNDWATER MONITORING IN THE SYLVAN AREA OF THE LIPKI-OŁAWA POLDER IN THE ODRA RIVER BASIN Alicja Krzemińska Institute of Landscape Architecture, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: polder, groundwater, local monitoring Summary

Groundwater monitoring in the flooded polders is essential in view of water management in these areas. Polders covered with forest, where the intensive silviculture is managed, are special type of flooded areas. They are often the reason for disagreement between foresters, hydrotechnicians and ecologists. The article describes a local monitoring network in the area of the Lipki-Oława polder in the Odra river basin and presents the results of measurement of groundwater levels. Dr Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24A 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 409-416 ZMIANY ODCZYNU WÓD POWIERZCHNIOWYCH I PODZIEMNYCH W LE ŚNYCH ZLEWNIACH BADAWCZYCH POŁOśONYCH NA TERENIE ODRZAŃSKIEGO POLDERU LIPKI-OŁAWA 1 Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Powódź, która dotknęła Polskę w lipcu 1997 roku, była przyczyną róŜnorodnych przeobraŜeń w środowisku leśnym, dotyczącym nie tylko drzewostanów i gleb, ale równieŜ jakości wód powierzchniowych, jak i podziemnych. W województwie dolnośląskim zalanych zostało wiele powierzchni leśnych, w tym cenne lasy połoŜone na polderach zalewowych w środkowej części doliny Odry. Przykładem takiego obszaru jest odrzański polder Lipki-Oława, który został całkowicie zalany na około trzy tygodnie. Zalanie wodami powodziowymi przez tak długi czas i ich długotrwała stagnacja dla ekosystemu leśnego miała wymiar klęskowy [GORZELAK, SIEROTA (red.) 1999; KRZEMIŃSKA, DRABIŃSKI 2003]. Wody powodziowe, przechodzące przez tereny zalewowe, mają róŜny odczyn – najczęściej są kwaśne, przez co stanowić mogą źródło skaŜenia wód powierzchniowych i podziemnych. ObniŜenie odczynu wód moŜe pośrednio wpływać na zdolność przyswajania makro- i mikroelementów przez korzenie drzew, a przez to w perspektywie czasu moŜe być przyczyną zamian w siedliskach leśnych. Po powodzi z 1997 roku w wodach podziemnych i powierzchniowych na terenie zlewni leśnych przepływowego polderu Lipki-Oława, obserwowano duŜe amplitudy wahań odczynu wody, dlatego w niniejszym artykule prześledzony zostanie ten problem w trzech kolejnych latach po powodzi [KRZEMIŃSKA 2008]. Materiały i metody badań


Obszar badań stanowią dwie zlewnie połoŜone na obszarze odrzańskiego polderu Lipki-Oława, który połoŜony jest w województwie dolnośląskim pomiędzy rzeką Odrą (w km od 205+700 do 223+000) a rzeką Smotrawą (rys. 1). Pojemność maksymalna polderu wynosi 38,0 mln m3 wody, a całkowita powierzchnia zalewu blisko 3000 ha. Obszar leśny całego polderu wynosi 2004 ha [KRZEMIŃSKA i in. 1999; KRZEMIŃSKA 2002; KRZEMIŃSKA i in. 2003; KRZEMIŃSKA i in. 2003]. Roczna suma opadów atmosferycznych na

A. Krzemińska

410

tym terenie wynosi około 590 mm, z maksimum w lipcu (około 89 mm) i minimum w styczniu (około 30 mm) [KRZEMIŃSKA 2002; ADYNKIEWICZ-PIRAGAS, KRZEMIŃSKA 2003]. Na terenie obu zlewni, występują gleby brunatne z widocznym olejeniem. Według klasyfikacji przyrodniczo-leśnej Mroczkiewicza obszar ten wchodzi w skład 2 Dzielnicy Wzgórz Dolnośląskich, zwanej Kotliną Wrocławską, naleŜącą do V Kotliny Śląskiej. Lasy na tym terenie naleŜą do Leśnictwa Oława i Bystrzyca. Obie zlewnie naleŜą do obszarów bardzo cennych przyrodniczo, są częścią projektowanego Parku Krajobrazowego „Dolina Odry II” [KRZEMIŃSKA 2002]. Znajdują się tu 3 rezerwaty przyrody (Kanigóra, Zwierzyniec i Grodziska Ryczyńskie).

Rys. 1. Obszar badań - mapa sytuacyjna Fig. 1. Research area – location map

W ramach monitoringu prowadzono cotygodniowe pomiary odczynu wód powierzchniowych w zlewniach: Lichawy (przekrój Stary Górnik, km 2+800) i Otocznicy (przekrój Janików, km 8+800), jak równieŜ w sieci piezometrów (10 studzienek piezometrycznych), połoŜonych na terenie polderu i dla rzeki Odry w przekroju Oława most w km 216+500 [KRZEMIŃSKA 2008] (rys. 1). Pomiary odczynu wody prowadzono zgodnie z obowiązującymi normami. Klasyfikacji wód dokonano na podstawie rozporządzenia, tj. Dz. U. Nr 32, poz. 284 [ROZPORZĄDZENIE 2004]. W niniej-szym artykule przedstawiono wyniki badań prowadzone w latach 1997-2000. W celu znalezienia związków korelacyjnych pomiędzy odczynem wody w badanych ciekach i studzienkach piezometrycznych znormalizowano układ danych, a rozkład normalny potwierdzono wykonując test Kołmogorowa-Smirnowa z poprawką Lilleforsa i test Shapiro-Wilka, wykorzystując program Statistica 7. Wyniki badań i dyskusja

Jak wynika z przeprowadzonych badań, największe wahania pH w wodach zlewni polderowych, tj. Lichawy (przekrój Stary Górnik) i Otocznicy (przekrój Janików) notowano w trzy lata po powodzi, natomiast w wodach rzeki Odry (przekrój

ODRA

SMORTAWA

Lichawa

Otocznica

Kan

ał R

yczyń

ski

P5

P6

P7

P9

P8

P4

P3P2

P1

P10

Legenda; Legend: piezometry; piesometrics rzeki; rivers linie graniczne oddziałów leśnych border-line forests sections przekrój hydrometryczny i hydrochemiczny hydrochemical and discharge section line lasy; forests

N

Otocznica A=10,5 km2

Lichawa A=7,9 km2

ZMIANY ODCZYNU WÓD POWIERZCHNIOWYCH ...

411

Oława most) w roku hydrologicznym 1998/1999 (rys. 2). We wszystkich rzekach zaobserwowano obniŜanie się odczynu wody w ciągu trzech lat po powodzi. NajniŜsze pH, równe 4,8 notowano w Lichawie w roku hydrologicznym 1999/2000, a najwyŜsze 8,2 w Otocznicy i Odrze w roku hydrologicznym 1997/1998 (rys. 2). W okresie wegetacyjnym amplitudy odczynu wód w ciekach polderowych były mniejsze, natomiast w Odrze nie ulegały zmianie w stosunku do roku hydrologicznego (rys. 2).

Maks.; Maximum, Min. Minimum, Mediana; Median Rys. 2. Zmiany pH w badanych przekrojach w wodach rzek Lichawy, Otocznicy i Odry w latach

1997-2000 Fig. 2. pH changes in studied cross-sections of the Lichawa, Otocznica and Odra rivers in

the years 1997-2000 RóŜnice pomiędzy wartościami pH w okresach wegetacyjnych a całym rokiem hydrologicznym w Lichawie i Otocznicy są związane z siedliskami leśnymi, roślinnością leśną i drzewostanami, które porastają obie zlewnie polderowe i „buforują” ilość zanieczyszczeń w zlewni. Jakość wód w zlewniach polderowych i Odrze wahała się od I do IV klasy jakości, przy czym uwzględniając wartości średnie - wody

Maks.Min.

75%25%

Mediana

Otocznica

pH

4,5

4,9

5,3

5,7

6,1

6,5

6,9

7,3

7,7

8,1

8,5

1997/98 1998/99 1999/00

Maks.Min.

75%25%

Mediana

LichawapH

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

1997/98 1998/99 1999/00

Maks.Min.

75%25%

Mediana

Lichawaokres wegetacyjny

pH

4,5

4,9

5,3

5,7

6,1

6,5

6,9

7,3

7,7

8,1

8,5

1997/98 1998/99 1999/00

Maks.Min.

75%25%

Mediana

Otocznicaokres wegetacyjny

pH

4,5

4,9

5,3

5,7

6,1

6,5

6,9

7,3

7,7

8,1

8,5

1997/98 1998/99 1999/00

Maks.Min.

75%25%

Mediana

Odra

pH

4,5

5,1

5,7

6,3

6,9

7,5

8,1

8,7

1997/98 1998/99 1999/00

Maks.Min.

75%25%

Mediana

OdraOkres wegetacyjny

pH

4,5

5,1

5,7

6,3

6,9

7,5

8,1

8,7

1997/98 1998/99 1999/00

; vegetation period

; vegetation period

; vegetation period

A. Krzemińska

412

wszystkich omawianych cieków zaklasyfikowano do klasy I w całym okresie badawczym.

W pierwszym roku badań, odczyn wód podziemnych na terenie obu zlewni był niŜszy niŜ w wyŜej omawianych ciekach i wahał się od 3,2 do 6,3, na co miała wpływ długotrwała stagnacja wód powodziowych na terenie polderu Lipki-Oława, a co za tym idzie obu zlewni badawczych. W roku hydrologicznym 1998/1999, podobnie jak w przypadku cieków, obserwowano znaczne amplitudy pH od 3,7 do 8,7, które wiązać moŜna z wysokimi stanami wód podziemnych spowodowanymi nie tylko mokrym rokiem, ale równieŜ problemami w gospodarce wodnej na polderze i znaczną wycinką drzewostanów, a przez to duŜymi zmianami w warunkach oksydacyjno-redukcyjnych. W roku hydrologicznym 1999/2000, amplituda wahań odczynu wody zmniejszyła się, a odczyn wód mieścił się w przedziale od 3,6 do 7,3 (rys. 3). Porównując okresy wegetacyjne w poszczególnych latach, nie obserwowano znacznych róŜnic pomiędzy pH w poszczególnych piezometrach oprócz roku hydrologicznego 1997/1998. Ogólnie rzecz biorąc moŜna stwierdzić, Ŝe wody podziemne w zlewni Lichawy wykazują w większości przypadków niŜsze pH niŜ w zlewni Otocznicy, co potwierdzają wykonane mapy izolinii rozkładu średnich wartości pH na polderze Lipki-Oława, gdzie północną część polderu zajmuje zlewnia Otocznicy, a południową zlewania Lichawy. Jak wynika z przeprowadzonych badań w rok po powodzi najniŜsze pH notowano w obu zlewniach w części wschodniej – gdzie woda stagnowała najdłuŜej, w rok później w części wschodniej i zachodniej obu zlewni, natomiast w ostatnim roku badań, tj. w roku hydrologicznym 1999/2000, praktycznie na terenie całej zlewni Lichawy, obserwowano obniŜenie się pH wód podziemnych, a w zlewni Otocznicy podwyŜszenie. Wody podziemne w obu zlewniach, w całym okresie badawczym zakwalifikowano do klasy IV, podwyŜszenie do klasy I odnotowano jedynie w okresie wegetacyjnym w roku hydrologicznym 1998/1999.

Z obliczonych związków korelacyjnych dotyczących odczynu wody dla wszystkich omawianych cieków wynika, Ŝe największe istotne korelacje dotyczyły pary Lichawa-Otocznica w dwa i trzy lata po powodzi (r > 0,3). Z wykonanych obliczeń wynika, Ŝe dla pary Lichawa-Odra nie ma istotnych związków w całym okresie badawczym - współczynnik korelacji wynosił r < 0,3, podobnie jak dla pary Otocznica-Odra, przy czym w roku hydrologicznym 1998/1999 r = 0,34, co świadczyć moŜe o wpływie Odry na jakość Otocznicy ze względu na omawiany parametr. Sprawdzono równieŜ współczynniki korelacji dla par: odczyn - stany wód w przypadku wszystkich cieków, tj. Lichawy, Otocznicy i Odry, jak równieŜ w przypadku wszystkich piezometrów. Jak wynika z obliczeń istotne korelacje (r > 0,3), we wszystkich przypadkach pomiędzy stanem wody a pH, notowano w drugim roku badań, tj. w roku hydrologicznym 1998/1999, przy czym dla Otocznicy i piezometrów połoŜonych najbliŜej koryta Odry (P8, P4, P9) i w środkowej części polderu – w obniŜeniu terenu (P7, P6, P5) współczynnik korelacji r > 0,5, co świadczy o duŜym związku pomiędzy stanami wody a jej odczynem.

Rok hydrologiczny 1999/00

7

8

9

Rok hydrologiczny 1999/00 - okres wegetacyjny

7

8

9

Maks.Min.

75%25%

Mediana

Rok hydrologiczny 1997/98

pH

3

4

5

6

7

8

9

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10

1997/98

1998/99

1999/00

1997/98 okres wegetacyjny vegetation period




413

Maks.; Maximum, Min.; Minimum, Mediana; Madian Rys. 3. Zmiany pH w wodach podziemnych badanych zlewni w latach 1997-2000 Fig. 3. pH changes of underground waters of the studied watersheds in the years 1997-2000 Rozpatrując związki korelacyjne pomiędzy odczynem wód podziemnych w posz-czególnych piezometrach zauwaŜono, Ŝe w roku hydrologicznym 1997/1998 najwyŜsze współczynniki korelacji (r > 0,5) zanotowano w części wschodniej obu zlewni, w rok później przy najwyŜszych stanach wód w całym okresie badawczym wszystkie współczynniki korelacji wynosiły r > 0,5. W ostatnim roku badań najwyŜsze korelacje pomiędzy odczynem wód podziemnych w poszczególnych piezometrach (r > 0,5) zano-towano w części wschodniej obu zlewni badawczych, jak równieŜ najbliŜej koryta Odry (w zlewni Lichawy). Rozpatrując związki korelacyjne pomiędzy pH wód podziemnych i powierzchniowych w zlewniach Lichawy i Otocznicy, zwrócono uwagę na brak istotnych korelacji (tj. r < 0,3) pomiędzy wodami powierzchniowymi i podziemnymi w obu zlewniach w latach 1997/1998 i 1998/1999, natomiast w roku 1999/2000 w obu zlewniach, korelacje pomiędzy odczynem wód powierzchniowych i podziemnych są istotne, tj. r > 0,3. Dla rzeki Odry, tylko w przypadku par: Odra-P9 i Odra-P4 wykazały istotną korelację przy r > 0,4 (tj. z piezometrami połoŜonymi najbliŜej koryta Odry naleŜącymi do zlewni Lichawy), co świadczy o znacznym wpływie Odry na jakość wód podziemnych w części południowo-wschodniej przy niskich stanach wód podziemnych. Podsumowanie i wnioski

A. Krzemińska

414

Odczyn wód ma istotny wpływ na skład chemiczny zarówno wód powierzch-

niowych, jak i podziemnych, a co za tym idzie wpływać moŜe na jakość siedlisk i roślinność występującą na badanym obszarze. Na terenach przeznaczonych do przechwytywania fali powodziowej, badania odczynu wód wydają się bardzo istotne, poniewaŜ pozwalają na szybką ocenę zmian zachodzących w jakości wód i ewentualne prognozowanie zmian w siedliskach. Teren badawczy, opisywany w niniejszym artykule, w całości naleŜy do odrzańskiego polderu Lipki-Oława, którego czaszę porastają grądowiejące łęgi. Obie zlewnie, tj: Lichawa i Otocznica są zlewniami leśnymi, które w 1997 roku zostały całkowicie zalane wodami powodziowymi i na których terenie wody te stagnowały do 3 tygodni. Odzwierciedliło się to nie tylko w duŜej wycince drzewostanów w roku hydrologicznym 1998/1999 [KRZEMIŃSKA, DRABIŃSKI 2003], ale równieŜ w znacznych zmianach jakości wód, w tym szczególnie zmian dotyczących odczynu wody. Jak wynika z badań, największe amplitudy odczynu wód powierzchniowych i podziemnych zanotowano w drugim roku badań w obu zlewniach, co moŜna powiązać z problemami związanymi z gospodarką wodną na tym terenie i wymywaniem zanieczyszczeń docierających do profilu glebowego po powodzi. Zaobserwowano równieŜ, Ŝe w okresie wegetacyjnym w obu zlewniach podwyŜszenie się pH i zmniejszenie amplitud wahań tego parametru zarówno w wodach powierzchniowych, jak i podziemnych, wiązać moŜna z duŜą lesistością obu zlewni i działaniem buforującym siedlisk leśnych. Badanie odczynu wody w zlewniach polderowych wydaje się istotne ze względu na obserwowane duŜe zmiany tego parametru po powodzi. Ma to duŜe znaczenie praktyczne dla gospodarki leśnej, śro-dowiska przyrodniczego i aspektów naukowych. Literatura ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., KRZEMI ŃSKA A. 2003. Monitoring zasobów wodnych w pra-dolinie Odry na odcinku od Lipek do Oławy. Mat. Konf. „Problemy ochrony zasobów wodnych w dorzeczu Odry”, IX Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Duszniki Zdrój, 25-28 V 2003 r.: 229-237.

GORZELAK A., SIEROTA Z. (red.). 1999. Stan środowiska leśnego w dolinie środkowej Odry po powodzi w 1997 r. Instytut Badawczy Leśnictwa, Warszawa: 8-11, 16-47.

KRZEMI ŃSKA A. 2002. Wpływ czynnika wodnego na warunki siedliskowe terenów leśnych odrzańskiego polderu Lipki-Oława. Rozprawa doktorska, Akademia Rolnicza we Wrocławiu, maszynopis.

KRZEMI ŃSKA A. 2008. Monitoring wód podziemenych po powodzi z lipca 1997 roku na terenie leśnym odrzańskiego polderu Lipki-Oława. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 528: 403-408.

KRZEMI ŃSKA A., ADYNKIEWICZ -PIRAGAS M., DRABIŃSKI A. 1999. Investigation of changes in natural environment on the example Odra river marginal stream valley in the Lipki-Oława polder area, Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, CCCX, Melioracje, InŜynieria Środowiska, nr 20, cz. I, Poznań: 151-164. KRZEMI ŃSKA A., DRABINSKI A. 2003. Influence of flooding on the forest stand viability within the polder are based on the example of Lipki-Oława polder. International Conference, Towards natural flood reduction strategies, Warsaw, 6-13 IX 2003: <levis.sggw.waw.pl/ecoflood/ contents/articles/S4/html/4_9L.pdf>.

KRZEMI ŃSKA A., MODELSKA M., DRABIŃSKI A. 2003. Ochrona przeciwpowodziowa a gospodarka leśna na przepływowych polderach zalewowych na przykładzie odrzań-skiego polderu Lipki-Oława. Mat. IX Międzynarodowej Konf. Naukowo-Technicznej,


415

„Problemy ochrony zasobów wodnych w dorzeczu Odry”. Duszniki Zdrój, 25-28 V 2003 r.: 229-237.

ROZPORZĄDZENIE 2004. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. Nr 32, poz. 284.

Słowa kluczowe: odczyn wody, powódź, polder, Lichawa, Otocznica, dolina Odry Streszczenie

Wody powodziowe, przechodzące przez tereny zalewowe, mają róŜny odczyn – najczęściej są silnie zakwaszone. Taka sytuacja ma oczywiście ogromny wpływ na jakość wód i uwalnianie z podłoŜa róŜnych związków chemicznych. W przypadku zlewni leśnych, obniŜenie pH wody wpłynąć moŜe równieŜ pośrednio na jakość siedliska. Teren polderu jest specyficznym obszarem, na którym z reguły stagnują wody powodziowe, przez co następuje silne zanieczyszczenie wód powierzchniowych i przy złej izolacji podłoŜa, równieŜ podziemnych. W artykule prześledzone zostały zmiany odczynu wody w latach 1997-2000 w zlewniach Lichawy i Otocznicy, połoŜonych na terenie leśnym przepływowego polderu Lipki-Oława. SURFACE AND GROUNDWATER REACTION CHANGES IN SYLVAN CATCHMENTS SITUATED WITHIN THE LIPKI-OŁAWA POLDER IN THE ODRA RIVER BASIN Alicja Krzemińska Institute of Landscape Architecture, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: water reaction, flood, polder, Lichawa, Otocznica, Odra valley Summary

Flood water, which flows on the surface of the inundation areas, is most strongly acidified. Such situation has an immense influence on the water quality and release of different compounds from solum. In the case of sylvan catchments, lowering of water reaction can indirectly influence the habitat quality. The polder is a specific area, where flooded water stagnates substantially. It causes strong pollution of the surface water, and sometimes groundwater (when insulation of the basement is wrong). The authors describe water reaction changes in the Lichawa and Otocznica catchments (situated in the sylvan area within the discharge Lipki-Oława polder) in the period of 1997-2000. Dr Alicja Krzemińska Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy

A. Krzemińska

416

Pl. Grunwaldzki 24A 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 417-422 OCENA ODDZIAŁYWANIA ZBIORNIKA WODNEGO DOMANIÓW NA POŁO śENIE ZWIERCIADŁA WODY GRUNTOWEJ W TERENACH PRZYLEGŁYCH Krzysztof Maślanka, Agnieszka Policht Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Wstęp

Wpływ zbiornika na połoŜenie zwierciadła wody gruntowej i zmian warunków wodno-gruntowych na terenach przyległych jest zasadniczym elementem oceny oddzi-aływania na środowisko (OOŚ). Oddziaływanie zbiornika wodnego polegające na powiązaniu wód powierzchniowych z wodami gruntowymi jest uzaleŜnione od warunków geologicznych, a szczególnie hydrogeologicznych. W budowie geologicznej rozpatrywanego obszaru biorą udział utwory jurajskie i czwartorzędowe [KONDRACKI 1998]. Są one wykształcone w postaci margli ilastych i iłowców z przewarstwieniami wapieni skalistych i eolicznych. Utwory czwartorzędowe zalegają bezpośrednio na powierzchni utworów jurajskich, są to osady rzecznolodowcowe, lodowcowe i aluwialne. Warunki te umoŜliwiają wzmoŜoną infiltrację wód, powodującą wysokie stany wód podziemnych.

W niniejszej pracy przedstawione zostały wyniki badań głębokości zalegania zwierciadła wód gruntowych w obszarze przylegającym do zbiornika wodnego Domaniów. Materiał i metody badań

Zbiornik wodny Domaniów usytuowany jest w płaskiej dolinie Radomki o szerokości 600-1200 m, w makroregionie Wzniesienia Południowo-Mazowieckiego, mezoregionie Równiny Radomskiej [KONDRACKI 1998]. Administracyjnie naleŜy do gmin: Przytyk, Wieniawa i Wolanów w powiecie radomskim, województwie mazowieckim. Jest to zbiornik drugi co do wielkości po Zalewie Zegrzyńskim na Mazowszu, został wybudowany w latach 1996–2001. Powierzchnia zalewu zbiornika Domaniów przy maksymalnym poziomie piętrzenia – 158,50 m n.p.m. wynosi około 500 ha, pojemność 13 mln m3, a średnia głębokość 3,00 m.

Podstawowymi obiektami zbiornika to zapora czołowa usytuowana w km 68 + 800 biegu Radomki, wyposaŜona w budowlę upustowo-przelewową oraz zapory boczne w Konarach i Brudnowie (rys. 1).

K. Maślanka, A. Policht

418

Rys. 1. Lokalizacja wybranych studni gospodarskich Fig. 1. Location choice of the agriculture wells

W trakcie budowy zapory czołowej, po szczegółowym rozpoznaniu warunków hydrogeologicznych w celu zabezpieczenia przed podtapianiem terenów przyległych, a szczególnie zabytkowego zespołu dworskiego w Konarach, wykonano uszczelnienie geomembraną części czaszy zbiornika o powierzchni 19,67 ha. W celu określenia wpływu zbiornika na połoŜenie zwierciadła wody gruntowej, na terenach przyległych wykonywano pomiary w studniach gospodarskich w miejscowościach sąsiadujących ze zbiornikiem. Pomiary prowadzono od 2001 do 2005 roku, średnio 2 razy w miesiącu – łącznie w 104 terminach wybieranych losowo. Pomiary te wykonywane były z ponad czteroletnim wyprzedzeniem przed napełnieniem zbiornika, od grudnia 1996 roku i są nadal kontynuowane. Wybrano wówczas i rejestrowano poziomy wody w 73 studniach

OCENA ODDZIAŁYWANIA ZBIORNIKA WODNEGO ...

419

gospodarskich. Od czasu napełnienia zbiornika do chwili obecnej zredukowano liczbę studni do 51 (część ich została zlikwidowana). W większości studnie te są rozmieszczone prostopadle do osi zbiornika, za wyjątkiem wsi Brudnów, gdzie usytuowane są równolegle i prostopadle oraz wsi Mniszek przy cofce zbiornika. Wyniki analizy przeprowadzonych badań z okresu 2001–2005 r. pozwoliły na określenie wpływu zbiornika na poziom zwierciadła wody gruntowej na terenach przyległych. Dla porównania poziomów wody w zbiorniku i w studniach wybrano 22 reprezentatywne studnie gospodarskie usytuowane w miejscowościach: Wólka Domaniowska – 3, Brudnów – 3, Młódnice – 3, Konary – 3, Kaleń – 3, Rogowa – 2, Mniszek – 3 i Głogów – 2 (rys. 1) . Studnie reprezentatywne usytuowane są w bliskiej, średniej i największej odległości od brzegów zbiornika oraz w wysokości bezwzględnej najniŜej, średnio i najwyŜej w kaŜdej z wymienionych miejscowości. Wyniki i dyskusja

W okresie przeprowadzonych badań zmienność zwierciadła wód gruntowych była zróŜnicowana w analizowanych studniach. Na rysunku 2 na tle rzędnej piętrzenia wody w zbiorniku przedstawiony został przebieg wahania zwierciadła wód gruntowych w wybranych studniach. Z wyjątkiem studni zlokalizowanych w Wólce Domaniowskiej i w Młódnicach, we wszystkich pozostałych wody gruntowe występowały powyŜej poziomu piętrzenia wody w zbiorniku. Ponadto stwierdzono, Ŝe maksymalne stany wód gruntowych występowały w marcu i kwietniu, natomiast minimalne w miesiącach letnich zwłaszcza w czerwcu i lipcu.

Rys. 2. Przebieg wahania wody w zbiorniku i wybranych studniach gospodarskich Fig. 2. Dynamics in the reservoir of groundwater and choice in the agriculture wells

Statystyczną istotność róŜnic pomiędzy poziomem piętrzenia wody w zbiorniku a stanami wód gruntowych w badanych studniach określono za pomocą testu t-Studenta, porównując obliczoną wartość „t” z wartościami krytycznymi podanymi przez ELANDT

[1964] i w przypadku, gdy przy danym poziomie istotności oraz stopniu swobody tobl. ≥ t0,05, wpływ jest statystycznie istotny na przyjętym poziomie prawdopodobieństwa α = 0,05. Na tej podstawie stwierdzono brak istotności tylko w jednej analizowanej studni


420

gospodarskiej, w pozostałych studniach były istotne. Niewielkie oddziaływanie wód zbiornika na połoŜenie zwierciadła wody gruntowej występowało w miejscowości Brudnów i Konary. Jest to spowodowane wybudowanymi zaporami bocznymi i funkcjonującymi przepompowniami wody. Innym sposobem przecięcia drogi filtracji mogła być szczelna ścianka z metalowych grodzic, jak na przykład wykonana w podłoŜu zapory czołowej zbiornika JeŜewo [PRZYBYŁA i in. 2005], ale działanie przepompowni jest uzasadnione takŜe przerzutem nadmiaru wody powierzchniowej niemającej grawitacyjnego odpływu do zbiornika. Tabela 1; Table 1 Związek poziomu piętrzenia wody w zbiorniku ze stanami wód gruntowych w badanych studniach

Relationship between reservoir water level and groundwater level in control Wells Numer studni; Number well

Współczynnik korelacji; Correlation coefficient

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

0,89* 0,60* 0,44* 0,28* 0,63* 0,12 0,50* 0,50* 0,41* 0,78* 0,45* 0,75* 0,31* 0,45* 0,46* 0,24* 0,24* 0,62* 0,47* 0,48* 0,43* 0,42*

* zaleŜność istotna statystycznie na poziomie α = 0,05; relationship significant at α = 0.05

Współczynniki korelacji pomiędzy rzędnymi piętrzenia wody w zbiorniku Domaniów a rzędnymi zwierciadła wody w poszczególnych studniach obliczone na poziomie istotności α = 0,05 wahały się od 0,12 do 0,89 (tab. 1). Jednak zaleŜność jest tylko nieistotna statystycznie dla studni najwyŜej połoŜonej w Brudnowie (nr 6).

Wnioski

Na podstawie dotychczas przeprowadzonych badań moŜna ogólnie stwierdzić, Ŝe: 1. Nie występuje szkodliwe oddziaływanie zbiornika wodnego Domaniów na

warunki wodno-gruntowe terenów przyległych. Przyczyniły się do tego zapory boczne i przepompownie, zlokalizowane w miejscowości Brudnów i Konary.

2. Większe oddziaływanie wód zbiornika na dynamikę wód gruntowych stwier-

dzono w studniach połoŜonych w małej odległości, co jest wyraźnie uzasadnione warunkami hydrogeologicznymi.

OCENA ODDZIAŁYWANIA ZBIORNIKA WODNEGO ...

421

Literatura ELANDT R. 1964. Statystyka matematyczna w zastosowaniu do doświadczalnictwa rolniczego. PWN, Warszawa: 595 ss.


PRZYBYŁA CZ. KOZŁOWSKI M., SOSIŃSKI M. 2005. Wstępna ocena wpływu zbiornika retencyjnego JeŜewo na głębokość zalegania zwierciadła wód gruntowych terenów przyległych. Roczniki AR w Poznaniu – CCCLXV, Ser. Melioracje InŜynierii Śro-dowiska 26: 339-344.

Słowa kluczowe: zbiornik wodny, dynamika wód gruntowych Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki analizy przeprowadzonych badań z okresu 2001–2005 r., stanowiącego początkowe lata eksploatacji zbiornika. W celu określenia wpływu zbiornika na połoŜenie zwierciadła wody gruntowej na terenach przyległych wykonywano pomiary w 22 studniach gospodarskich w miejscowościach sąsiadujących ze zbiornikiem. Pomiary prowadzono średnio 2 razy w miesiącu – łącznie w 104 terminach wybieranych losowo. Studnie reprezentatywne usytuowane są w odległości róŜnej od brzegów zbiornika oraz na róŜnej wysokości w stosunku do poziomu wody w zbiorniku. Współczynniki korelacji pomiędzy rzędnymi piętrzenia wody w zbiorniku Domaniów a rzędnymi zwierciadła wody w poszczególnych studniach obliczono na po-ziomie istotności α = 0,05. Wahały się one od 0,12 do 0,89; jednak zaleŜność jest tylko istotna statystycznie dla studzienki najwyŜej połoŜonej w miejscowości Brudnów. Na podstawie dotychczas przeprowadzonych badań moŜna ogólnie stwierdzić, Ŝe nie występuje szkodliwe oddziaływanie zbiornika wodnego Domaniów na warunki wodno-gruntowe terenów przyległych. ASSESSMENT OF THE IMPACT OF THE RESERVOIR DOMANIÓW ON GROUNDWATER LEVELS IN THE ADJACENT AREAS Krzysztof Maślanka, Agnieszka Policht Department of Land Reclamation and Environmental Development, Agricultural University, Kraków Key words: water reservoir, dynamic of groundwater level

Summary

In the article the authors present results of research in 2001–2005, which were carried out in the first years of exploatation of the water reservoir. For determination of the reservoir water influence on the groundwater levels in the surrounding terrains were measured in 22 wells on agricultural farms localited near water reservoir. The measurements were made in 104 time- limits 2 times per month. The time-limits were randomized. The wells were situated from the water reservoir banks and on the different


422

high/below and above the water level in the reservoir. The coefficients of correlations between ordinates water damming in reservoir and ordinates of groundwater in the wells was counted at the essential α = 0.05. Oscillations were from 0.12 to 0.89; but dependence is not essential only for the well, which is situated highest in the Brudnów locality. On the base of these research it was found, that there is not a negative influence of water reservoir Domaniów on the soil water conditions, near water reservoir. Prof. dr hab. inŜ. Krzysztof Maślanka Dr inŜ. Agnieszka Policht Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja Al. Mickiewicza 24-28 30–059 KRAKÓW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 423-429 ZMIANY ZASOBÓW WODY W MAŁYCH ZBIORNIKACH NA TERENACH ROLNYCH 1 Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski, Tomasz Kowalczyk, Anna Pływaczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Niewielkie zbiorniki wodne pełnią w krajobrazie rolniczym rozmaite funkcje i są waŜnym elementem otoczenia człowieka. Polska, w porównaniu do innych europejskich krajów, dysponuje stosunkowo skromnymi zasobami wody. Z uwagi na duŜą zmienność tych zasobów w czasie i przestrzeni zachodzi potrzeba magazynowania wody między innymi dla ograniczenia niekorzystnych skutków susz oraz powodzi, zaspokojenia potrzeb uŜytkowników i wymogów ochrony środowiska [KACZMAREK 1997; MIODUSZEWSKI 1997]. Zbiorniki, pozwalając na gromadzenie i magazynowanie wody w okresie nadmiaru opadów, stwarzają moŜliwość jej wykorzystania w okresach posusznych, co zwiększa racjonalizację gospodarowania tymi skromnymi zasobami. W następstwie podniesienia poziomu wody w czaszy zbiornika następuje przyrost objętości gromadzonej w niej wody, a w terenach przyległych obserwuje się przyrost retencji wód podziemnych oraz zasobów retencji glebowej. Oddziaływanie pojedynczego małego zbiornika na zasoby wodne zlewni jest zazwyczaj niewielkie, jednak przy większej liczebności oczek wodnych, stawów i innych drobnych zbiorników na danym terenie, nie moŜna pominąć ich znaczenia dla kształtowanie się bilansu wodnego [M IODUSZEWSKI 1999; FIEDLER i in. 2002; JUSZCZAK, KĘDZIORA 2004; ORZEPOWSKI i in. 2005]. Materiał i metody badań

1 Badania wykonano w ramach projektu nr 5 P06H 070 19 finansowanego przez Komitet Badań Naukowych.

W pracy przedstawiono wybrane elementy badań prowadzonych w latach hydrologicznych 2000/2001-2002/2003 na uŜytkach rolnych przylegających do kilku niewielkich zbiorników wodnych połoŜonych na terenie gminy Kąty Wrocławskie w województwie dolnośląskim. Badania i obserwacje terenowe realizowane były w czterech miejscowościach (Smolec, Zybiszów, Rybnica i BliŜ) połoŜonych na


424

Równinie Wrocławskiej [KONDRACKI 1994], w niewielkiej odległości na zachód od Wrocławia. Ich celem było rozpoznanie roli, jaką pełnią małe zbiorników wodne w kształtowaniu stosunków wodnych gleb na terenach nizinnych charakteryzujących się mało urozmaiconym ukształtowaniem i nieduŜymi nachyleniami powierzchni. Niewielkie zbiorniki wodne usytuowane na terenie objętym badaniami, powstały w pierwszej połowie dwudziestego stulecia w efekcie działalności człowieka. Nie dochodzą do nich Ŝadne cieki i zasilane są wodami opadowymi i gruntowymi. Ich powierzchnia jest zróŜnicowana – największą zajmuje zbiornik w Smolcu (około 2,2 ha), znacznie mniejsze są zbiorniki w Rybnicy (około 0,25 ha), w Zybiszowie (około 0,06 ha) oraz trzy zbiorniki w BliŜu (od 0,05 do 0,12 ha) połączone ze sobą. Przez cały okres badawczy urządzenia zrzutowe zbiorników w Zybiszowie i Smolcu były zamknięte, natomiast w pozostałych miejscowościach umoŜliwiały odpływ ewentualnego nadmiaru wody.

Stany wód powierzchniowych we wszystkich zbiornikach rejestrowane były na łatach wodowskazowych dwa razy w tygodniu, podobnie jak głębokości zalegania wód gruntowych w piezometrach zainstalowanych na obrzeŜach akwenów. Warunki meteorologiczne rejestrowane były w Zybiszowie.

Tereny połoŜone w sąsiedztwie zbiorników charakteryzują się niewielkimi nachyleniami i w przewaŜającej części uŜytkowane są jako grunty orne. Gleby naleŜą do Ŝyznych czarnych ziem wytworzonych z pyłów lub glin średnich i lekkich pylastych, niekiedy lokalnie podścielonych lŜejszymi utworami. Zazwyczaj uprawiane są tu takie rośliny jak pszenica ozima, rzepak, ziemniaki. Wyniki i dyskusja

Niewielkie zbiorniki wodne na ternie objętym badaniami róŜnią się rozmiarami i ilością gromadzonej wody, na którą oprócz parametrów technicznych zbiorników, ukształtowania przylegającego terenu i warunków glebowych miały wpływ równieŜ warunki meteorologiczne.

Średnia z wielolecia suma opadów atmosferycznych dla tych terenów wynosi 568 mm, z czego 201 mm (ok. 35 %) przypada na półrocze zimowe (XI-IV) i 367 mm na półrocze letnie (V-X). Roczne sumy opadów w kolejnych latach okresu badań 2000/2001-2002/2003 wynosiły 644 mm, 577 mm i 488 mm. Na podstawie prawdopodobieństwa wystąpienia opadów określonego metodą Dębskiego pierwszy rok badań scharakteryzowano jako mokry, a kolejne odpowiednio jako normalny i suchy. Półrocze zimowe w roku 2000/2001 (192 mm) i w roku 2001/2002 oceniono jako normalne (188 mm), a w roku 2003/2003 jako średnio suche (154 mm), natomiast półrocza letnie tych lat kolejno jako średnio mokre (452 mm), normalne (389 mm) oraz średnio suche (334 mm). Na charakterystyki półroczy letnich (a takŜe charakterystyki roczne) w dwóch pierwszych latach miały wpływ opady znacznie wyŜsze od przeciętnych, jakie zanotowano w lipcu 2001 (197 mm) i w sierpniu 2002 (117 mm). Pod względem termicznym analizowany okres moŜna uznać za stosunkowo ciepły ze średnimi temperaturami powietrza w półroczach letnich i zimowych przewaŜnie nieco wyŜszymi od przeciętnych, jedynie półrocze zimowe w roku 2002/2003 było chłodniejsze.

ZMIANY ZASOBÓW WODY W MAŁYCH ZBIORNIKACH ...

425

Rys. 1. Przebieg stanów stanów wody (cm) w zbiornikach w Smolcu, Zybiszowie, Rybnicy i BliŜu

na tle opadów atmosferycznych (mm) Fig. 1. Water levels (cm) in reservoirs in Smolec, Zybiszów, Rybnica and BliŜ on the

background of precipitation (mm) Na rysunku 1 przedstawiono przebieg wahań poziomów lustra wody w nie-

wielkich zbiornikach – w Smolcu, Zybiszowie, Rybnicy oraz trzech oczkach wodnych


426

w BliŜu na tle opadów atmosferycznych. Analizując kształtowanie się poziomów wody moŜna zauwaŜyć, Ŝe zakres ich wahań w poszczególnych latach nie był duŜy i wynosił od 3-15 cm w BliŜu do 40 centymetrów w największym zbiorniku w Smolcu. Największe ilości wody gromadzone były w zbiornikach przewaŜnie w okresie kwiecień- maj, lub po obfitych opadach letnich (rys. 1).

Największą zmiennością zwierciadła wody charakteryzowały się zbiorniki pozbawione odpływu przez cały okres badawczy (Smolec, Zybiszów), natomiast w zbiornikach w których nadmiar wody okresowo mógł być odprowadzany (Rybnica, BliŜ), napełnienie było wyraźnie bardziej stabilne. Zakresy wahań poziomów wody pomiędzy stanem minimalnym i maksymalnym (tab. 1) w zbiorniku w Smolcu w kolejnych latach okresu badawczego wynosiły 31 cm, 33 cm i 40, co odpowiadało zmianom objętości gromadzonej wody o około 6800 do 8800 m3, w Zybiszowie wynosiły one 34 cm, 32 cm oraz 36 cm (odpowiednio około 190-215 m3), natomiast w Rybnicy 24 cm, 14 cm, 30 cm (odpowiednio około 350-750 m3). Tabela 1; Table 1 Średnie okresowe, minimalne oraz maksymalne okresowe stany wody w zbiornikach Periodic means, minimum and maximum periodic water levels in reservoirs Lokalizacja Lokation

Powierzchnia

zbiornika; Reservoir sur-

face (ha)

Przeciętna głębokość

Mean depth (m)

Wahania stanów wody (cm); Water level changes (cm)

min.-maks.; min.-max. --------------------- średnie; average

2001/2001

2001/2002

2002/2003

XI-IV

V-X

XI-X

XI-IV

V-X

XI-X

XI-IV

V-X

XI-X

Smolec

2,2

3,5

32-53

48-63

32-63

58-78

45-77

45-78

47-61

23-63

23-63

40

55

47

67

58

63

55

42

48

Zybiszów

0,06

1,8

41-63

40-74

40-74

58-74

42-63

42-74

57-74

38-62

38-74

51

55

53

66

51

59

67

46

57

Rybnica

0,25

1,4

22-46

30-42

22-46

24-32

18-29

18-32

28-38

10-40

10-40

28

36

32

28

22

25

33

25

29

BliŜ

1.

0,09

1,8

28-34

27-42

27-42

24-30

25-31

24-31

30-33

30-33

30-33

31

32

31

26

28

27

31

31

31

2.

0,05

1,5

22-30

23-38

22-38

24-30

25-30

24-30

26-29

22-28

22-29

28

28

28

25

28

27

27

25

26

3.

0,12

1,2

46-50

46-70

46-70

42-49

39-49

39-49

38-39

36-40

36-40

49

51

50

45

46

45

39

37

38

Podobną zmienność poziomów lustra wody wykazywały małe zbiorniki wodne badane na terenie Warmii [KOC, CYMES 2004]

W BliŜu, gdzie 3 zbiorniki tworzą przepływowy, połączony układ, ilość wody zasilającej je przewaŜnie równowaŜona była swobodnym odpływem, a stany wody utrzymywały się przez prawie cały okres badawczy na podobnym poziomie.

Zbiornik w Zybiszowie, naleŜący do najmniejszych, cechował się największą reakcją na obfite opady i dynamiką zmian zasobów gromadzonej wody. Po inten-


427

sywnych opadach letnich w 2001 i 2002 roku, poziom wody podniósł się w nim w krótkim okresie o ponad 20-30 cm. Wyraźnie mniejsza reakcja na opady następowała w największym ze zbiorników objętych badaniami – w Smolcu, a takŜe w Rybnicy.

Na przylegających do zbiorników uŜytkach rolnych przeciętne roczne głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej rejestrowane w odległości od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów od brzegów wynosiły 134-147 cm w Smolcu, 82-93 cm w Zybiszowie, 103-120 cm w Rybnicy i 108-153 w BliŜu. Amplitudy wahań poziomów wód gruntowych w mokrym roku 2000/2001 wynosiły od 34-57 cm, natomiast w roku suchym były wyraźnie większe i wynosiły 40-113 cm. W piezometrach połoŜonych dalej od zbiorników wahania lustra wody gruntowej we wszystkich latach badawczych były wyraźnie większe. Podobne tendencje obserwowano w zlewni śródpolnego oczka wodnego na Pojezierzu Gnieźnieńskim [FIEDLER 2001].

Podczas roku 2000/2001, scharakteryzowanego pod względem opadowym jako mokry, następowało gromadzenie wody w zbiornikach i stany wody powierzchniowej w Smolcu, Zybiszowie i Rybnicy pod koniec roku były wyŜsze niŜ na jego początku (rys. 1) W kolejnym roku ocenionym jako normalny, stany wody na początku i na końcu roku były przewaŜnie do siebie zbliŜone, natomiast podczas suchego roku 2002/2003 nastąpił wyraźny ubytek wody ze zbiornika. Wnioski 1. Małe zbiorniki wodne połoŜone na Równinie Wrocławskiej w okolicy Wrocławia

na Ŝyznych czarnych ziemiach oddziaływały stabilizująco na zwierciadło wody gruntowej uŜytków rolnych zlokalizowanych na ich obrzeŜach. W okresach mokrych gromadziły one wodę wykazując drenujący charakter, natomiast w okresach posusznych oddziaływały nawadniająco, uzupełniając niedobory wodne gleb w najbliŜszym otoczeniu.

2. Niewielkie zbiorniki, pozbawione dopływu i zasilane wyłącznie wodami opa-

dowymi i gruntowymi, charakteryzowały się nieduŜą zmiennością poziomów lustra wody, wynoszącą w poszczególnych latach okresu badawczego jedynie od kilku do 40 centymetrów.

3. Na dynamikę i zakres wahań lustra wody w zbiornikach, wielkości przeciętnych

oraz maksymalnych napełnień oraz ilość retencjonowanej wody miały wpływ: wysokość i rozkład opadów atmosferycznych w poszczególnych latach i półroczach, a takŜe parametry zbiornika oraz warunki i moŜliwości odpływu związane z funkcjonowaniem urządzeń zrzutowych.

Literatura FIEDLER M. 2001. Zmiennośc amplitud stanów wody gruntowej w zlewni śródpolnego oczka wodnego. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T. 1, Z. 2, Wyd. IMUZ, Falenty: 179-191.

FIEDLER M., SZAFRAŃSKI CZ., BYKOWSKI J. 2002. Zasoby wodne w mikrozlewni rolniczej z występującymi oczkami wodnymi. Rocz. AR w Poznaniu 342, Melior. InŜ. Środ. 23: 73-81.

JUSZCZAK R, KĘDZIORA A. 2004. Retencja małych zbiorników wodnych w zachodniej części zlewni rowu Wysokoć. Rocz. AR w Poznaniu 357, Melior. i InŜ. Środ. 25: 193-200.


428

KACZMAREK Z. 1997. Zasoby wodne Polski i Europy w obliczu globalnych zmian kli-matu. Zesz. Nauk. Kom. „Człowiek i Środowisko” 17: 15-31.

KOC J., CYMES I. 2004. Retencyjna rola małych zbiorników wodnych włączonych do sieci drenarskiej w warunkach Równiny Sępolskiej. Rocz. AR w Poznaniu 357, Melior. i InŜ. Środ. 25: 239-246.

KONDRACKI J. 1994. Geografia Polski. Mezoregiony fizyczno-geograficzne. Warszawa: PWN: 320 ss.

M IODUSZEWSKI W. 1997. Formy małej retencji i warunki jej realizacji. Inform. Nauk. i Techn. 1/97: 3-9.

M IODUSZEWSKI W. 1999. Ochrona i kształtowanie zasobów wodnych w krajobrazie rolniczym. Wyd. IMUZ, Falenty: 76-85.

ORZEPOWSKI W., PĘCZKOWSKI G., KOSTRZEWA S. 2005. Odnawialność zasobów wodnych gleb na uŜytkach rolnych przylegających do niewielkiego zbiornika wodnego. Rocz. AR w Poznaniu 365, Melior. i InŜ. Środ. 26: 313-318.

Słowa kluczowe: małe zbiorniki wodne, stany wody w zbiornikach, wody gruntowe Streszczenie

W pracy przeanalizowano wybrane elementy badań prowadzonych w otoczeniu 6 niewielkich zbiorników wodnych na terenach rolnych Dolnego Śląska w latach 2000/2001-2002/2003. Zmienność stanów wody w zbiornikach w poszczególnych latach była niewielka i wynosiła od kilku do najwyŜej czterdziestu centymetrów. Zakres wahań stanów wody oraz ich dynamika zaleŜały przede wszystkim od rozkładu opadów atmosferycznych oraz od rodzaju zbiornika i jego parametrów i warunków odpływu wody. CHANGES OF WATER RESOURCES IN SMALL WATER RESERVOIRS ON ARABLE LAND Wojciech Orzepowski, Grzegorz Pęczkowski, Tomasz Kowalczyk, Anna Pływaczyk Institure of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: small reservoirs, water levels in reservoirs, ground water levels Summary

The paper presents the analysis of chosen elements of research performed in the area close to 6 small water reservoirs on the arable land of Low Silesia within 2000/2001-2002/2003 years. The changeability of water levels in reservoirs in each year was insignificant and varied from some to forty cm at the maximum. The range of changes of the water levels and its dynamics depended most of all on the precipitation distribution, on sort of reservoir, its parameters and the run off conditions


429

Dr inŜ. Wojciech Orzepowski Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]


OCENA ZMIAN ZASOBÓW RETENCJI GLEBOWEJ TERENÓW ZIELENI MIEJSKIEJ

NA PRZYKŁADZIE PARKU POŁUDNIOWEGO WE WROCŁAWIU

Anna Pływaczyk, Wojciech Orzepowski, Tomasz Kowalczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wstęp

Na terenach miejskich występuje wiele czynników wpływających negatywnie na roślinność. MoŜemy do nich zaliczyć zmniejszenie wilgotności atmosfery i gleby, niekorzystne oddziaływanie infrastruktury komunalnej, obniŜenie zwierciadła wody gruntowej związane z postępującą urbanizacją oraz wiele innych.

W pracy przeanalizowano wyniki badań wykonanych na terenie parku Południo-wego we Wrocławiu w latach hydrologicznych (XI-X) 2000/2001 -2003/2004, których celem było ustalenie zasobów retencji glebowej wierzchniej czynnej warstwy gleby w latach o zróŜnicowanych warunkach opadowych. Zakres badań obejmował charakterystykę i ocenę warunków meteorologicznych, glebowych, hydrogeo-logicznych, stanu roślinności, pomiary i analizę zmian zwierciadła wody gruntowej, wilgotności oraz zapasów wody w glebie.

Materiały i metody badań Charakterystyka ogólna parku

Park Południowy jest jedynym we Wrocławiu załoŜeniem zieleni zbudowanym od podstaw w latach 1892-1895. Jest to park krajobrazowy o powierzchni około 25 ha. Teren parku jest urozmaicony, a w jego centralnej, najniŜszej części (121 m n.p.m.) znajduje się staw o powierzchni około 1 ha, który wywiera pozytywny wpływ na mikroklimat parku. Po północnej i południowej części stawu teren wznosi się, a jego najwyŜsze punkty dochodzą do około 124 m n.p.m. Park posiada bogatą szatę roślinną, wiele oryginalnych drzew, między innymi tulipanowiec amerykański, cypryśnik błotny, magnolie, a na rozległych polanach drzewa o malowniczym kształcie koron takie jak dęby, platany i buki. Podczas drugiej wojny światowej znaczna część obiektów architektury parkowej uległa zniszczeniu, lecz szata roślinna nie poniosła większych strat [KASZEWSKA 1996]. Stosunki glebowe i hydrogeologiczne

A. Pływaczyk, W. Orzepowski, T. Kowalczyk

432

W okresie zakładania parku została wymieniona wierzchnia warstwa ziemi o miąŜszości około 0,8-1,0 m. Przeprowadzone badania wykazały, Ŝe utworzona sztucznie przed około 100 laty warstwa gleby ma skład granulometryczny piasków gliniastych i glin średnich. Charakteryzuje się ona bardzo dobrymi właściwościami fizycznymi i wodnymi. Średnia gęstość właściwa wynosi 2,57 g⋅cm-3, gęstość obję-tościowa 1,37 g⋅cm-3, porowatość w warstwie 0-100 cm jest w granicach 45-48% objętości, odciekalność dochodzi do około 14% objętości, a przewiewność 30% porowatości. Badania własne i inne wykonane na terenie parku [RINKE i in. 1996] wykazały, Ŝe pod warstwą sztucznie nasypanej ziemi znajdują się przewaŜnie piaski gliniaste, a pod nimi na głębokości od 2,5 do 6,5 m iły. Park Południowy połoŜony jest w zlewni rowu, który obecnie na pewnych odcinkach zamieniony jest na rurociąg. Ma on ujście do rzeki Ślęzy. Zlewnia rowu powyŜej parku wynosi 80 ha. Warunki klimatyczne

Na obszarze parku Południowego występują typowe dla terenów nizinnych Dolnego Śląska warunki agroklimatyczne, które umoŜliwiają uprawianie roślin o duŜych wymaganiach cieplnych. Okres wegetacji, kiedy temperatura powietrza przekracza 5°C dochodzi do 225-230 dni i jest najdłuŜszy w Polsce, a sumy roczne opadów atmosferycznych są w granicach 550-600 mm [ATLAS 2001].

Dla scharakteryzowania warunków meteorologicznych przeanalizowano wy-sokość opadów atmosferycznych i prawdopodobieństwo ich występowania oraz temperatury powietrza w latach 2000/2001-2003/2004 dla stacji Wrocław-Swojec. W rozpatrywanych latach hydrologicznych roczne sumy opadów kształtowały się w przedziale 677-440 mm przy średnich wieloletnich 565 mm. Analizując prawdo-podobieństwo występowania opadów atmosferycznych (p) wraz z wyŜszymi, obliczone metodą Dębskiego (zaliczając lata o prawdopodobieństwie występowania mniejszym od 20% do mokrych, 20-39% do średnio-mokrych, 40-59% do normalnych, 60-79% do średnio-suchych i równym lub większym od 80% do suchych) [MARCILONEK i in. 1980] stwierdzono, Ŝe w okresie badawczym występowała duŜa zmienność opadów. Rok hydrologiczny (XI-X) 2000/2001 i okres wegetacyjny (IV-IX) 2001 r. moŜna zaliczyć do mokrych (p = 18 i 13%), rok 2001/2002 do normalnych (p = 59%), a jego okres wegetacyjny do średnio suchych (p = 69%). Lata 2002/2003 i 2003/2004 naleŜały do suchych (p = 90 i 80%), podobnie jak ich okresy wegetacyjne (p = 95 i 99%). Ze względów termicznych lata te naleŜały do ciepłych. Średnie roczne temperatury powietrza kształtowały się w przedziale od 8,8°C do 10,1°C i były zbliŜone do średniej wieloletniej (8,5°C), lub od niej wyŜsze.

Analizowany okres moŜe więc być reprezentatywny dla oceny zmian zasobów retencji glebowej na tle zróŜnicowanych warunków opadowych.

Wyniki i dyskusja Ocena wilgotności i zapasów wody w glebie

Badania uwilgotnienia gleby wykonywano za pomocą przenośnego urządzenia pomiarowego firmy Easy Test na licencji Instytutu Agrofizyki PAN w Lublinie. Po-miary zlokalizowano w dwóch punktach na polanie w południowej części parku i na polanie po północnej stronie stawu. Wilgotność gleby badano do głębokości 1 m w czterech warstwach: 0-25, 25-50, 50-75 i 75-100 cm. Pomiary wykonywano w okresie wegetacyjnym średnio co około trzy tygodnie i w terminach charakterystycznych (po wysokich opadach oraz w okresach posusznych). Ustalone na podstawie pomiarów

OCENA ZMIAN ZASOBÓW RETENCJI GLEBOWEJ TERENÓW ZIELENI ...

433

wilgotności gleby aktualne zapasy wody w 100 cm profilu glebowym porównano z wielkościami zapasów przy polowej pojemności wodnej (320 mm) oraz z minimalnymi dopuszczalnymi zapasami wody odpowiadającymi współczynnikom więdnięcia (120 mm), (rys. 1).

Stwierdzono, Ŝe w mokrym okresie wegetacyjnym 2001 r. zapasy wody w 100 cm warstwie gleby wiosną oraz w sierpniu i we wrześniu przekraczały wartości odpowiadające polowej pojemności wodnej i zbliŜały się do maksymalnych do-puszczalnych, przy których zawartość powietrza w glebie dochodzi do 15% poro-watości [OSTROMĘCKI 1964].

W średnio suchym pod względem opadów okresie wegetacyjnym roku 2002 zapasy wody w jednometrowym profilu glebowym na polanach połoŜonych w dalszej odległości od stawu w południowej części parku na wiosnę i po nawalnych opadach okresowo przekraczały polową pojemność wodną.

W suchym roku hydrologicznym 2002/2003 jedynie wczesną wiosną obser-wowano wilgotność gleby zbliŜoną lub większą od polowej pojemności wodnej. Pod koniec maja następowało obniŜanie się zapasów wody w profilu glebowym, a w miesiącach VI-IX kształtowały się one pomiędzy zapasami odpowiadającymi polowej pojemności wodnej a minimalnymi dopuszczalnymi zapasami wody.

W kolejnym wybitnie suchym roku hydrologicznym 2003/2004 jedynie w kwietniu wilgotność gleby zbliŜona była do polowej pojemności wodnej, a potem następowało sukcesywne zmniejszanie się zasobów retencji glebowej i w miesiącach VII-IX były one niŜsze od minimalnych dopuszczalnych zapasów odpowiadających współczynnikowi więdnięcia. Wody gruntowe

Głębokość zalegania zwierciadła wody gruntowej mierzono raz w tygodniu za pomocą gwizdka hydrometrycznego w piezometrach usytuowanych obok punktów pomiaru wilgotności. Analizując przebieg zwierciadła wody gruntowej w okresach wegetacyjnych lat 2001-2004 moŜna zauwaŜyć, Ŝe najpłycej zalegało ono w mokrym okresie wegetacyjnym roku 2001, a średnie miesięczne głębokości były w przedziale 44-170 cm. W średnio suchych i suchych okresach wegetacyjnych lat 2002-2004 średnie miesięczne głębokości zwierciadła wody gruntowej kształtowały się w granicach 70-250 cm (rys. 1). W okresie wegetacji najpłytsze poziomy zwierciadła wody gruntowej występowały wiosną, a w mokrym okresie wegetacyjnym 2001 roku równieŜ po nawalnych opadach letnich.

Kilkuletnie pomiary wód gruntowych wykonane na terenie parku Południowego w zróŜnicowanych warunkach meteorologicznych umoŜliwiły dokonanie oceny oddziaływania zwierciadła wody gruntowej na stosunki wodne parku. Na podstawie badań własnych i innych autorów podjęto próbę ustalenia minimalnych, optymalnych i maksymalnych norm zalegania zwierciadła wody gruntowej w okresie wegetacyjnym, które porównano z pomierzonymi głębokościami zwierciadła wody gruntowej na terenie polan parkowych [OSTROMĘCKI 1964; MARCILONEK 1989; ORZEPOWSKI 2001; PŁYWA-

CZYK 2002].


434


435

Przyjęto następujące kryteria oceny głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej w okresie wegetacyjnym: - 0-60 cm - zbyt płytkie zwierciadło wody gruntowej, - 60-120 cm - optymalne głębokości zwierciadła wody gruntowej, - 120-180 cm - zbyt głębokie zwierciadło wody gruntowej, - poniŜej 180 cm - zwierciadło wody gruntowej nie ma istotnego wpływu na

stosunki wodne wierzchniej, czynnej warstwy gleby.

Analizując głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej na terenie polan parkowych moŜna stwierdzić, Ŝe w okresie wegetacyjnym mokrego roku 2001 obserwowano lokalnie nadmierne uwilgotnienie wiosną i po nawalnych opadach, w suchych latach 2002-2004 jedynie wczesną wiosną zwierciadło wody gruntowej zalegało na głębokościach optymalnych, a w miesiącach czerwiec - wrzesień znacznie obniŜało się i nie miało istotnego wpływu na stosunki wodne wierzchniej, czynnej warstwy gleby, wówczas w okresach bezopadowych obserwowano znaczne niedobory wody w glebie.

Podsumowując moŜna stwierdzić, Ŝe w zróŜnicowanych warunkach opadowych, w celu zapewnienia właściwych stosunków powietrzno-wodnych średnio zwięzłych gleb parku Południowego we Wrocławiu, naleŜałoby wykonać dwustronne systemy melioracyjne, które zapewniłyby odprowadzenie nadmiaru wody w latach mokrych oraz systemy nawadniające uzupełniające niedobory wody w latach suchych. Ocena stanu roślinności

Nadmierne uwilgotnienie gleby, które występowało okresowo w roku hy-drologicznym 2000/2001, spowodowało lokalne podtopienia polan parkowych, za-sychanie krzewów, pochylanie się i wypadanie drzew, które rosły na brzegach polan parkowych. W niekorzystnych dla większości drzew warunkach doskonale radziły sobie cypryśniki błotne, zaobserwowano dalszy wzrost pneumatoforów i coraz większy ich zasięg. Promień ich występowania zwiększył się o około 10 m w porównaniu z rokiem ubiegłym. W suchych latach 2002/2003 i 2003/2004 procesy te ustąpiły. Nie stwierdzono teŜ obumierania drzew ani nadmiernego wydzielania posuszu oraz licznego występowania jemioły. W latach suchych, w dłuŜszych okresach bezopadowych obserwowano lokalnie wysychanie murawy trawników. Wnioski 1. W latach 2000/2001-2003/2004 wystąpiły zróŜnicowane warunki opadowe, od lat

mokrych (prawdopodobieństwo występowania opadów p = 18%) do suchych (p = 90%). Analizowany okres moŜe więc być reprezentatywny dla oceny zmian zasobów retencji gleb średnio zwięzłych w latach ciepłych o zróŜnicowanym zasilaniu opadem.

2. Na obszarze parku Południowego we Wrocławiu występują typowe dla terenów

nizinnych Dolnego Śląska warunki agroklimatyczne, które umoŜliwiają uprawianie roślin o duŜych wymaganiach cieplnych, a utworzona sztucznie przed około 100 laty wierzchnia warstwa gleby o składzie granulometrycznym piasków gliniastych i glin średnich, charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami fizycznymi i wodnymi i przy odpowiedniej gospodarce wodnej moŜe zapewnić optymalne warunki dla rozwoju roślinności.

3. Wysokości i rozkłady opadów w okresie wegetacji wywierały istotny wpływ na wilgotność wierzchniej 100 cm warstwy gleby oraz roślinność parku. W mokrych okresach wegetacyjnych wiosną oraz po nawalnych opadach letnich występowały


436

dłuŜsze okresy, kiedy zasoby retencji glebowej były wyŜsze od maksymalnych dopuszczalnych, co powodowało znaczne straty roślinności parkowej, natomiast w suchych okresach wegetacyjnych jedynie wczesną wiosną zapasy wody 100 cm warstwy gleby były zbliŜone do polowej pojemności wodnej, a w miesiącach lipiec-wrzesień osiągały wartości mniejsze od najniŜszych dopuszczalnych, kiedy to obserwowano lokalne wysychanie krzewów i trawników.

4. Na terenach zieleni miejskiej w warunkach klimatycznych i glebowych zbli-

Ŝonych do występujących w parku Południowym we Wrocławiu naleŜy się liczyć z duŜym zróŜnicowaniem głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej. Przeprowadzone badania wykazały, Ŝe w latach mokrych wiosną i po nawalnych opadach zalegało ono zbyt długo płycej od przyjętej minimalnej normy odwodnienia (0,6 m), natomiast w latach suchych jedynie wiosną kształtowało się na poziomach optymalnych (0,6-1,2 m), a potem obniŜało się znacznie aŜ do 2,5 m i nie miało istotnego wpływu na stosunki wodne wierzchniej warstwy gleby.

5. W zróŜnicowanych warunkach opadowych w celu zapewnienia właściwych

stosunków powietrzno-wodnych gleb średnio zwięzłych, połoŜonych w terenach nizinnych Dolnego Śląska, w warunkach zbliŜonych do występujących w parku Południowym we Wrocławiu, naleŜałoby wykonać systemy melioracyjne o oddziaływaniu dwukierunkowym (odwadniająco-nawadniającym), które zapewniłyby odprowadzenie nadmiaru wody w latach mokrych oraz systemy nawadniające uzupełniające niedobory wody w suchych okresach wegetacyjnych.

Literatura ATLAS 2001. Atlas klimatyczny ryzyka upraw roślin w Polsce. Opracowanie naukowe Koźmiński Cz., Michalska B. AR w Szczecinie i Uniwersytet Szczeciński.

KASZEWSKA I. 1996. Park Południowy we Wrocławiu. Opracowanie Wydziału Ochrony i Kształtowania Środowiska Urzędu Miejskiego we Wrocławiu, Wrocław: 38 ss.

M ARCILONEK S. 1989. Potrzeby wodne roślin uprawnych. PWN, Warszawa. Praca zbiorowa pod red. J. DzieŜyca: 251-296.

M ARCILONEK S., KOSTRZEWA S., PŁYWACZYK A. 1980. Oddziaływanie drenowania na stosunki wodne gleb ornych średnio zwięzłych w latach 1970-1978. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 128, Melioracja XXIII: 82-84.

ORZEPOWSKI W. 2001. Oddziaływanie urządzeń wodno-melioracyjnych na stosunki wodne gleb cięŜkich. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 417, Melioracja XLIII: 54-79.

OSTROMĘCKI J. 1964. Wstęp do melioracji rolnych. PWRiL, Warszawa: 190-202.

PŁYWACZYK A. 2002. Wpływ urządzeń drenarskich na stosunki wodne gruntów ornych na terenach nizinnych Dolnego Śląska. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu 449, Monografie XXVIII, Wrocław: 42 ss.

RINKE Z., RINKE M., FALK K. 1996. Dokumentacja geologiczno-inŜynierska wraz z pie-zometrami dla odcinka kolektora. „Ślęza V”. FIZJO-GEO, Wrocław (maszynopis).

Słowa kluczowe: parki miejskie, wilgotność gleby, wody gruntowe

Streszczenie

W pracy dokonano oceny stosunków wodnych gleb średnio zwięzłych terenów zieleni miejskiej w latach mokrych, normalnych i suchych na przykładzie parku Południowego we Wrocławiu. Badania wykonane w okresie 2000/2001 -2003/2004


437

obejmowały analizę zasobów retencji glebowej, głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej i ocenę stanu roślinności. Stwierdzono, Ŝe w celu zapewnienia optymalnych stosunków powietrzno-wodnych gleb średnio zwięzłych w zróŜnicowanych warunkach opadowych na terenach nizinnych Dolnego Śląska w warunkach zbliŜonych do występujących w parku Południowym we Wrocławiu naleŜałoby wykonać dwustronne systemy melioracyjne. ESTIMATION OF CHANGES OF SOIL RETENTION RESOURCES IN URBAN GREEN AREAS ON THE EXAMPLE OF WROCŁAW SOUTHERN PARK Anna Pływaczyk, Wojciech Orzepowski, Tomasz Kowalczyk Institute of Environmental Development and Protection, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: town’s park, soil moisture, groundwater Summary

The paper presents the estimation of water conditions of medium-cohesive soils in the urban green areas in the Wrocław Southern Park. The investigations were performed in wet, normal and dry period of 2001-2004. The groundwater depths and moisture content were measured and analysis of soil retention resources and assessment of plants condition were done. It was stated that in order to ensure the optimum air-water soil conditions in medium-cohesive soils of the lowland areas of Lower Silesia is necessary to realize the irrigation and drainage of land reclamation system. Prof. dr hab. inŜ. Anna Pływaczyk Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 439-447 WSTĘPNE BADANIA AERATORA PULWERYZACYJNEGO, WYPOSAśONEGO W SYSTEM INAKTYWACJI FOSFORU Stanisław Podsiadłowski Instytut InŜynierii Rolniczej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

Około 3,8% jezior polskich moŜna, według SOSZKI i in. [2003], zaliczyć do wód I klasy czystości. Większość naszych jezior naleŜy niestety do II (36,6%) i III (38,9%) klasy, a ponad 20% to wody wręcz pozaklasowe. Wyraźne pogorszenie stanu czystości jezior nastąpiło przed około trzydziestu laty, jako konsekwencja rozwoju rolnictwa, w tym zwłaszcza jego chemizacji, rozwoju turystyki oraz rozwoju przemysłu lokalnego.

Głównym zagroŜeniem jezior strefy umiarkowanej są czynniki przyspieszające ich eutrofizację, wywołujące wyraźne odtlenienie głębszych warstw wody, głównie hypolimnionu i metalimnionu, skutkujące między innymi częstymi zakwitami fitoplanktonu i ogólnym pogorszeniem jakości wody, wpływającym takŜe na fre-kwencję i zdrowotność ryb. Chodzi przy tym głównie o zachwianie proporcji między ilością złoŜonych związków chemicznych, zwłaszcza organicznych, a ilością tlenu zawartego w wodzie jeziornej.

Naturalne procesy natleniania wody nie są niestety zbyt intensywne, ograniczają się bowiem w zasadzie do warstwy epilimnionu, wynikając zwłaszcza z oddziaływania roślinności wodnej w strefie litoralu i sublitoralu (zanikającej w jeziorach skaŜonych) oraz oddziaływania energii wietrznej (tzw. wpływ falowania). W warunkach letnich, przy względnie duŜej aktywności chemicznej osadów dennych, intensywność tych procesów jest przewaŜnie wyraźnie niewystarczająca. WyróŜniamy przy tym następujące drogi skaŜenia wód otwartych: - źródła punktowe, miejsca wpływu ścieków kanalizacyjnych, produkcyjnych, itp., - źródła rozproszone, przecieki i przesącza z brzegów, - erozję wietrzną i wodną.

Poprzez źródła punktowe, jeziora skaŜane są nie tylko substancjami organicznymi lecz i mineralnymi. Tą drogą dostaje się do hipolimnionu większość związków fosforu i siarki [McGECHAN, LEWIS 2002; NASH, HALLIWELLI 2000; SZPEREK, SZYMCZYK 2005]. W źródłach rozproszonych przewaŜa natomiast transport związków azotu, dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Według GOŁDYNA i in. [2006], szczególnie zanieczyszczone są zwykle wody spływu powierzchniowego. Według naszych wieloletnich obserwacji, niedocenianą drogą dostawy biogenów, w tym równieŜ fosforu, do wód powierzchniowych jest natomiast erozja i deflacja gleb. Podstawowym zabiegiem ochronnym jest oczywiście wyeliminowanie źródeł zagroŜenia, wymienionych wyŜej. Jeśli wyeliminowanie wpływu źródeł punktowych jest technicznie stosunkowo proste (nie zawsze proste organizacyjnie), o tyle eliminacja pozostałych jest znacznie trudniejsza. Ograniczenie wpływu źródeł rozproszonych moŜna w pewnym stopniu

S. Podsiadłowski

440

uzyskać, na przykład, dzięki odsunięciu pól uprawnych od brzegów jeziora, zastąpieniu ich łąkami. Samo wyeliminowanie istniejących źródeł zagroŜenia nie powoduje w przypadku jezior szybkiego powrotu do warunków równowagi biologicznej. W przypadku jezior głębokich, o niepełnej cyrkulacji okresowej i silnie juŜ skaŜonych, proces samorekultywacji jest praktycznie niemoŜliwy, w przypadku skaŜonych jezior płytkich o duŜej miąŜszości osadów dennych – mało prawdopodobny. Rekultywacja jezior jest obecnie uwaŜana za moŜliwą, podkreśla się wszakŜe powszechnie jej kosztowność. Znane są przy tym następujące systemy rekultywacji: - wymiana masy wodnej, - usunięcie powierzchniowych warstw osadów dennych, zwłaszcza profundalu, - usunięcie wód hypolimnionu drogą odsyfonowania, - natlenianie wód naddennych, moŜliwe do przeprowadzenia za pomocą aeratorów,

obecnie wykorzystujących energię wietrzną.

Jako zabiegi uzupełniające podstawowy proces rekultywacji uznaje się natomiast regulację poziomu wód, biomanipulację i chemiczne strącanie fosforu do osadów dennych.

Natlenianie wód hipolimnionu, wykonywane najczęściej za pomocą aeratorów, pozwala, jako jedna z nielicznych metod, na rozwiązanie problemu w miejscu jego powstania [LOSSOW i inni 1998]. W przypadku stosowania tej metody bowiem ani zanieczyszczone wody jeziorne, ani teŜ osady denne nie są przesuwane w inne miejsca. Aeratory te początkowo stosowano głównie w oczyszczalniach ścieków. Narastanie problemu eutrofizacji jezior wymogło wszakŜe pojawienie się tych konstrukcji równieŜ na wodach otwartych. Z uwagi na zasadę działania, aeratory moŜemy podzielić na dwie zasadnicze grupy, aeratory pulweryzacyjne i pneumatyczne [PODSIADŁOWSKI 2001].

Aeratory pneumatyczne grupują urządzenia wtłaczające powietrze do natlenianej warstwy wody. Główną wadą tych urządzeń jest wszakŜe ich znaczna energochłonność i względnie niska efektywnosć, trudne juŜ dzisiaj do zaakceptowania, a wynikające stąd, iŜ powietrze wtłaczane jest w tym systemie do warstwy wody wysyconej juŜ siarkowodorem czy metanem.

Aeratory pulweryzacyjne grupują z kolei urządzenia rozpylające wodę w po-wietrzu. Najprostsze z nich nie wymagają dostarczania energii z zewnątrz, wyko-rzystując znany z natury efekt wodospadu, a ściślej, energię kinetyczną wód płynących. Aeratory rozbryzgowe mechaniczne zasilane są natomiast zwykle energią elektryczną w przypadku oczyszczalni ścieków i stawów rybnych, oraz wietrzną w przypadku jezior. WaŜną zaletą tych aeratorów jest rozpylanie wody w powietrzu atmosferycznym, a więc w warunkach jego nadmiaru, co znacznie ułatwia proces dyfuzji gazów. Zarówno ciągły wzrost cen energii, jak i ogólny proces antropopresji spowodowały zatem, między innymi, poszukiwanie nowszych technologii odnowy wody. Chodziło zwłaszcza o opracowanie technologii wykorzystujących odnawialne zasoby energii, w tym głównie wiatr, oraz wykorzystujących w większym niźli dotąd stopniu siły samej przyrody w procesie rekultywacji. Chodziło więc o opracowanie technologii inicjujących i stymulujących procesy uruchamiania nowych łańcuchów pokarmowych (początkowanych równieŜ w hypolimnionie), skutkujących wynoszeniem nadmiaru materii organicznej z najbardziej zagroŜonej strefy jeziora. Podjęto zatem badania w dwóch zasadniczych kierunkach. W pierwszym rzędzie starano się zwiększyć efektywność wymiany gazowej zachodzącej podczas napowietrzania (zastąpienie H2S przez O2). W drugim rzędzie zaś podjęto wysiłki w kierunku wykorzystania energii wietrznej do zasilania procesu aeracji. W Instytucie InŜynierii Rolniczej Akademii Rolniczej w Poznaniu podjęto prace w obu wymienionych kierunkach [PODSIADŁOWSKI, DZIUDZIEL 2005].

WSTĘPNE BADANIA AERATORA PULWERYZACYJNEGO ...

441

Zasada działania aeratora opiera się na wykorzystywaniu energii uzyskiwanej z turbiny wietrznej Savoniusa głównie do dyfuzji gazów – uwalniania siarkowodoru, który zwykle wysyca całkowicie wody hypolimnionu i następczym nasycaniu tejŜe wody tlenem. Obecnie uzyskuje się około siedmiokrotny wzrost natlenienia wody przepływającej przez aerator, co pozwala na stworzenie tzw. strefy intensywnej aeracji. Jak wykazują wyniki naszych badań, potwierdzonych takŜe przez KONIECZNEGO [2004], strefa ta ulega względnie często translokacji, wynikającej z występujących podczas wiatru naturalnych pływów wody jeziornej. Nieco inaczej przebiega jednak aeracja pulweryzacyjna w warunkach jeziora głębokiego, o wyraźnie wykształconej stratyfikacji (rys. 1), nieco inaczej natomiast w warunkach jeziora płytkiego (rys. 2).

Rys. 1. Aerator pulweryzacyjny w warunkach jeziora głębokiego Fig. 1. The pulverising aerator in the deep lake conditions

W warunkach jeziora głębokiego (rys. 1), o wykształconej stratyfikacji, w warstwie naddennej hypolimnionu powstaje strefa natlenionej wody, pozwalając na utlenianie związków złoŜonych i rozwój bentosu. W warunkach jeziora płytkiego przebieg aeracji pulweryzacyjnej jest natomiast nieco odmienny (rys. 2). Głównym zadaniem aeratora jest bowiem w tym przypadku likwidowanie odtlenionej warstwy naddennej, zwanej oxykliną, powstającej w jeziorach płytkich w półroczu letnim, na skutek intensyfikacji reakcji chemicznych, zachodzących w wierzchniej warstwie osadów dennych. Ograniczanie zasięgu oxykliny jest, jak wiadomo, warunkiem inicjacji i podtrzymania procesu samorekultywacji jeziora [KLAPPER 2003].

Systematyczne dostarczanie tlenu do warstwy naddennej jezior, zachodzące w przypadku pracy aeratorów pulweryzacyjnych zasilanych energią wietrzną, stworzyło z kolei moŜliwość inaktywacji fosforu, uwalniającego się w efekcie tzw. emisji dna. W roku 2003 wyposaŜono zatem aerator pulweryzacyjny, uruchamiany na Jeziorze Miejskim w ChodzieŜy (Wielkopolska), w tzw. system inaktywacji fosforu, pozwalający na dawkowanie preparatu (koagulantu) w korelacji z wydajnością pulweryzacji (rys. 3).

S. Podsiadłowski

442

Rys. 2. Aerator pulweryzacyjny w warunkach jeziora płytkiego Fig. 2. The pulverizing aerator in the shallow lake conditions

Rys. 3. Schemat aeracji pulweryzacyjnej z systemem inaktywacji fosforu: 1 - pulweryzator, 2 -

dozownik preparatu, 3 - sekcja tłoczenia, 4 - sekcja ssania Fig. 3. The scheme of pulverising aerator with a phosphorus inactivation system: 1 –

pulverizator, 2 – infusion pipe of preparation, 3 – pressing section, 4 – suction section

Podjęcie próby połączenia procesu natleniania z inaktywacją fosforu wymagało

podjęcia badań zaleŜności wydajności aeracji pulweryzacyjnej oraz badań zaleŜności wydajności dozowania koagulanta od prędkości wiatru, wyniki których zwięźle przedstawiono w niniejszej pracy.

Ogólnym celem badań było określenie zaleŜności między wydajnością podawania koagulantu a wydajnością aeracji i prędkości wiatru. Chodziło o umoŜliwienie prawidłowej regulacji systemu inaktywacji fosforu, zapewniającej jego stabilizację w strefie aeracji. Wyniki badań

Badania przeprowadzono na Jeziorze Miejskim w ChodzieŜy, w latach 2004-2006, badając wydajność przepływu wody i koagulantu przy róŜnych prędkościach wiatru. Jezioro to ma powierzchnię 115,6 ha (obj. 3533,2 tys. m3; śr. gł. 3,1 m, maks. gł. 6,7 m) i charakteryzuje się dobrą ekspozycją wietrzną, wydatnie wspomagającą proces mieszania wody. Wydajność przepływu wody badano metodą pomiaru prędkości przepływu wody przy danej prędkości wiatru, wydajność podawania koagulantu badano natomiast metodą pomiaru gęstości właściwej cieczy w zbiorniku koagulanta (siarczanu Ŝelazowego). Badania prowadzono przy prędkościach wiatru w zakresie 2,2-5,5 m⋅s-1. Prędkość wiatru mierzono anemometrem firmy Kestrel (model 3000) na wysokości 3,6 m (od powierzchni wody), odpowiadającej połowie wysokości turbiny wietrznej.


443

Rys. 4. Wpływ prędkości wiatru V (m⋅s-1) na wydajność aeracji pulweryzacyjnej Wp (dm3⋅s-1),

Wp = 87,7686 – 155,099 V + 107,121 V2 – 35,1982 V3 + 5,53915 V4 – 0,331895 V5, R2 = 0,98438

Fig. 4. Influence of wind speed V (m⋅s-1) on the pulverizing aeration efficiency Wp

(dm3⋅s-1), Wp = 87.7686 – 155.099 V + 107.121 V2 – 35.1982 V3 + 5.53915 V4 – 0.331895 V5, R2 = 0.98438

Wpływ prędkości wiatru na przyrost natlenienia wody w pulweryzatorze,

rozumiany jako główny wskaźnik efektywności procesu, podano juŜ w pracy wcześniejszej [PODSIADŁOWSKI i in. 2005]. Jak dotąd, brak było ścisłych danych do-tyczących wydajności aeracji pulweryzacyjnej przy róŜnych prędkościach wiatru. Uzyskanie tych danych stało się waŜne w związku z zainstalowaniem w aeratorze systemu inaktywacji fosforu. W niniejszej pracy wydajność aeracji pulweryzacyjnej określano poprzez uśrednienie wydajności przepływu wody w węŜach ssących pul-weryzatora.

Z przedstawionej na rys. 4 zaleŜności wynika, iŜ wydajność aeracji pulwery-zacyjnej wyraźnie rośnie w miarę wzrostu prędkości wiatru, przy czy najintensyw-niejszy wzrost odnotowano w przedziale 4,2–5,2 m⋅s-1 prędkości wiatru (V). Wzrost ten wynika z tzw. samouszczelniania się wirnika pulweryzatora przy wyŜszych prędkościach przepływu wody [KONIECZNY 2004]. Przy wyŜszych prędkościach wiatru (powyŜej 5,2 m⋅s-1.) zaobserwowano natomiast zjawisko dławienia wydajności aeracji przez ograniczoną wydajność przepływu węŜy ssących, dostosowaną konstrukcyjnie do zakresu prędkości wiatru o wysokiej frekwencji (3–5 m⋅s-1).

2,. 00 3,00 4,00 5,00 6, 00V

0,.00

4,00

8,00

12,00

16,00

20,.,00

Wp

S. Podsiadłowski

444

Rys. 5. Wpływ średniej prędkości wiatru Vh (m⋅s-1) na wydajność dozowania koagulantu Wk

(g⋅h-1), Wk = - 6977,98 + 7494,61 Vh – 2979,98Vh2 + 524,332Vh3 – 34,0838Vh4, R2 = 0,998192

Fig. 5. Influence of average wind speed Vh (m⋅s-1) on the preparation doze efficiency Wk

(g⋅h-1), Wk = - 6977.98 + 7494.61 Vh – 2979.98Vh2 + 524.332Vh3 – 34.0838Vh4, R2 = 0.998192

System inaktywacji fosforu został tak zaprojektowany w aeratorze pulwery-zacyjnym, by dozowanie preparatu było skorelowane z wydajnością aeracji (rys. 3). Chodziło z jednej strony o podawanie preparatu do nasyconej tlenem wody, z drugiej zaś, o uniknięcie podawania preparatu przy braku pulweryzacji i przepływu wody. Chodziło tu takŜe o uzyskanie względnej prostoty konstrukcyjnej, gwarantującej w warunkach jeziornych dobrą niezawodność sytemu. Przedstawiona na rys. 5 zaleŜność wydajności (Wk) dozowania preparatu (koagulantu - siarczanu Ŝelazowego) od średniej prędkości wiatru (Vh) wskazuje na istnienie wyraźnej korelacji, w zakresie przeprowadzonych badań. Wiatry o średniej prędkości (3–4 m⋅s-1.) powodują dawkowanie około 100 g preparatu na godzinę pracy aeratora pulweryzacyjnego. Jak wykazały nasze badania, ilość ta wystarczała do wytrącenia fosforanów w strefie aeracji Jeziora Miejskiego w ChodzieŜy. Wnioski

Przeprowadzone badania i obserwacje pozwalają na sprecyzowanie następu-jących wniosków: 1. Wydajność aeracji pulweryzacyjnej zaleŜy wyraźnie od prędkości wiatru,

wahając się dla badanego egzemplarza od około 3 do około 18 dm3⋅s-1. 2. Zaproponowany dla aeratora pulweryzacyjnego system inaktywacji fosforu

spełnia oczekiwania, pozwalając na podawanie koagulantów do natlenionej juŜ wody bez obciąŜania energetycznego turbiny wietrznej.

3. Wydajność dozowania koagulantu zaleŜy wyraźnie od prędkości wiatru (od ok.

2,50 3,00 3,.50 4,00 4,50 5, 00

0, 00

50, 00

100,00

150,00

200,00

250,00

Wk

Vh


445

20 do 230 g⋅h-1), co umoŜliwia podjęcie opracowania modelu prognozowania procesu inaktywacji fosforu.

Literatura

GOŁDYN R., PODSIADŁOWSKI S., KOWALCZEWSKA -M ADURA K., DONDAJEWSKA R., SZELĄG-WASIELEWSKA E., BUDZYŃSKA A., DOMEK P., ROMANOWICZ W. 2006. Functioning of the Rusałka Lake ekosystem in Poznań (West Poland). The Inter. Conf. „The functioning of water ecosystems and their protection”. UAM, 26 X 2006: 64-65.

KLAPPER H. 2003. Technologies for lake restoration. J. Limnol. 62/1: 73-90.

KONIECZNY R. 2004. Aeracja pulweryzacyjna w warunkach Jeziora Barlinieckiego. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 4(2b): 291-301.

LOSSOW K., GAWROŃSKA H., JASZCZUŁT R. 1998. Attempts to use wind energy for artifi-cial destratification of Lake Starodworskie. Polish J. Environ. Studies. 7/4: 221-227.

McGECHAN M.B., LEWIS D.R. 2002. Sorption of phosphorus release from soils to surface runoff and subsurface drainage. J. Environ. Qual. 30: 508-520.

NASH D.M., HALLIWELL D.J. 2000. Tracing phosphorus transferred from grazing land to water. Wat. Res. 34/7: 1975-1985.

PODSIADŁOWSKI S. 2001. Aeracja jezior strefy umiarkowanej. Ekopartner 6(116): 15-16.

PODSIADŁOWSKI S., DZIUDZIEL J. 2005. Beluftung der Seen gemassigter Zone. Konf. nauk. Politechniki Poznańskiej „Intuicja i architektura”. 24 X 2003. Wyd. Politechn. Pozn.: 571-580.

PODSIADŁOWSKI S., PIECHNIK L., PODSIADŁOWSKI W. 2005. Efektywność aeracji pulwery-zacyjnej Jeziora Jaroszewskiego. Konf. nauk. AR w Lublinie: Rekultywacja środowisk zdegradowanych. Lublin: 61-68.

SZPEREK U., SZYMCZYK S. 2005. Erozja chemiczna gleb obszarów pojeziernych. Acta Agrophysica 5(1): 185-192.

SOSZKA H., CYDZIK D., CZAJKA J. 2003. Raport stanu środowiska w Polsce w latach 1996-2001. Biblioteka Monitoringu Środowiska, W-wa: 111-117.

Słowa kluczowe: rekultywacja jezior, napowietrzanie wody, inaktywacja fosforu Streszczenie

Podstawowym problemem jezior strefy umiarkowanej jest ich eutrofizacja, wyraŜająca się, między innymi, odtlenieniem głębszych warstw wody, w tym szczególnie hypolimnionu i metalimnionu. Dalszym skutkiem tego procesu są nasilone zakwity fitoplanktonu, w tym takŜe i sinic, pogarszające wyraźnie jakość wody i warunki bytowania ryb. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest zachwianie proporcji między zawartością w wodzie złoŜonych związków, zwłaszcza organicznych, a zawartością w wodzie tlenu. Naturalny proces natleniania wody nie jest bowiem zbyt intensywny, ograniczając się w zasadzie do warstwy epilimnionu i wynikając z oddziaływania roślin strefy litoralu i sublitoralu, oraz z działania energii wiatru (efekt falowania). W warunkach letnich, przy wysokiej aktywności chemicznej osadów dennych intensywność tego naturalnego natleniania jest zwykle niewystarczająca.

S. Podsiadłowski

446

W roku 1995 podjęto w Instytucie InŜynierii Rolniczej Akademii Rolniczej w Poznaniu badania nad kompleksową technologią rekultywacji jezior, opartą o wykorzystanie aeratora do napowietrzania wody naddennej (hypolimnionu). Aerator zasilany energią z turbiny Savoniusa, pobiera wodę z strefy naddennej i rozpylając ją, umoŜliwia dyfuzję gazów, a w tym zastąpienie siarkowodoru tlenem. Prace badawcze pozwoliły na rozwój konstrukcji aeratora i zwiększenie stopnia natlenienia wody naddennej. Pozwoliły takŜe na opracowanie autonomicznego systemu inaktywacji fosforu, jednego z waŜnych czynników eutrofizacji jezior. W roku 2003 na Jeziorze Miejskim w ChodzieŜy uruchomiono bowiem pierwszy aerator pulweryzacyjny wyposaŜony w taki właśnie system. W pracy przedstawiono załoŜenia i wstępne wyniki badań aeracji pulweryzacyjnej z inaktywacją fosforu. PRELIMINARY STUDY OF A PULVERIZING AERATOR EQUIPPED WITH A PHOSPHORUS INACTIVATION SYSTEM Stanisław Podsiadłowski Institute of Agricultural Engineering, University of Life Sciences, Poznań Key words: lake recultivation, water aeration, phosphorus inactivation Summary

The main threat to lakes of the temperate zone is posed by factors accelerating their eutrophication and causing marked deoxygenation of the deeper layers of water, mainly the hypo- and metalimnion. Among their effects there are frequent phytoplankton blooms, including those of blue-green algae, and general deterioration of water quality also affecting the abundance and health status of fish. The chief concern is a disturbed proportion between the amount of complex chemical compounds, especially organic, and the oxygen content of lake waters. Natural processes of water oxygenation are not too intensive, because they are practically limited to the epilimnion layer, connected as they are with the activity of aquatic plants of the littoral and sublittoral zone (which tends to disappear in contaminated lakes) and wind energy (the effect of waving). In summer, with a relatively great chemical activity of bottom deposits, the intensity of those processes is usually inadequate.

In 1995 a research was launched in the Institute of Agricultural Engineering of the Agricultural University in Poznań on an integrated lake restoration technology whose core was a self-powered aerator capable of oxygenating also the bottom layers of water (the hypolimnion) of deep lakes. The aerator uses energy obtained from a Savonius rotor mainly to diffuse gases: to release hydrogen sulphide, which usually saturates the hypolimnion water completely, and then to saturate this water with oxygen. Even early studies showed the constructed device to be highly efficient in improving oxygen conditions in the bottom zone. They also made it clear that it should be equipped with an autonomous system designed to inactivate phosphorus, one of the principal factors determining the rate of lake degradation. In 2003 the first wind-driven pulverising aerator equipped with such a system was installed in Town Lake in ChodzieŜ. The aim of this work is to present the principles of operation of a wind-driven pulverising aerator with a phosphorus inactivation system, as well as its general technical characteristics and preliminary results of the study of its performance.


447

Prof. dr hab. Stanisław Podsiadłowski Instytut InŜynierii Rolniczej Uniwersytet Przyrodniczy ul. Wojska Polskiego 50 60-627 POZNAŃ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 449-456 REALIZACJA INWESTYCJI MAŁEJ RETENCJI W WOJEWÓDZTWIE WIELKOPOLSKIM W LATACH 1998-2005 Czesław Przybyła, Karol Mrozik Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wstęp

WdraŜanie Narodowego Programu Rozwoju w latach 2007-2013 umoŜliwia w swoich szerokich ramach takŜe dalszą realizację inwestycji z zakresu małej retencji wodnej. Skłoniło to autorów do przeanalizowania dotychczasowych efektów wykonywania tego typu inwestycji w Wielkopolsce oraz perspektyw realizacji pro-gramu małej retencji do 2015 roku. W artykule wykorzystano materiały statystyczne GUS [OCHRONA ŚRODOWISKA 1998-2005] oraz dane Wielkopolskiego Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych w Poznaniu obejmujące lata 1998-2005 [RRW-13 1999-2005]. Materiał i metody badań

Województwo wielkopolskie zaliczane jest do najbardziej deficytowych w wodę obszarów Polski. Potwierdza to m.in. opracowana przez IMGW wspólnie z IMUZ hierarchia potrzeb obszarowych małej retencji [KOWALCZAK i in. 1997; KOWALCZAK 2001]. Wielkość dyspozycyjnych zasobów wód powierzchniowych w roku średnim w analizowanym województwie wynosi 3753,71 mln m3, z czego w okresie letnim (we-getacyjnym) 1493,93 mln m3, a w okresie zimowym 2259,78 mln m3. W roku średnio suchym natomiast, tj. w roku miarodajnym dla określenia wielkości zapotrzebowania wody dla celów rolniczych, ogólne zasoby wody wynoszą 1814,59 mln m3 i są o ponad 50% mniejsze od zasobów w roku średnim. Dla potrzeb rolnictwa istotne są zasoby wody w półroczu letnim, które wynoszą zaledwie 663,0 mln m3 i stanowią około 46% zasobów roku średniego. Z tego względu kaŜda forma retencji pozwalająca na zwiększenie zasobów wód dyspozycyjnych bądź przyczyniająca się do ograniczenia odpływu i podniesienia zwierciadła wód gruntowych na terenie województwa wielkopolskiego jest uzasadniona [TYMCZUK i in. 2005].

W aktualizacji programu małej retencji wodnej do realizacji w latach 2005-2015 na terenie województwa wielkopolskiego [AKTUALIZACJA PROGRAMU 2005] potwierdzono moŜliwość wykonania: - 48 spiętrzeń jezior o łącznej pojemności 33,008 mln m3, - 62 zbiorników dolinowych o łącznej pojemności 81,228 mln m3,

Cz. Przybyła, K. Mrozik

450

- 230 budowli piętrzących i uzyskanie przez to retencji korytowej o wielkości 8,988 mln m3,

- 282 stawów wiejskich o łącznej pojemności 12,132 mln m3.

Wykonanie do 2015 roku planowanych obiektów małej retencji zwiększyłoby ilość retencjonowanej wody o 135,4 mln m3. Łącznie z juŜ istniejącymi obiektami, za pomocą których moŜliwe jest retencjonowanie 251,6 mln m3 wody, wielkość retencji na terenie województwa wzrosłaby do 386,9 mln m3. Objętość ta stanowiłaby około 10,3% zasobów wody roku średniego i około 21,33% zasobów wody roku suchego. Zrealizowanie dodatkowo do 2015 na terenie lasów 197 zbiorników śródleśnych i 534 budowli piętrzących na ciekach pozwoliłoby na zmagazynowanie dodatkowo na obszarze Wielkopolski 3,8 mln m3 wody powierzchniowej. O kolejne 0,3 mln m3 wody wielkość retencji zwiększyłaby odbudowa 90 zbiorników. Łącznie z terenami rolnymi oznaczałoby to przyrost zasobów wody o 139 mln m3, czyli o około 55% w stosunku do stanu na I kwartał 2005 roku.

Wyniki i dyskusja

W analizowanym okresie 1998-2005 w województwie wielkopolskim zreali-zowano ogółem 478 obiektów małej retencji, co umoŜliwiło retencjonowanie 30,9 mln m3 wody, czyli zwiększono retencję o 3,87 mln m3 rocznie. Realizacja programu małej retencji w latach 2005-2015, zakłada średnioroczny przyrost retencjonowanej wody na poziomie 13,9 mln m3. Planowane wartości są ponad 3-krotnie wyŜsze od efektów osią-ganych w latach 1998-2005. Jeśli by uwzględnić tylko trzy ostatnie lata (2003-2005), jeszcze bardziej uwidacznia się skala problemu związanego z realizacją programu małej retencji. Przyrosty roczne retencji o kubaturze 1,6 mln m3 są bowiem prawie 9-krotnie niŜsze od planowanych na lata 2005-2015. Trudności w realizacji programów małej retencji dostrzegł wcześniej KOWALEWSKI [2004]. Według jego wyliczeń średnioroczny przyrost objętości retencjonowanej wody w latach 1997-2003 w Polsce wynikający z realizacji programów małej retencji poszczególnych województw był 4-krotnie mniejszy od średniego rocznego przyrostu planowanego do 2015 r. Niewielki przyrost pojemności retencyjnej potwierdziła takŜe kontrola NIK [INFORMACJA NIK 2004]. Ogółem moŜna zauwaŜyć na przestrzeni analizowanego okresu, po widocznym zmniejszeniu in-tensywności realizacji inwestycji z zakresu małej retencji na przełomie wieków, trwające od 2001 roku ustabilizowane tempo wykonywania obiektów małej retencji (rys. 1 i 2).

O przyroście retencji w latach 1998-2005 w największym stopniu decydowały sztuczne zbiorniki wodne (61,2%) oraz piętrzenie jezior (26,1%), pomimo iŜ wśród ogółu zrealizowanych obiektów stanowiły one odpowiednio tylko 28,6 i 1,7%. Podobne proporcje przyrostu retencji przewiduje aktualny program małej retencji dla województwa wielkopolskiego. Warto jednak zauwaŜyć, Ŝe ostatnie piętrzenie jezior w województwie zostało wykonane w 2001 roku, co wskazuje na trudności związane z wykonywaniem największych inwestycji wśród małej retencji. Średnio bowiem kaŜde piętrzenie jezior w Wielkopolsce zwiększało ilość retencjonowanej wody o 1 mln m3 (prawie 2,5-krotnie więcej niŜ średnio w skali kraju), (tab. 1).

REALIZACJA INWESTYCJI MAŁEJ RETENCJI ...

451

Rys. 1. Zestawienie ilościowe zrealizowanych obiektów małej retencji wg rodzajów w woj. wiel-

kopolskim w latach 1998-2005 Fig. 1. Listing of number of executed small retention objects according to particular types in

Wielkopolska Province in the years 1998-2005

Rys. 2. Przyrost pojemności retencjonowanej wody wg rodzajów obiektów w woj. wielkopolskim

w latach 1998-2005 Fig. 2. Increment of retained water capacity according to the object types in Wielkopolska

Province in the years 1998-2005

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

rok; year

piętrzenie jezior; damming lakes sztuczne zbiorniki wodne; water reservoirs

stawy rybne; fish ponds pozostałe obiekty; other

0

10

20

30

40

50

60

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

rok; year

piętrzenie jezior; damming lakes sztuczne zbiorniki wodne; water reservoirs

stawy rybne; fish ponds budowle piętrzące; hydraulic structures

pozostałe obiekty; others

liczb

a ob

iekt

ów w

szt

. nu

mbe

r of

ele

men

ts in

pie

ce

mln

m3


452

Realizacja 1 sztucznego zbiornika wodnego powodowała z kolei przyrost retencji o 0,14 mln m3, czyli o 0,06 mln m3 więcej niŜ w przypadku Polski ogółem. Natomiast stawy rybne wykonywane w województwie wielkopolskim, które w analizowanym okresie stanowiły prawie połowę zrealizowanych inwestycji (235), zwiększały retencję wodną średnio o 13,8 tys. m3 na obiekt, czyli o 20% mniej niŜ w przypadku średniej dla całego kraju. W tych kategoriach inwestycji nie zauwaŜono jednak takiego przestoju jak w przypadku piętrzeń jezior. Tabela 1; Table 1 Realizacja obiektów małej retencji w województwie wielkopolskim w latach 1998-2005 Realization of small retention objects in Wielkopolska Province in the years 1998-2005

Rodzaj obiektu Type of object

Liczba zrealizowa-

nych obiektów Number of objects

Przyrost pojemności re-

tencjonowanej wody Increase of water reten-

tion capacity

Średnia objętość na

1 obiekt; Mean water capacity per

single object

(szt; num-

ber)

(%)

(mln m3;

million m3)

(%)

(mln m3;

million m3) Piętrzenie jezior; Damming lakes

8

1,7

8,064

26,1

1,008

Sztuczne zbiorniki wodne Water reservoirs

137

28,6

18,9457

61,2

0,138

Stawy rybne; Fish ponds

235

49,2

3,2513

10,5

0,014

Pozostałe, w tym budowle piętrzące Others including hydraulic structures

98

20,5

0,6873

2,2

0,007

Ogółem; Total

478

100,0

30,9483

100,0

0,065

Rys. 3. Średnie koszty jednostkowe przyrostu retencji (PLN⋅m-3) w latach 1998-2005 w woj.

wielkopolskim i w Polsce Fig. 3. Mean unit costs of retention increment (PLN⋅m-3) in the years 1998-2005 in

Wielkopolska Province and in Poland W latach 1998-2005 na realizację obiektów małej retencji wydano ponad 91 mln

0

1

2

3

4

5

6

7

ogółem; total sztuczne zbiornikiwodne; waterreservoirs

piętrzeniejezior; damming

lakes

stawy rybnefish ponds

Polska Wielkopolska

PLN·m-3


453

PLN. Ponad 3/4 tej sumy przeznaczone zostało na sztuczne zbiorniki (tab. 2). Prawie 13% wykorzystano na samodzielne budowle piętrzące i ujęcia wód na ciekach podstawowych, zaś 6,5% na stawy rybne. W przypadku tych ostatnich inwestycji trzeba jednak pamiętać o znacznym udziale inwestorów prywatnych. Ogółem struktura inwestowania w województwie wielkopolskim kształtuje się podobnie, jak w przypadku całego kraju.

Całkowita suma wydana na inwestycje małej retencji w latach 1998-2005 jest jednak niŜsza niŜ oczekiwane średnioroczne wydatki na małą retencję w latach 2005-2015 na terenie analizowanego województwa, które wynoszą 97 mln PLN. Kwota ta jest ponad 8-krotnie wyŜsza niŜ średnioroczne rzeczywiste nakłady ponoszone na małą retencję w analizowanym okresie. Tabela 2; Table 2 Struktura inwestowania w latach 1998-2005 w województwie wielkopolskim i w Polsce Investment structure in the years 1998-2005 in Wielkopolska Province and in Poland

Jednostka Unit

Ogółem

Total

Z tego; Of which

sztuczne zbiorniki water re-servoirs

samodzielne budowle piętrzące i ujęcia wód na ciekach; hydraulic

structures

piętrzenie

jezior damming

lakes

stawy rybne fish ponds

inne

others

podstawo-

wych primary network

piece

szczegóło-

wych chanel

retention piece

w tysiącach PLN; in thousand PLN

(%)

Polska Poland

421735,7

280639,6

60898

2358,2

10352,1

44141,8

23346

100

66,5

14,4

0,6

2,5

10,5

5,5

Wielkopolska Wielkopolska Province

91203

69021,7

11641,5

136,9

2038,7

5909,7

2454,5

100

75,7

12,8

0,1

2,2

6,5

2,7

Uzyskanie 1 m3 wody w wyniku realizacji inwestycji małej retencji w Wiel-kopolsce w latach 1998-2005 kosztowało średnio 2,94 PLN, czyli o ponad Ľ mniej niŜ w Polsce (3,76 PLN⋅m-3), (rys. 3). Zdecydowanie najtaniej pozyskuje się wodę na skutek piętrzenia jezior (0,25 PLN⋅m-3 – Wielkopolska, 0,22 PLN⋅m-3 - Polska). Naj-droŜsze okazało się retencjonowanie wody w sztucznych zbiornikach (3,64 PLN⋅m-3). W porównaniu do całego kraju jest to jednak wartość prawie 2-krotnie niŜsza (6,78 PLN⋅m-3). Wnioski

Analiza efektów realizacji inwestycji z zakresu małej retencji w Wielkopolsce w


454

latach 1998-2005 wskazuje, jak trudno będzie uzyskać zakładany w opracowaniu pt. „Aktualizacja programu małej retencji wodnej do realizacji w latach 2005-2015 na terenie województwa wielkopolskiego” przyrost pojemności retencjonowanej wody. Zakładane do realizacji inwestycje wymagają średniorocznych nakładów w wysokości 97 mln PLN, czyli ponad 8-krotnie wyŜszych niŜ ponoszone w analizowanym okresie rzeczywiste nakłady średnioroczne.

Szansę na poprawę sytuacji stwarzają zapisy w Sektorowym Programie Ope-racyjnym Infrastruktura i Środowisko [PROGRAM OPERACYJNY 2006]. Budowa obiektów małej retencji została uwzględniona w osi priorytetowej „Zarządzanie zasobami i przeciwdziałanie zagroŜeniom środowiska”, na którego wykonanie przewiduje się kwotę 545 mln euro, pochodzącą z Funduszu Spójności. Beneficjentami w tym przypadku mogą być głównie Wojewódzkie Zarządy Melioracji i Urządzeń Wodnych, Regionalne Zarządy Gospodarki Wodnej, PGL Lasy Państwowe i jego jednostki organizacyjne, jednostki samorządu terytorialnego i in. Literatura AKTUALIZACJA PROGRAMU 2005. Aktualizacja programu małej retencji wodnej do reali-zacji w latach 2005-2015 na terenie województwa wielkopolskiego. Biuro Projektów Wodnych Melioracji i InŜynierii Środowiska BIPROWODMEL Sp. z o.o. w Poznaniu (maszynopis).

INFORMACJA NIK 2004. Informacja o wynikach kontroli realizacji przez administrację publiczną zadań w zakresie małej i duŜej retencji. NIK. Departament Środowiska, Rolnictwa i Zagospodarowania Przestrzennego. Warszawa: 97 ss.

KOWALCZAK P. 2001. Hierarchia potrzeb obszarowych małej retencji w dorzeczu Warty, IMGW, Warszawa: 124 ss.

KOWALCZAK P., FARAT R., KĘPIŃSKA-KASPRZAK M., K UŹNICKA M., M AGER P. 1997. Hie-rarchia potrzeb obszarowych małej retencji. Materiały badawcze, Seria: Gospodarka Wodna i Ochrona Wód 19, IMGW, Warszawa: 91 ss.

KOWALEWSKI Z. 2004. Realizacja programów rozwoju małej retencji w Polsce w latach 1997-2003. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, InŜynieria Środowiska XIII(502): 195-210.

OCHRONA ŚRODOWISKA 1998-2006. Informacje i opracowania statystyczne. GUS, War-szawa.

PROGRAM OPERACYJNY 2006. Program operacyjny: Infrastruktura i środowisko. Naro-dowe Strategiczne Ramy Odniesienia 2007-2013. Dokument przyjęty przez Radę Ministrów. Warszawa, 29 XI 2006 r.: 154 ss.

RRW-13 1999-2005. Sprawozdanie z wykonania obiektów małej retencji. WZMiUW w Poznaniu.

TYMCZUK Z., PRZYBYŁA CZ., SOSIŃSKI M. 2005. Priorytetowe kierunki działań w reali-zacji programu małej retencji wodnej w latach 2005-2015 w województwie wielko-polskim. Roczniki AR w Poznaniu 365, Melioracje i InŜynieria Środowiska 26: 461-467.

Słowa kluczowe: mała retencja, zbiorniki wodne, koszty jednostkowe Streszczenie

W artykule wykorzystano materiały statystyczne GUS oraz Wielkopolskiego


455

Zarządu Melioracji i Urządzeń Wodnych w Poznaniu obejmujące lata 1998-2005. Województwo wielkopolskie zaliczane jest do najbardziej deficytowych w wodę

regionów Polski. Wykonanie planowanych w „Aktualizacji programu małej retencji wodnej do realizacji w latach 2005-2015 na terenie województwa wielkopolskiego” obiektów małej retencji zwiększyłoby ilość retencjonowanej wody o 139 mln m3, czyli o około 55% w stosunku do stanu na I kwartał 2005 roku.

W okresie 1998-2005 w województwie wielkopolskim zrealizowano ogółem 478 obiektów małej retencji, co umoŜliwiło retencjonowanie 30,9 mln m3 wody, czyli zwiększyło retencję o 3,87 mln m3 rocznie. Realizacja programu małej retencji na lata 2005-2015 zakłada średnioroczny przyrost retencjonowanej wody na poziomie 13,9 mln m3. Planowane wartości są ponad 3-krotnie wyŜsze od efektów osiąganych w latach 1998-2005.

Uzyskanie 1 m3 wody w wyniku realizacji inwestycji małej retencji w Wiel-kopolsce w latach 1998-2005 kosztowało średnio 2,94 PLN, czyli o ponad Ľ mniej niŜ w Polsce. Zdecydowanie najtaniej pozyskuje się wodę na skutek piętrzenia jezior (0,25 PLN⋅m-3). NajdroŜsze okazało się retencjonowanie wody w sztucznych zbiornikach (3,64 PLN⋅m-3). Zakładane do realizacji inwestycje wymagają średniorocznych nakładów w wysokości 97 mln PLN, czyli ponad 8-krotnie wyŜszych niŜ ponoszone w analizowanym okresie rzeczywiste nakłady średnioroczne. REALIZATION OF SMALL WATER RETENTION INVESTMENT IN WIELKOPOLSKA PROVINCE IN THE YEARS 1998-2005

Czesław Przybyła, Karol Mrozik Department of Land Reclamation, Environmental Formation and Geodesy,

University of Life Sciences, Poznań

Key words: small retention, retention capacities, units’costs Summary

The paper was prepared on the basis of data collected by the Central Statistical Office (GUS) and the Wielkopolska Management of Land Reclamation and Water Installations in Poznań for the years 1998-2005.

Wielkopolska Province is counted among Polish regions with the highest water shortage in the country. Implementation of the program of small retention investments of water planned to be realized in the years 2005-2015 would increase water retention by 139 million m3, i.e. by about 55% in relation to the state in the first quarter of 2005.

In the period 1998-2005, in Wielkopolska Province, a total of 478 small retention objects were realized permitting to retain 30.9 million of water, i.e. the retention capacity was increased 3.87 million m3 per year. The realization of small retention program for the years 2005-2015 assumes an average increase of the retained water on the level of 13.9 million m3 per year. The planned values are over three times higher than those obtained in the years 1998-2005.

Obtaining 1 m3 of water as a result of the realization of small retention in Wielkoplska in 1998-2005 cost on the average 2.94 PLN, i.e. over Ľ less than in the rest of the country. A definitely cheapest way of obtaining water is the dammingup of lake water (0.25 PLN⋅m-3). On the other hand, the most expensive is water retention in


456

artificial water reservoirs (3.64 PLN⋅m-3). The investments assumed, for the planned water retention purposes, an average annual outlay of 97 million PLN, it means over 8 times more than the outlays in the analysed period. Mgr Karol Mrozik Katedra Melioracji, Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy ul. Piątkowska 94 61-691 POZNAŃ e-mail: [email protected]

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 528: 457-466 GOSPODARKA WODNA I EKSPLOATACJA MAŁEGO ZBIORNIKA WODNEGO „ADYMACZ” NA RZECE PRÓSZKOWSKI POTOK Mirosław Wiatkowski 1, Robert Kasperek 2 1 Katedra Ochrony Powierzchni Ziemi, Uniwersytet Opolski w Opolu 2 Instytut InŜynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp

Małe zbiorniki wodne są podstawowymi obiektami małej retencji. Wyko-rzystywane są one dla róŜnorakich celów, m.in. do nawodnień rolniczych, hodowlanych jako stawy rybne, stawy ozdobne bądź teŜ dla celów wędkarskich (nieprzemysłowa hodowla ryb); rekreacyjnych jako kąpieliska i magazynowania wody w okresach, gdy przepływy wody są większe niŜ zapotrzebowanie na nią lub nie wystarczają na pokrycie potrzeb [M IODUSZEWSKI, ŁOŚ 2002]. Klasyfikacja małych zbiorników wodnych opiera się najczęściej na podstawie ich wielkości, źródeł zasilania wodą, przeznaczenia itp. [M IODUSZEWSKI 1997]. Według podziału podanego przez ADAMSKIEGO i in. [1986] do małych zbiorników wodnych zalicza się te, których pojemność całkowita wynosi od 1 do 5 mln m3 – przy czym zbiorniki o pojemności mniejszej od 0,05 mln m3 oraz powierzchni zalewu mniejszej od 5 ha klasyfikuje się jako stawy wiejskie małe. Są one jednym ze sposobów pozyskiwania zasobów wody dyspozycyjnej dla środowiska przyrodniczego. Wody powierzchniowe gromadzone w małych zbiornikach wodnych i stawach róŜnego przeznaczenia wykorzystuje się dla poprawy bilansu wodnego zlewni rzecznej [NYC, POKŁADEK 2004].

Zadaniem gospodarki wodnej na małym zbiorniku wodnym według DZIE-WOŃSKIEGO [1973] jest ochrona od powodzi, stworzenie warunków dla hodowli ryb, dostarczanie wody dla celów nawodnień i eksploatacja zbiornika dla celów rekreacyj-nych, jako kąpieliska i jako akwenu dla niektórych sportów wodnych. Mimo wielu sprzeczności podczas uŜytkowania zbiornika, jego eksploatacja przy zachowaniu pew-nych warunków nie napotyka na trudności. Eksploatacja stawów wpływa na gospodarkę wodną zlewni zarówno w aspekcie ilościowym (wyrównanie odpływu, wzrost parowania terenowego, retencja powodziowa, mikroklimat, zmiany uwilgotnienia przyległych gruntów), jak i jakościowym (woda odpływająca ze stawu jest zwykle czyściejsza od wody dopływającej) [DRABIŃSKI i in. 1994]. W celu właściwego gospodarowania wodą retencjonowaną w zbiornikach naleŜy rozwiązać szereg problemów takich jak: zasady wyrównania odpływu i częstotliwości opróŜniania zbiorników, właściwy dobór miarodajnych i kontrolnych przepływów dla opracowania gospodarki wodnej oraz wymiarowania urządzeń upustowych, szeroki zakres zagadnień związanych z wykonawstwem, bezpieczeństwem i statecznością zapór ziemnych, uregulowanie stosunków wodnych na terenach przyległych, jakość wody w zbiorniku, zagospodarowanie przestrzenne oraz odpowiednia gospodarka wodna w zlewni celem

M. Wiatkowski, R. Kasperek

458

utrzymania czystej wody w zbiorniku [PŁYWACZYK 1995]. Bardzo waŜna dla właściwej eksploatacji kaŜdego zbiornika wodnego jest instrukcja gospodarowania wodą, opracowywana na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z 17.08.2006 w sprawie zakresu instrukcji gospodarowania wodą [ROZPORZĄDZENIE 2006]. Dla kaŜdego zbiornika wodnego taka instrukcja powinna być wykonana i złoŜona do właściwego urzędu. Dopiero wówczas zbiornik moŜe być uŜytkowany.

Wśród zbiorników wodnych zlokalizowanych w województwie opolskim, dla których naleŜało wykonać instrukcję gospodarowania wodą, naleŜy wymienić zbiornik (staw) „Adymacz” na rzece Prószkowski Potok. Zbiornik ten charakteryzuje się złym stanem technicznym urządzeń hydrotechnicznych i brakiem określonych warunków eksploatacji.

Celem niniejszej pracy jest ocena aktualnego stanu zbiornika „Adymacz” i jego urządzeń oraz przedstawienie propozycji właściwego sposobu prowadzenia gospodarki wodnej na tym obiekcie. Metodyka i zakres badań

Wykonane badania obejmowały szczegółową inwentaryzację zbiornika „Adymacz”, jego urządzeń i warunków eksploatacji. Zakres gospodarowania wodą na tym zbiorniku wykonano w oparciu o wytyczne Ministra Środowiska w sprawie instrukcji gospodarowania wodą, podane w ROZPORZĄDZENIU [2006]. Autorzy na tej podstawie ocenili aktualny stan techniczny zbiornika oraz sposób gospodarowania wodą. Przeprowadzono cztery kampanie pomiarowe na zbiorniku „Adymacz” w listopadzie 2006 r. oraz wykonano dokumentację fotograficzną. Na początku listopada zwierciadło wody kształtowało się na poziomie 174,19 m n.p.m. W pierwszej połowie listopada poziom wody wynosił 174,23 m n.p.m., a w drugiej połowie 174,13 m n.p.m. i 174,05 m n.p.m. Oszacowano równieŜ przepustowość koryta rzeki Prószkowski Potok, stawu i upustu oraz dokonano symulacji przejścia fali powodziowej przez staw. Ponadto przedstawiono wyniki badań jakości wody zbiornika „Adymacz”, wykonane przez Wojewódzką Stację Sanitarno-Epidemiologiczną w Opolu dla próbek wody pobranej w dniu 05.06.2006 roku. Charakterystyka obiektu

Staw „Adymacz” jest małym zbiornikiem wodnym zlokalizowanym w zlewni rzeki Prószkowski Potok, w km 26,818, w granicach administracyjnych wsi Przysiecz (gmina Prószków) w województwie opolskim. Rzeka ta jest lewym dopływem Odry i uchodzi do niej poniŜej stopnia Chróścice. W km 3,600 znajduje się nieczynny wodowskaz Niewodniki (rys. 1a).

Całkowita powierzchnia zlewni Prószkowski Potok wynosi 179,5 km2, natomiast w przekroju zbiornika „Adymacz” - 64,8 km2. Właścicielem zbiornika jest Urząd Miejski w Prószkowie. Do 2006 roku był on uŜytkowany (dzierŜawiony) przez Polski Związek Wędkarski, Zarząd Okręgu w Opolu. Jest on zbiornikiem przepływowym i ma do spełnienia następujące zadania: rekreacja, hodowla ryb, gromadzenie wody w czasie wezbrań i ochrona terenów przyległych przed zalaniem, oraz uzupełnianie niedoborów wody podczas okresów posusznych (zapewnienie przepływu nienaruszalnego Qn w rzece Prószkowski Potok poniŜej stawu) [LAMBOR 1971; PROCHAL 1986].

Zbiornik składa się z: czaszy, grobli północnej i wschodniej, rowu opaskowego, zastawki, mnicha i kanału opływowego. Staw ten pracuje w kaskadzie ze zbiornikiem

GOSPODARKA WODNA I EKSPLOATACJA MAŁEGO ZBIORNIKA ...

459

„Przysiecz”, zlokalizowanym powyŜej, oraz ze zbiornikiem „Ciołek” znajdującym się poniŜej „Adymacza” (rys. 1b).

1 - rzeka Prószkowski Potok, 2 - zastawka, 3 - czasza zbiornika, 4 - mnich, 5 - grobla północna, 6 - grobla wschodnia, 7 - rów opaskowy, 8 - kanał ulgi; 1 - the river Prószkowski Potok, 2 - water gate, 3 - bowl of pond, 4 - monk, 5 - north dyke, 6 - east dyke, 7 - drainage ditch, 8 – flood channel Rys. 1. Lokalizacja (a) i schemat (b) zbiornika „Adymacz” na rzece Prószkowski Potok (km

26,818) Fig. 1. Localization (a) and diagram (b) of the „Adymacz” pond on the river Prószkowski

Potok (km 26.818)

Przepływy charakterystyczne w rzece Prószkowski Potok wynoszą [KOWALKOWSKI 2006]: średni niski SNQ = 0,050 m3⋅s-1, gwarantowany Qgw = 2,15 m3⋅s-1, nienaruszalny Qn = 0,050 m3⋅s-1, dozwolony Qdoz = 2,76 m3⋅s-1, powodziowy Qpow = Q2% = 6,74 m3⋅s-1, oraz katastrofalny Qkat = Q0,5% = 8,29 m3⋅s-1. Przepływ absolutnie najniŜszy dla rzeki Prószkowski Potok w przekroju km 26,818 wynosi NNQ = 0,018 m3⋅s-1.

Autorzy wykonali obliczenia przepustowości koryta Prószkowski Potok oraz pojemności stawu przy charakterystycznych napełnieniach: • korytem rzeki Prószkowski Potok moŜe dopłynąć do stawu maksymalnie 2,72

m3⋅s-1 [KASPEREK, WIATKOWSKI 2006], • przy Max PP = 174, 40 m n.p.m. w stawie moŜna zmagazynować 27,5 tys. m3

wody, • maksymalny odpływ ze stawu przez budowlę przelewowo-upustową wynosi 2,16

m3⋅s-1. Ocena aktualnego stanu zbiornika i jego urządzeń

Obecnie stan zbiornika „Adymacz” jest niezadowalający. Gospodarowanie wodą

w stawie „Adymacz”, dotyczące: dopływu wody do stawu (suma przepływu własnego rzeki Prószkowski Potok powyŜej stawu, oraz zrzutu wody ze stawu „Przysiecz”), piętrzenia wody w stawie oraz odpływu ze stawu poniŜej (zrzut do koryta rzeki Prószkowski Potok i stawu „Ciołek”) jest prowadzone za pomocą następujących


460

urządzeń: budowli kalibrującej (zastawka, km 27,150) i budowli przelewowo-upustowej (mnich, km 26,818). Budowla kalibrująca jest wykonana jako zastawka stalowa o szerokości 1,80 m. Wcześniej słuŜyła ona do rozdziału przepływu do stawu „Adymacz” i do kanału opływowego, który jest usytuowany na prawym brzegu rzeki Prószkowski Potok w km 27,160 (rys. 1). Piętrzenie odbywało się tu poprzez załoŜenie szandorków. Budowla przelewowo-upustowa wykonana jest w postaci mnicha spustowego i składa się ze stojaka prostokątnego Ŝelbetowo-stalowego i leŜaka (rurociąg i koryto otwarte), (rys. 2a).

LeŜak składa się z rurociągu betonowego o długości 10 m i średnicy 1 m oraz z prostokątnego koryta Ŝelbetowego o szerokości 1,2 m, długości 3 m i wysokości ścian pionowych 1,14 m. Wskutek erozji dennej i bocznej, w korycie rzeki Prószkowski Potok tuŜ poniŜej mnicha, wytworzył się spad rzędu 0,6 m, a skarpy uległy rozmyciu tworząc obecnie pionowe ściany.

Autorzy określili wydatek przelewu mnicha dla warstwy przelewowej w zakresie od 0,1 m do 1,0 m (tab. 1). Z obliczeń wynika, Ŝe maksymalny wydatek przelewu wynosi 2,8 m3⋅s-1. Tabela 1; Table 1

Tabelaryczna krzywa wydatku mnicha w stawie „Adymacz” Tabular curve of the weir discharge in the „Adymacz” pond

Grubość warstwy przelewowej (cm)

Thickness of overfall layer (cm)

Wydatek mnicha (m3⋅s-1)

The discharge (m3⋅s-1)

10

0,123

20

0,260

40

0,716

60

1,330

80

2,000

100

2,800

Z badań wynika, Ŝe zwierciadło wody w zbiorniku było utrzymywane przez ten

okres powyŜej normalnego poziomu piętrzenia NPP, tj. 173,65 m n.p.m. (nawet o ponad 0,5 m), co mogło zagrozić bezpieczeństwu grobli stawu. Wynikiem tak wysokiego piętrzenia są bardzo widoczne przesiąki przez korpus obwałowania stawu. Podczas pomiarów stwierdzono: • wyraźną wyrwę w grobli północnej o długości około 6 m i głębokości 0,35 m

oraz inne mniejsze uszkodzenia, • powalone drzewa, rosnące na grobli od strony odwodnej i odpowietrznej, które

osłabiają jej wytrzymałość, • zarośniętą wlotową część stawu przez trzcinę i drzewa, co utrudnia dopływ wody

i powoduje spiętrzenie wody w korycie rzeki na odcinku powyŜej stawu, • zniszczoną groblę oddzielającą kanał ulgi od stawu, • zniszczony most-przepust drogowy na grobli tuŜ poniŜej stawu na cieku

Prószkówka II.

Na zbiorniku brak jest sieci obserwacyjno-pomiarowej. Jest ona istotna dla prawidłowego sterowania zasobami wodnymi na tym obiekcie. Propozycja właściwego sposobu gospodarowania wodą w zbiorniku


461

Z badań i analiz wynika, Ŝe sposób gospodarowania wodą i eksploatacji zbiornika musi uwzgledniać: • współdziałanie stawu „Adymacz” w kaskadzie ze zbiornikiem „Przysiecz”

powyŜej oraz „Ciołek” poniŜej, w tym głównie wielkość zrzutów ze stawów powinna być odpowiednia do ich pojemności oraz przepustowości koryta Prószkowski Potok powyŜej i poniŜej stawu, jak i urządzeń doprowadzających (zastawka) i upustowych (mnich), (rys. 2a, b),

• aktualny stan i przepustowość kanału ulgi stawu „Adymacz” (rys. 1b), • przesiąki przez groble z kanału ulgi do zbiornika oraz ze zbiornika do rowów

opaskowych (rys. 1b), • spiętrzenie oraz wpływ cofki powyŜej zastawki na tereny przyległe, w tym most i

autostradę (rys. 1b), • podpiętrzanie wody przez rosnącą w górnej, wlotowej części zbiornika trzcinę i

drzewa, oraz przez powywracane drzewa i pnie starych drzew na skarpie odwodnej (rys. 1b).

Charakterystyczne poziomy piętrzenia i okresy ich obowiązywania dla stawu

„Adymacz” wynoszą: normalny poziom piętrzenia NPP = 173,65 m n.p.m., obowiązuje przez cały rok; forsowany (maksymalny) poziom piętrzenia Max PP = 174,40 m n.p.m., obowiązuje w okresach wezbraniowych, tj. podczas roztopów wiosennych (marzec/kwiecień) i wezbrań letnich (lipiec/sierpień); nadzwyczajny poziom piętrzenia Nad PP = 174,80 m n.p.m., obowiązuje w okresie powodzi katastrofalnych i moŜe być utrzymywany po dokonaniu naprawy grobli północnej i wschodniej (rys. 1b).

Wysokość piętrzenia Hp obliczono ją jako róŜnicę rzędnej Max PP i rzędnej zwierciadła wody dolnej, odpowiadającej przepływowi średniemu niskiemu SNQ = 0,050 m3⋅s-1. Z przeprowadzonych przez autorów obliczeń koryta rzeki Prószkowski Potok wynika, Ŝe rzędna ta wynosi 171,15 m n.p.m. Wysokość Hp jest równa 3,25 m.

Wysokość dobowego przyrostu piętrzenia wody w zbiorniku wg propozycji autorów nie powinna przekroczyć 10 cm, co odpowiada prędkości v = 4 mm⋅h-1. OpróŜnianie stawu naleŜy dokonywać z tą samą prędkością, co napełnianie.

Zbiornik „Adymacz” wymaga obecnie przebudowy i remontu, dotyczy to przede wszystkim grobli piętrzącej, budowli przelewowo-upustowej (rys. 1b) i kanału upustowego (ulgi). W roku 2005 wskutek wysokiego piętrzenia miało miejsce uszkodzenie skarp odwodnych grobli północnej i wschodniej w postaci rozmyć, które zostały tymczasowo usunięte. W przypadku przelania wody przez groble moŜe nastąpić zalanie terenów przyległych, w tym mostu drogowego i autostrady Wrocław–Kraków.

Ogólne zasady gospodarowania wodą i eksploatacja stawu, przedstawione przez autorów, dotyczą aktualnego jego stanu i urządzeń wodnych. Po wykonaniu napraw i zmianie dotychczasowych parametrów technicznych, w tym charakterystycznych piętrzeń wody, naleŜy opracować nowe zasady.

Pierwsza z nich powinna obejmować piętrzenie wody w zbiorniku. Powinno ono wynosić przy NPP - 173,65 m n.p.m. i naleŜy je regulować za pomocą zastawki na wlocie do zbiornika (rys. 2a) oraz budowli przelewowo-upustowej na wylocie ze zbiornika (rys. 2b). (a) (b)


462

Rys. 2. Zastawka (a) i mnich (b) na stawie „Adymacz” (Fot. Wiatkowski M.) Fig. 2. Hydraulic structures type: water gate (a) and monk (b) at the „Adymacz” pond

(Photo Wiatkowski M.)

Piętrzenie na mnichu wykonuje się za pomocą szandorków wkładanych ręcznie. Do chwili obecnej poziom piętrzenia NPP wynosił 174,30 m n.p.m. Jednak ze względu na wyrwy powstałe w grobli stawu w tym roku oraz niebezpieczeństwo przerwania grobli i przelania się wody, zaproponowano obniŜenie poziomu piętrzenia NPP o 0,65 m, tj. z rzędnej 174,30 m n.p.m. do 173,65 m n.p.m.

W okresie występowania zjawisk lodowych poziom wody w stawie powinien być regulowany tak jak w okresie letnim, tj. za pomocą zastawki oraz budowli przelewowo-upustowej. W razie tworzenia się kry w zbiorniku naleŜy jak najszybciej ją usuwać ze względu na niebezpieczeństwo powstania spiętrzenia w zbiorniku.

W celu rzetelnej obserwacji, pomiarów i sterowania zasobami wodnymi oraz prawidłowej jego współpracy z pozostałymi zbiornikami, autorzy proponują oznakowanie farbą poziomu Min PP, NPP, Max PP i Nad PP na budowli przelewowo-upustowej oraz zainstalowanie łaty wodowskazowej przy mnichu, zastawce oraz w korycie wylotowym poniŜej zbiornika. Obserwacje stanów wody zaleca się prowadzić i notować raz na dobę w czasie trwania niskich stanów, trzy razy na dobę w czasie trwania średnich stanów i co godzinę podczas wysokich stanów.

Niezbędne jest równieŜ obserwowanie i badanie ciśnienia wody i filtracji w groblach stawu, szczególnie na odcinku, gdzie woda jest piętrzona (w rejonie budowli przelewowo-upustowej) oraz wzdłuŜ kanału ulgi biegnącego równolegle do trasy grobli. Przemawia za tym aktualny stan grobli, która miejscami ma powaŜne uszkodzenia w postaci rozmyć i obsunięć. Dla obserwacji ciśnienia wody w groblach powinna być zainstalowana sieć piezometrów. KaŜdy piezometr powinien być oznaczony numerem i zarejestrowany w dzienniku obserwacji. Częstotliwość obserwacji i notowań powinna być prowadzona codziennie w okresie napełniania i opróŜniania stawu, a w pozostałych okresach raz w tygodniu. WaŜnym elementem słuŜącym do kontroli filtracji jest równieŜ rejestracja wielkości odcieków z drenaŜy w groblach, głównie w czasie napełniania stawu. Dla pomiarów osiadania i przesunięć grobli i budowli przelewowo-upustowej powinna być załoŜona sieć reperów, a niwelację kontrolną naleŜy wykonać raz w roku.

Na podstawie wyników badań jakości wody określono jakość wody zbiornika „Adymacz”. Klasyfikacji poszczególnych wskaźników dokonano na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska [ROZPORZĄDZENIE 2004]. Za podstawę klasyfikacji przyjęto maksymalne wartości poszczególnych wskaźników jakości wody. Ze względu na stęŜenie BZT5 (5,6 mg O2⋅dm-3), wody zbiornika zaliczono do III klasy jakości wód powierzchniowych. StęŜenia azotu azotanowego – 0,52 mg NO3-⋅dm-3 i tlenu


463

rozpuszczonego – 6,9 mg O2⋅dm-3 zakwalifikowały wody badanego zbiornika do II klasy jakości wód powierzchniowych. Nieco lepiej przedstawiały się zawartości azotu amonowego – 0,42 mg NH4

+⋅dm-3, azotu ogólnego – 2,05 mg N⋅dm-3 i fosforu ogólnego – 0,12 mg P⋅dm-3. Pozwoliło to na zaliczenie wody w zbiorniku do klasy o bardzo dobrej jakości (klasa I jakości wód powierzchniowych). Podsumowanie i wnioski

W niniejszej pracy wykonano niezbędne obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne oraz ocenę stanu zbiornika „Adymacz” i jego urządzeń w celu zaproponowania przedsięwzięć słuŜących prawidłowemu sterowaniu gospodarką wodną. Przedstawione w pracy propozycje dla właściwego sposobu prowadzenia gospodarki wodnej na zbiorniku „Adymacz”, przy uwzględnieniu obowiązujących przepisów [m.in. ROZPORZĄDZENIE 2006], mogą zostać wykorzystane dla podobnych małych zbiorników wodnych zlokalizowanych w dorzeczu Odry. NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe kaŜdy obiekt powinien być rozpatrywany indywidualnie.

Badania terenowe, inwentaryzacja oraz obliczenia wykonane przez autorów dotyczące zbiornika „Adymacz” na rzece Prószkowski Potok, oraz dostępne informacje, dokumenty i opracowania pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków zaleceń. • Grobla i czasza stawu są w niezadowalającym stanie. Korona i grobla miejscami

są rozmyte, popękane oraz występują tu wyrwy. Skarpy grobli są poniszczone (szczególnie odwodne). DuŜy wpływ na to mają drzewa rosnące na tych skarpach. Stare, nadłamane i zgnite drzewa zalegają w zbiorniku, a inne mają tendencje do łamania i obrywania wraz z korzeniami skarp i niszczenia grobli. W czaszy zbiornika, a szczególnie w jego wlotowej górnej strefie, oprócz starych pni i połamanych drzew, zalega duŜa ilość trzciny oraz młodych drzew i krzewów. Utrudniają one przepływ wody oraz podpiętrzają zwierciadło wody. Zastawkę na wlocie do stawu naleŜy zmodernizować oraz wyposaŜyć w odpowiednie urządzenia kontrole. Staw „Adymacz” wymaga obecnie przebudowy i remontu, dotyczy to zarówno grobli i budowli przelewowo-upustowej - mnicha, jak i kanału opływowego (tzw. ulgi), oczyszczenia czaszy zbiornika z powalonych drzew i krzewów oraz usunięcia zalegających tam osadów.

• Przeglądy okresowe na terenie zbiornika powinny dotyczyć grobli (wyrwy,

obsunięcia skarp i pęknięcia, osiadanie, rozmycia, oberwania wraz z drzewami i konarami, przesiąki i zjawisko filtracji); powierzchni elementów betonowych i Ŝelbetowych (rysy, pęknięcia, stan dylatacji, itp.); sprawności mechanizmów wyciągowych i szczelności zasuw; stanu koryta Prószkowskiego Potoku powyŜej i poniŜej zbiornika.

• W obrębie stawu brak jest sieci obserwacyjno-pomiarowej, tj. łaty wodows-

kazowej na odcinku wlotowym do zbiornika, w rejonie upustu, oraz poniŜej zbiornika w korycie odpływowym. W celu właściwego uŜytkowania zbiornika naleŜy takie urządzenia zainstalować.

• W celu uzyskania dokładniejszych informacji na temat jakości wody w zbiorniku

„Adymacz” naleŜy prowadzić monitoring jakości wód. Badania jakości wody w rzece Prószkowski Potok (powyŜej zbiornika), w zbiorniku oraz w rzece Prószkowski Potok (poniŜej zbiornika) winien prowadzić Wojewódzki


464

Inspektorat Ochrony Środowiska w Opolu lub inny organ uprawniony do tego typu badań, na zlecenie właściciela obiektu - Urzędu Miejskiego w Prószkowie, co najmniej dwa razy w roku – na początku okresu wegetacyjnego (kwiecień/maj) oraz po zakończeniu okresu wegetacyjnego (październik/listopad).

Literatura ADAMSKI W., GORTAT J., LEŚNIAK E., śBIKOWSKI A. 1986. Małe budownictwo wodne dla wsi. Wyd. Arkady, Warszawa: 199 ss.

DRABIŃSKI A., SASIK J., SZYMA ŃSKI J., WIENIAWSKI J. 1994. Pozaprodukcyjne wartości stawów rybnych. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Konferencje III, Tom 2, Nr 246: 73-82.

DZIEWO ŃSKI Z. 1973. Rolnicze zbiorniki retencyjne. PWN, Warszawa: 343 ss.

KASPEREK R., WIATKOWSKI M. 2006. Obliczenia hydrologiczno-hydrauliczne stawu (zbiornika) „Adymacz” oraz urządzeń i budowli z nim współpracujących na rzece Prószkowski Potok km 25,818. Maszynopis, Wrocław.

KOWALKOWSKI K. 2006. Obliczenia przepływów i bilansu wodnego rzeki Prószkowski Potok km 25,818. Maszynopis, Opole.

LAMBOR J. 1971. Hydrologia inŜynierska. Arkady, Warszawa: 364 ss.

M IODUSZEWSKI W. 1997. Rola małych zbiorników w środowisku przyrodniczym, w: Zbiorniki wodne. Rola w krajobrazie rolniczym. Mioduszewski W. (red.). IMUZ, Fa-lenty: 5-18.

M IODUSZEWSKI W., ŁOŚ M.J. 2002. Mała retencja w systemie ochrony przeciwpowo-dziowej kraju. Gospodarka Wodna 2: 68-73.

NYC K., POKŁADEK R. 2004. Rola małej retencji w kształtowaniu ilości i jakości wód. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, InŜynieria Środowiska XIII(502): 343-352.

PŁYWACZYK L. 1995. Mała retencja wodna i jej uwarunkowania techniczne, w: Ekolo-giczne aspekty melioracji wodnych. L. Tomiałojć (red.). Wyd. Instytutu Ochrony Przyrody PAN, Kraków: 141-148.

PROCHAL P. 1986. Melioracje rolne. T. I i II. PWRiL, Warszawa: 620 ss.

ROZPORZĄDZENIE 2004. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz.U. Nr 32, poz. 284.

ROZPORZĄDZENIE 2006. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 17 sierpnia 2006 r. w sprawie zakresu instrukcji gospodarowania wodą. Dz.U. Nr 150, poz. 1087.

Słowa kluczowe: zbiornik wodny, gospodarka wodna, eksploatacja Streszczenie

Praca dotyczy oceny gospodarowania wodą oraz stanu technicznego i eks-ploatacji małego zbiornika wodnego „Adymacz” wraz z urządzeniami na rzece


465

Prószkowski Potok. Autorzy podjęli badania na tym obiekcie, poniewaŜ występują tu problemy związane z jego prawidłowym funkcjonowaniem oraz bezpieczeństwem. Gospodarowanie wodą w stawie jest prowadzone za pomocą zastawki piętrzącej oraz budowli przelewowo-upustowej. W trakcie badań stwierdzono m.in. wyrwy w grobli oraz mocno zarośniętą wlotową część zbiornika. Zaobserwowano równieŜ zniszczony kanał ulgi, groblę oddzielającą kanał od strony stawu oraz znaczne przesiąki przez groble. Obliczenia bilansowe przeprowadzone w przekroju stawu przy przepływach Q80% = 0,092-0,268 m3⋅s-1 i Qn = 0,050 m3⋅s-1 wykazały, Ŝe miesięczne zapotrzebowanie wody wynosi 7-32 dm3⋅s-1, a maksymalny zrzut 32 dm3⋅s-1. Badania wybranych wskaźników fizykochemicznych wody w stawie wykazały, Ŝe jest ona III klasy jakości. WATER MANAGEMENT AND EXPLOITATION OF THE SMALL RESERVOIR „ADYMACZ” ON THE RIVER PRÓSZKOWSKI POTOK Mirosław Wiatkowski 1, Robert Kasperek 2 1 Department of Land Protection, Opole University, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław 2 Institute of Environmental Engineering, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: pond, water management, exploitation Summary

The paper presents the estimation of water management, operational state and exploitation of the small pond „Adymacz” together with control equipment on the river Prószkowski Potok. The authors undertaken studies on this object, because problems connected with its normal operation and safety occurred. Water management of the pond is conducted by means of the damming gate and overfall-sluice structure. In the middle of studies the dyke breaches and hard overgrown of the intake pond part were stated. There was also observed a break of the flood channel, dyke separated the channel from the pond, and significant percolates through the dykes. The balance calculations made of the pond cross-section at discharges Q80% = 0.092-0.268 m3⋅s-1 and Qn = 0.050 m3⋅s-1 showed the monthly water requirement is 32 dm3⋅s-1, and maximum dump 32 dm3⋅s-1. Studies of the water quality in the pond showed that it is the III-rd quality class. Dr inŜ. Mirosław Wiatkowski Katedra Ochrony Powierzchni Ziemi Uniwersytet Opolski ul. Oleska 22 45-052 OPOLE e-mail: [email protected] Dr inŜ. Robert Kasperek Instytut InŜynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy Pl. Grunwaldzki 24 50-363 WROCŁAW e-mail: [email protected]

ZMIENNO ŚĆ ODPŁYWU W ZLEWNI ROLNICZEJ … · wyst ąpił, a w krótkim okresie pi ętrzenia...

Documents

Transcript of ZMIENNO ŚĆ ODPŁYWU W ZLEWNI ROLNICZEJ … · wyst ąpił, a w krótkim okresie pi ętrzenia...