Hydrografia i hydrologia zlewni J. Żelazno

     Zlewnia J. Żelazno położona jest w południowej części powiatu kościańskiego, przy granicy z powiatem gostyńskim (rys. 1). Z hydrograficznego punktu widzenia stanowi część zlewni Kościańskiego Kanału Obry, z którym ma połączenie poprzez kanał odpływowy z Jeziora Żelazno, a dalej Kanał Bielewo-Żelazno.

 

Rys. 1. Lokalizacja zlewni J. Żelazno
na tle podziału administracyjnego województwa wielkopolskiego

(źródło: oprac. własne)

     Zlewnia J. Żelazno zajmuje powierzchnię 6,26 km kw., w tym 0,26 km kw. powierzchni jeziornej, a jej obwód wynosi 14,92 km. Teren jest pagórkowaty z deniwelacjami przekraczającymi 30 metrów. Maksymalna wysokość zlewni wynosi 117 m n. Kr., natomiast minimalna (zwierciadło J. Żelazno) - około 78 m n. Kr. Maksymalna wysokość względna sięga więc niemal 40 metrów.

    Na powierzchni zalegają osady czwartorzędowe zlodowacenia Wisły. Zlewnia leży w strefie marginalnej fazy leszczyńskiej. W krajobrazie zaznaczają się formy czołowomorenowe w postaci długich pagórków o orientacji W-E lub SW-NE zbudowane z glin zwałowych. W oddzielających je obniżeniach zalegają osady piaszczyste, głównie piaski i żwiry wodno-rzecznolodowcowe, a także torfy. W zachodniej części zlewni, w obniżeniu między pagórkami morenowymi, występują terasy kemowe zbudowane z piasków i mułków.

    Sieć hydrograficzna zlewni J. Żelazno ogranicza się do geomorfologicznych osi obniżeń międzymorenowych. Woda spływa z zachodu oraz ze wschodu na południe, do J. Żelazno, a stamtąd kanałem odpływowym do Kościańskiego Kanału Obry.

Długość cieków w zlewni wynosi 5,99 km, co oznacza gęstość sieci cieków równą 1 km/km kw. Najdłuższy ciek biorący swój początek w rejonie Bielewa odwadnia wschodnią część zlewni o powierzchni 3,79 km kw. (63,3%). Krótszy ciek odwadnia zachodnią część zlewni o powierzchni 1,72 km kw. (28,7%) (rys. 2.)

Rys. 2. Mapa wybranych elementów środowiska geograficznego zlewni J. Żelazno

(źródło: oprac. własne)

    Nieco ponad 4% powierzchni zlewni zajmuje misa J. Żelazno (A = 0,26 km kw.). Jego zlewnia bezpośrednia obejmuje 0,48 km kw. (48 ha). Rozpatrywany akwen jest pochodzenia polodowcowego, prawdopodobnie wytopiskowego. W tabeli 1 podano wybrane charakterystyki misy jeziornej.

Tab. 1. Wybrane charakterystyki misy J. Żelazno

źródło: oprac. własne na podstawie pomiarów własnych, informacji z map topograficznych, mapy hydrograficznej, ortofotomapy oraz Interaktywnego Panelu Informacji o Środowisku Województwa Wielkopolskiego

    Jezioro Żelazno ma słabo rozwiniętą linię brzegową, na co wskazuje wartość wskaźnika K (por. tab. 1.) - mniejsza niż 1,25. Swoim kształtem przypomina odwrócone jajko. Długość misy jeziornej jest niemal dwukrotnie większa niż szerokość maksymalna i blisko 3-krotnie większa niż szerokość średnia. Jezioro jest płytkie. Średnia głębokość nie przekracza 5 metrów. Najgłębsze miejsce znajduje się nieco ponad 8 metrów poniżej zwierciadła wody. Pojemność misy wynosi 1,31 mln m sześc. Wskaźnik głębokościowy równy 0,6 wskazuje na kształt misy między paraboidalnym (Wg = 0,5) a półkulistym (Wg ~ 0,67). Na rys. 3 przedstawiono zgeneralizowany plan batymetryczny misy J. Żelazno (generalizacja do skali 1:50 000) wraz z profilami batymetrycznymi.

 

Rys. 3. Plan batymetryczny misy J. Żelazno wraz z profilami batymetrycznymi

źródło: oprac. własne na podstawie Mapy Hydrograficznej Polski

    Jezioro Żelazno jest zbiornikiem przepływowym. Średni roczny dopływ (SQ) do akwenu obliczony wzorem Iszkowskiego wynosi około 20 l/s, co daje roczny dopływ całkowity około 606 tys. m sześc., czyli warstwę 2,3 m wody w misie jeziornej. Poza dopływem wody ciekami zasilającymi jezioro, mamy dopływ ze zlewni bezpośredniej jeziora, niewielki, bo około 2 l/s. Odpływ ze zbiornika, najprawdopodobniej, równy jest dopływowi. Wartość odpływu zmierzona 15 czerwca 2013 roku wyniosła 17 l/s (profil pomiarowy - rys. 4), a więc była zbliżona do średniego rocznego odpływu. Kanał odpływowy przedstawia fotografia poniżej (rys. 5).

Rys. 4. Profil pomiarowy na kanale odpływowym z J. Żelazno

źródło: fot. autora

Rys. 5. Kanał odpływowy z J. Żelazno

źródło: fot. autora

     Korzystając z dwóch pozostałych wzorów Iszkowskiego, tj. na przepływ średni niski roczny w wieloleciu (SNQ) i najniższy niski w wieloleciu (NNQ) uzyskujemy wartości dopływu do jeziora w okresach suchych, najczęściej latem i w czasie głębokiej suszy. Wyniki przedstawiono poniżej:

SNQ = 6 [l/s]

NNQ = 3 [l/s]

    Uzyskane wartości należy traktować bardzo orientacyjnie, ale na ich podstawie można powiedzieć, że cieki zasilające J. Żelazno mogą wysychać zarówno w czasie posuchy, jak w okresie lata hydrologicznego. Wartości przepływu rzędu kilku litrów na sekundę odpowiadają błędowi obliczeniowemu, stąd mogą wskazywać na okresowy charakter zasilania jeziora przez wodę prowadzoną dopływami. Możliwość czasowego zanikania dopływu wody zostanie sprawdzona na drodze pomiarów hydrometrycznych w okresie od VII do X 2013 roku.

Robocza krzywa natężenia przepływu dla strugi Dąbrówki w profilu mostu w miejscowości Smogorzewo

    Pomiary stanu wody oraz natężenia przepływu, które prowadzę od początku roku hydrologicznego 2013 (listopad 2012) na cieku Dąbrówce w miejscowości Smogorzewo (most w lesie) dają już możliwość wykreślenia wstępnej krzywej natężenia przepływu (H-Q).

Metodyka pomiarów oraz konstrukcji krzywej H-Q

    Stan wody (H) to wartość wysokości zwierciadła wody wyrażonej w centymetrach (cm) względem ustalonego poziomu zerowego o zaniwelowanej rzędnej. Poziom zerowy dla stanu wody zwany jest "zerem wodowskazu". Ustala się dla niego rzędną, tj. wysokość bezwzględną. W Polsce wysokość bezwzględna (n.p.m.) obliczana jest odniesieniu do poziomu morza w miejscowości Kronsztad (Kronsztad 86).

Z uwagi na brak stacjonarnej łaty wodowskazowej, jako poziom zerowy ("zero wodowskazu") przyjąłem strop światła mostu. Wobec tego stan wody mierzyłem w dół, a nie w górę, jak to zwykle bywa.

Z kolei natężenie przepływu mierzyłem za pomocą młynka hydrometrycznego zgodnie z metodyką stosowaną w IMGW-PIB.

Lokalizacja profilu pomiarowego i obliczeniowego

Szerokość geograficzna (φ): 51,912339 st.,

Długość geograficzna (λ): 17,115764 st.,

Kilometraż (km): 2+500.

Fot. 1. Profil pomiarowy na strudze Dąbrówce (km 2+500, A = 55 km2).

Widok z mostu w dół cieku (maj 2013) - strefa stanów i przepływów średnich

Krzywa natężenia przepływu (H-Q) dla przekroju koryta w profilu km 2+500

Krzywa H-Q została wykreślona dla przedziału stanów wody od około 0 cm do 190 cm. Dla wartości poniżej 0 cm most zaczyna piętrzyć wodę w profilu powyżej, a w konsekwencji prowadzi do przelania się wody przez most. Wobec tego powyższa krzywa ma zastosowanie wyłącznie dla stanów o wartościach dodatnich.

Krzywa zależności stanu wody (H) od średniej głębokości w przekroju koryta (profil km 2+500)

Fala wezbraniowa w zlewni Rowu Bodzewskiego i Dopływu z Piasków

     Intensywne opady deszczu występujące w ostatnim czasie w Polsce nie ominęły również rejonu Gostynia.
8 czerwca 2013 roku, w Bodzewie i Strzelcach pod Gostyniem z szybko formującej się chmury Cb wypadł deszcz o bardzo dużej wydajności, być może można byłoby go sklasyfikować jako nawalny. W każdym razie trwał około 20-30 minut i przyniósł kilka centymetrów gradu oraz kilkadziesiąt milimetrów wody. Dokładna suma opadu jest nieznana z racji braku stacji opadowej na tym terenie, natomiast obraz radarowy sugeruje około 40 mm. W związku z tym, że Bodzewo znajduje się w górnej części zlewni Rowu Bodzewskiego, należało oczekiwać powstania fali wezbraniowej, dlatego w profilu km 0,696 (A = 8,4 km2) przeprowadziłem kilka pomiarów natężenia przepływu (tabela 1).

Tabela 1. Wyniki pomiarów natężenia przepływu w Rowie Bodzewskim (km 0,696; A = 8,4 km2)

Na podstawie takich wyników można już wykreślić hydrogram fali wezbraniowej (rys. 1).

Rys. 1. Hydrogram fali wezbraniowej odnotowanej w Rowie Bodzewskim (km 0,696; A = 8,4 km2)

     Kulminacja fali wystąpiła 8 czerwca 2013 roku około godziny 15, a natężenie przepływu przekroczyło
1 m3/s. Objętość fali wyniosła około 20 tys. m3. Fala wywołana tym deszczem, wg obliczeń przeprowadzony metodą Wołoszyna, co bardzo zaskakujące, ma statystyczną powtarzalność raz na 2 lata - wartość z jednej strony podejrzana (spodziewałbym się raczej powtarzalności raz na 10 lat), ale z drugiej strony, najwyżej 30% zlewni zostało objęte tym opadem. Gdyby owe 40 mm deszczu spadło na powierzchnię 8 km2, to powstała fala miałby około 3-4 m3/s, a więc średnią powtarzalność raz na 20 lat.

Warto przy tej okazji wspomnieć, że woda płynąca Rowem Bodzewskim niemal w 100% wykorzystała możliwości przepustowe rury pod drogą w Podrzeczu. Pomimo, iż samo koryto zarówno poniżej, jak i powyżej drogi mogłoby przeprowadzić, bez groźby przekroczenia stanu wody brzegowej, około 3 m3/s, to jednak powyżej drogi wystąpiłaby cofka i podpiętrzenie wody, co w konsekwencji doprowadziłoby do co najmniej do przelania się wody przez jezdnię.

Na fotografiach poniżej Rów Bodzewski w czasie wezbrania (2013-06-08, godz. 16:00)

Fot. 1. Rów Bodzewski - widok w dół cieku (km 0,696; A = 8,4 km2).

Głębokość w korycie przekraczała 1 metr, a prędkość sięgała nawet 1,5 m/s.

Fot. 2. Rów Bodzewski - widok w górę cieku (km 0,696; A = 8,4 km2)

Poza Bodzewem, intensywny opad deszczu odnotowano w Strzelcach, w rejonie Piasków, a więc w górnej części zlewni Dopływu z Piasków. W efekcie i na tym cieku uformowała się fala wezbraniowa. Zanim jednak dotarła do rzeki Kani w rejonie Góry Zamkowej w Gostyniu, uległa częściowej transformacji. Co najmniej w rejonie mostu w ciągu drogi Gostyń-Grabonóg odnotowałem strefy zalewu. Woda nie zmieściła się w korycie i  po przekroczeniu stanu brzegowego rozlała się na łąkę. Oszacowany przepływ w kulminacji wyniósł około 1,5 m3/s. Poniżej zdjęcie Dopływu z Piasków w rejonie mostu w ciągu drogi Gostyń-Grabonóg.

Fot. 3. Dopływ z Piasków - widok w górę cieku (km 1,00; A = 24,0 km2).
Widoczny efekt wylania się wody z koryta na łąkę.

Głębokość w korycie przekracza 1 metr.

Pomimo, iż zarówno Rów Bodzewski, jak i Dopływ z Piasków są dopływami rzeki Kani, w rejonie ujścia Kani do Kościańskiego Kanału Obry stan wody wzrósł o niespełna 20 cm, co oznaczało około 0,5 m3/s przyrostu natężenia przepływu. Doszło więc do znacznej transformacji fal wezbraniowych. Fala, która przeszła przez profil mostu w ciągu drogi z Gostynia do Ostrowa (rzeka Kania), była niska, ale za to długa. Kulminacja przepływu wystąpiła w nocy, a czas wznoszenia fali osiągnął około 8 godzin, tj. kilkakrotnie więcej niż choćby na Rowie Bodzewskim (1,5 godziny). Poza tym transformację (spłaszczenie fali) wymusiła zarówno gęsta roślinność w korycie Kani poniżej ujścia Rowu Bodzewskiego (silne zarastanie w rejonie ronda przy ulicy Wrocławskiej), zarastanie w korycie Dopływu z Piasków oraz wspomniane już rozlanie się wody na łąki. Ponadto silniejszy nurt Dopływu z Piasków spowodował niewielką cofkę w korycie Kani w rejonie Góry Zamkowej.

Podtopienia?

     Analiza sytuacji hydrometeorologicznej zdaje się potwierdzać ciekawą prawidłowość bieżącego roku hydrologicznego, iż wezbrania występują na przełomie kolejnych miesięcy. Tak było zimą, podobnie jest teraz. Ostatnie opady deszczu, miejscami o dużej wydajności, albo przynajmniej długotrwałe o średniej intensywności, spowodowały wzrost stanu wody w ciekach kilku województw. Pomimo iż sumy dobowe opadów nie są nadzwyczajne, z reguły znacznie poniżej 50 mm, to już choćby suma 5-dniowa sięga 70, a na południu kraju 150-200 mm.Na Nizinie Południowowielkopolskiej notuje się aktualnie przekroczenie stanów ostrzegawczych i alarmowych.

     W zlewni rzeki Kani przepływ w kulminacji wezbrania dnia 3 czerwca 2013 roku, w profilu mostu w ciągu drogi do Ostrowa (km 0+500 biegu rzeki) sięgnął ponad 2,5 m3/s, co jest wartością porównywalną z WQ zimy hydrologicznej bieżącego roku hydrologicznego. W Brzezince odnotowano z kolei przepływ maksymalny sięgający około 0,7 m3/s, natomiast w zlewni Dąbrówki, w profilu mostu (las w Smogorzewie) natężenie przepływu w kulminacji wyniosło 4 m3/s. Aktualnie stan wody powoli się obniża, jednak gdyby w najbliższych dniach wystąpił intensywny opad deszczu pochodzenia burzowego, wówczas doszłoby do gwałtownego wzrostu natężenia przepływu i przekroczenia przez rzekę Kanię oraz strugę Dąbrówkę stanu wody brzegowej. Możliwości retencyjne zlewni są w tej chwili niemal wyczerpane i na dobrą sprawę każdy większy deszcz, im krótszy, tym gorzej, spowoduje zalanie dna dolin i niektórych budynków, zwłaszcza nowobudowanych w ciągu ulicy Poznańskiej w Gostyniu.

     Jest jeszcze jedna ciekawa sprawa wymagająca wyjaśnienia - kwestia terminologiczna. Bardzo często, zwłaszcza w ostatnich dniach, mówi się o podtopieniach. Nawet minister administracji i cyfryzacji stwierdził, że nie ma zagrożenia powodzią tylko podtopieniami. Właściwie nie wiadomo, czy się śmiać, czy płakać. W ustawie Prawo wodne nie ma ani słowa o zjawisku pod nazwą podtopienia. Nic takiego nie funkcjonuje, co więcej, nie powinno funkcjonować. Definicja powodzi jest prosta i jednoznaczna, a wymyślanie bzdurnych pojęć na granicy normy i powodzi ma chyba tylko wymiar czysto ekonomiczny - być może gdyby mówiono, że w Polsce mamy powódź, a mamy, to trzeba byłoby zabezpieczyć pieniądze, bo pojawiłyby się zgłoszenia po odszkodowania. Według ustawy Prawo wodne przez powódź rozumie się takie wezbranie wody w ciekach naturalnych, zbiornikach wodnych, kanałach i na morzu, podczas którego woda po przekroczeniu stanu brzegowego zalewa doliny rzeczne albo tereny depresyjne i powoduje zagrożenie dla ludności i mienia. W świetle tej definicji w Polsce mamy powódź, bowiem cieki różnego typu przekroczyły stan brzegowy, zalały doliny i stworzyły zagrożenie dla ludności powodując straty materialne i nie tylko, liczone już w dziesiątkach milionów złotych. Nigdzie w Prawie wodnym nie ma mowy o tym, że powodzią jest wezbranie o określonym zasięgu.

     Zresztą, nie jest to jedyny przykład dziwactw w naszym prawodawstwie. Inne kwiatki to choćby wypaczenie przez ustawę Prawo wodne pojęcia dorzecza, które przyjęto stosować, bo trudno mówić o jakimś uzasadnieniu merytorycznym, wyłącznie do rzek kończących swój bieg w morzu lub oceanie (dorzecze to obszar lądu i morza, z którego całkowity odpływ wód powierzchniowych następuje ciekami naturalnymi przez jedno ujście do morza).  Taka definicja stoi w oczywistej sprzeczności nie tylko z etymologią wspomnianego pojęcia, ale i z jego historycznym uzasadnieniem. Do tej pory, w hydrologii, dorzeczem była zlewnia rzeki, a więc takiego cieku naturalnego, który przyjmuje odpływ powierzchniowy (właściwie spływ powierzchniowy) z powierzchni co najmniej 100 km2. Teraz uznano, że można mówić tylko o dorzeczu Odry i Wisły, a tak duże rzeki jak Warta, Bug, Narew itd. mają zlewnie, podobnie jak pospolite rowy melioracyjne. I gdzie tu sens?

A poniżej kilka zdjęć z bieżącego wezbrania w zlewni rzeki Kani:

...i strugi Dąbrówki (poniżej):

Jakość zdjęć jest nie najlepsza, ponieważ wykonywałem je wieczorem, grubo po godzinie 20, przy użyciu trybu nocnego, który daje dobre rezultaty w otwartej przestrzeni, ale w lesie już niekoniecznie.

I jeszcze krótki film z terenu - struga Dąbrówka w lesie pod Smogorzewem:

5 czerwca będę kontynuował pomiary hydrologiczne, tym razem uszczegóławiające :)