Zbiornik wodny "Gostyń"

O konieczności budowy zbiorników wodnych małej retencji na terenie Niziny Południowowielkopolskiej mówi się od dawna. Niestety na debatowaniu sprawa często się kończyła. Koncepcja budowy tego rodzaju obiektów powstawała już dziesiątki lata temu, szczególnie w latach 70. i 80. XX wieku. Jednak z racji braku środków finansowych, w większości przypadków, pozostały tylko ekspertyzy geologiczne i wstępne plany lokalizacji oraz parametrów zbiorników wodnych.

W ostatnich latach niektóre plany doczekały się realizacji. Tak było w przypadku zbiornika "Jeżewo" na rzece Pogonie w rejonie Borku Wielkopolskiego, zbiornika "Rydzyna" na Rowie Polskim, czy "Jutrosin" na rzece Rdęcy. Ostatnio coraz częściej mówiono o konieczności budowy zbiornika wodnego "Gostyń" na rzece Kani oraz "Godurowo" na Dąbrówce. Oba miałyby powstać na terenie gminy Piaski Wlkp.

W marcu br. pojawiło się Postanowienie o obowiązku przeprowadzenia oceny oddziaływania na środowisko, w tym sporządzenia raportu o oddziaływaniu na środowisko przedsięwzięcia polegającego na budowie zbiornika wodnego „Gostyń” i o możliwości zapoznania się z jego treścią. W uzasadnieniu można przeczytać, że planowany obiekt będzie zlokalizowany na terenie gminy Piaski Wlkp., przy granicy z gminą Gostyń, na łąkach rozciągających się wzdłuż prawostronnego brzegu rzeki Kani. Czasza zbiornika ma zajmować powierzchnię 49,52 ha. Średnia głębokość zalewu wyniesie najpewniej około 2 metry. Zbiornik będzie zasilany wodą rzeki Kani w rejonie km 8+200, gdzie powstanie jaz, natomiast zapora czołowa z urządzeniami spustowymi powstanie w widłach Kani i Dopływu z Piasków (Stara Kania). Zbiornik będzie prawdopodobnie dość długi (2-3 km) i wąski (200-300 m). Celem budowy ma być ochrona przeciwpowodziowa 210 ha gruntów, nawadnianie 150 ha gruntów w okresie letnim oraz rozwój rekreacji w rejonie zbiornika.

Dwa pierwsze cele wydają się dość kontrowersyjne. Moim zdaniem przeciwpowodziowa rola zbiornika będzie znikoma - Kania posiada rozległe tereny zalewowe powyżej Gostynia, więc samemu miastu powódź specjalnie nie grozi. Do tej pory woda zalewała głownie łąki za kościołem farnym i ul. Lipową oraz niewielki obszar w rejonie ul. Jana Pawła II i ul. Poznańskiej. W każdym razie trudno mówić o takiej skali strat, która wymagałaby budowy zbiornika z funkcją przeciwpowodziową. Większe zagrożenie dla terenów przyległych niesie Brzezinka cechująca się dużą gwałtownością przebiegu wezbrań opadowych spowodowanych deszczami ulewnymi i nawalnymi, czego namiastkę mieliśmy w maju 2012 roku.

Inną sprawą jest rekreacyjne wykorzystanie zbiornika. Niejednokrotnie podkreśla się, w rejonie zbiornika powstanie plaża i pewno na tym się skończy, bo na kąpielisko chyba nigdy nie będzie można liczyć. Jakość wody rzeki Kani, głównie w zakresie obecności bakterii z grupy coli, przekracza wszelkie normy i z tego powodu, jak sądzę, nie nadaje się do kąpieli, a przecież zbiornik będzie zasilany wodą z rzeki Kani. Jej stan sanitarny w zasadzie nie ulega poprawie, a okresami nawet się pogarsza, szczególnie za sprawą obecności zanieczyszczeń pochodzenia rolniczego. Poza tym, z racji dużego stężenia biogenów w wodzie, zbiornik będzie zapewne szybko zarastał, tak jak ma to miejsce choćby w Jutrosinie, czy w Rydzynie. Należy też wyraźnie powiedzieć, że rzeka Kania jest silnie zanieczyszczona odpadami stałymi. W korycie nietrudno znaleźć opony samochodowe, garnki, folie, butelki i inne śmieci, które jak sądzę nie znalazły się tam wyłącznie dlatego, że zostały porwane przez wodę wezbraniową, ale przede wszystkim z winy samych mieszkańców, którzy traktują rzekę jak wysypisko śmieci. Poza tym nie robi się zupełnie nic w celu gruntownego oczyszczenia koryta.

Wątpliwy jest także argument o nawadnianiu łąk. W tej chwili prowadzi się takie zabiegi w dolnym biegu rzeki Kani korzystając z systemu jazów zastawkowych. Gdyby istniała konieczność prowadzenia podobnych działań w środkowym i górnym biegu rzeki, wystarczyłoby uruchomienie istniejących tam od lat zastawek.

Czas jednak zweryfikuje założone cele budowy zbiornika "Gostyń". Ostatecznie może się okazać, że obecność zbiornika retencyjnego wpłynie pozytywnie na mikroklimat, zwłaszcza wilgotność powietrza, być może zwiększy się suma roczna opadów atmosferycznych, pojawią się ostoje ptaków, być może zbiornik zostanie zarybiony. Z pewnością powstanie ścieżka pieszo-rowerowa wokół zalewu, co powinno uatrakcyjnić spędzanie wolnego czasu w mieście. Wkrótce pojawi się też ocena oddziaływania inwestycji na środowisko - rozstrzygnięty w kwietniu przetarg w tej sprawie ogłosił WZMiUW w Lesznie.

Przepływy charakterystyczne II stopnia oraz maksymalne roczne o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia w wybranych zlewniach prawostronnych dopływów rzeki Orli

Przepływy charakterystyczne II stopnia opisują zmienność przepływu w ujęciu wieloletnim, w danym profilu cieku. Ich obliczanie w profilach kontrolowanych jest dość proste - opiera się bowiem na trzech funkcjach: minimum, średniej i maksimum. W zlewniach niekontrolowanych staje się to trudniejsze, bardziej czasochłonne, a uzyskane wyniki obarczone są większą niepewnością, niekiedy skomplikowaną nawet do oszacowania.

Do przepływów charakterystycznych II stopnia zalicza się:

• NNQ - przepływ absolutnie najniższy w wieloleciu,
• SNQ - przepływ średni z minimalnych rocznych w wieloleciu,
• SSQ - przepływ średni roczny w wieloleciu,
• SWQ - przepływ średni z maksymalnych rocznych w wieloleciu,
• WWQ - przepływ absolutnie najwyższy w wieloleciu.

Przepływy charakterystyczne stanowią część wielu ekspertyz hydrologicznych przygotowywanych do rozmaitych celów, głównie projektowych. Poniżej zestawiono wartości przepływów charakterystycznych (tab. 1) dla wybranych zlewni prawostronnych dopływów rzeki Orli (ryc. 1). Wartości zaokrąglono.

Ryc. 1. Lokalizacja wybranych zlewni prawostronnych dopływów rzeki Orli

źródło: oprac. własne na podstawie: RMPHP (KZGW)**, OSM
Odwzorowanie: Pseudo Merkator, elipsoida WGS84

Tab. 1. Przepływy charakterystyczne II stopnia wybranych, prawostronnych dopływów Orli, w profilu ujściowym

źródło: oprac. własne

Na potrzeby ww. przepływów przyjęto:

• średnia suma roczna opadów atmosferycznych - 550 [mm],
• współczynnik odpływu rocznego - 0,18-0,20 [-],
• SNQ obliczone formułami empirycznymi dostępnymi w literaturze hydrologicznej, skorygowane wynikami pomiarów własnych,
• NNQ oszacowane na podstawie wyników pomiarów własnych,
• SWQ oszacowane na podstawie przepływu maksymalnego rocznego o prawdopodobieństwie przewyższenia 50% obliczonego metodami: roztopową, opadową, Wołoszyna, z uwzględnieniem pomiarów własnych oraz dostępnych, archiwalnych danych hydrometrycznych dla rzeki Dąbrocznej,
• WWQ oszacowane na podstawie przepływu maksymalnego rocznego o prawdopodobieństwie przewyższenia 1% obliczonego metodami: roztopową, opadową, Wołoszyna, z uwzględnieniem pomiarów własnych oraz dostępnych, archiwalnych danych hydrometrycznych i prasowych dla rzeki Dąbrocznej (Roczniki hydrologiczne wód powierzchniowych - dorzecze Odry), a także wyników formuły Iszkowskiego na wodę katastrofalną.

W tabeli podano wartości przepływów naturalnych, tj. z pominięciem presji (oczyszczalni ścieków, stawów, przemysłu, rolnictwa itd.). Aby je uwzględnić należy dodać wartości zrzutów ścieków i odjąć wartości poboru wody. Jakkolwiek wiarygodne dane o wielkości zrzutu ścieków można pozyskać z raportów WIOŚ, tak w przypadku poborów wody trudno o dobre źródło informacji. W każdym razie przy wartościach; NNQ, SNQ i SSQ można uwzględnić użytkowanie wody w postaci zrzutów w ilości około:

• 0,090 [m3/s] - Masłówka,
• 0,030 [m3/s] - Dąbroczna,
• 0,005 [m3/s] - Rdęca (Radęca).

Z uwagi na niewielki udział ww. presji w kształtowaniu SWQ i WWQ, nie ma sensu ich uwzględniać. Wartości SWQ i WWQ w tab. 1 (rzeka Rdęca) nie uwzględniają możliwości retencyjnych, przeciwpowodziowych Zbiornika Jutrosin oraz zasilania zbiornika (pobór wody) - brak danych w tym zakresie. Podobnie jest z wartościami NNQ, SNQ i SSQ - brak danych o redukcji przepływu w związku z zasilaniem zbiornika i prowadzeniem nawodnień do celów rolniczych. 
Przepływy maksymalne roczne o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia opisują wielkość wezbrań oraz ich statystyczną powtarzalność. Należy pamiętać, że przepływ o prawdopodobieństwie przewyższenia, np. 1% niekoniecznie musi się zdarzać jeden raz w stuleciu. Równie dobrze może się nie pojawić przez kilkaset lat, co wystąpić kilka razy w stuleciu, czy wręcz rok po roku. Warto zatem pamiętać, że tzw. woda prawdopodobna teoretycznie ma taką samą szansę "pojawienia się" każdego roku, choć w praktyce (na ogół) obserwowane jest utrzymywanie się przepływów maksymalnych rocznych w reżimie określonym wynikami obliczeń, z uwzględnieniem tzw. przedziału ufności.

Poniżej szacunkowe wyniki w zakresie przepływów maksymalnych o prawdopodobieństwie przewyższenia 10% i 1% dla rzek: Masłówka, Dąbroczna, Ochla i Rdęca (tab. 2). Wartości zaokrąglono. Należy uwzględnić błąd oszacowania na poziomie kilkunastu procent.

Tab. 2. Przepływy maksymalne roczne o prawdopodobieństwie przewyższenia 10 i 1%
dla wybranych, prawostronnych dopływów Orli, w profilu ujściowym

 źródło: oprac. własne

Wartości przepływu WWQ różnią się od oszacowania przepływu 1-procentowego nie z powodu jego zaobserwowania w przeszłości, lecz z powodu bardziej złożonej metody obliczeniowej i techniki szacowania.

Ewentualne transponowanie przepływów z profilu ujściowego (tab. 1 i 2) na profile zamykające mniejsze powierzchnie zlewni muszą być prowadzone ze świadomością, że:

• analizowane cieki cechuje zmienna, często niska zdolność przepustowa koryta i ewentualnego międzywala, spowodowana silnym zarastaniem,
• częste przekraczanie stanu wody brzegowej już w górnych częściach zlewni może powodować czasowe zatrzymywanie wody na terenach zalewowych i skutkować zmniejszeniem natężenia przepływu w profilu podłużnym,
• w rozpatrywanych zlewniach zachodzą zmienne warunki zasilania podziemnego nie mające związku z przyrostem powierzchni zlewni topograficznej,
• w profilu podłużnym cieków działają podmioty gospodarcze będące użytkownikami wody, szczególnie w zakresie odprowadzania ścieków, zwiększające przepływ naturalny w sposób nierównomierny.
• na przepływ może oddziaływać praca budowli hydrotechnicznych.

___________________

** - Mapa została opracowana na podstawie aktualnej (październik 2007) Komputerowej Mapy Podziału Hydrograficznego Polski wykonanej przez Zakład Hydrografii i Morfologii Koryt Rzecznych IMGW na zamówienie Ministra Środowiska i sfinansowanej ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Analiza wybranych charakterystyk fizycznogeograficznych zlewni prawostronnych dopływów rzeki Orli

W poprzednim poście (tutaj) omówiono wybrane charakterystyki fizycznogeograficzne zlewni pod kątem ich przydatności w ocenie warunków odpływu. Poniżej, na przykładzie prawostronnych dopływów rzeki Orli, opisano warunki odpływu, zarówno ilościowo, jak i jakościowo*.

Zlewnia rzeki Orli (prawostronny dopływu Baryczy) zlokalizowana jest w przeważającej części (ponad 75%) na obszarze Wysoczyzny Kaliskiej (318.12). Południowe rejony zlewni odwadniają Kotlinę Żmigrodzką (318.33). Najmniejszy udział w powierzchni zlewni ma Wysoczyzna Leszczyńska (około 6%) - prawostronne dopływy Masłówki (ryc. 1).

Ryc. 1. Zlewnia rzeki Orli na tle mezoregionów wg Kondrackiego

źródło: oprac. własne na podstawie RMPHP 2007 (KZGW)**, OSM
Odwzorowanie: Pseudo Merkator, elipsoida WGS84

Parametryzację właściwości fizycznogeograficznych przeprowadzono na przykładzie zlewni (ryc. 2):

• Rdęcy i jej dopływu - Ochli,
• Dąbrocznej,
• Masłówki.

Ryc. 2. Wybrane zlewnie dorzecza Orli

źródło: oprac. własne na podstawie RMPHP 2007 (KZGW)**, OSM
Odwzorowanie: Pseudo Merkator, elipsoida WGS84

Łączna powierzchnia przedmiotowych zlewni wynosi blisko 780 km2, co stanowi niemal połowę powierzchni dorzecza Orli. Największą powierzchnię zajmują zlewnie: Masłówki i Dąbrocznej, a najmniejszą Ochli (tab. 1).

Tab. 1. Wybrane parametry/ wskaźniki fizycznogeograficzne rozpatrywanych zlewni

źródło: oprac. własne

Porównanie wartości wskaźnika formy wskazuje na to, że zlewnia Dąbrocznej jest najbardziej wydłużona i zbliżona do prostokąta. Podobne do siebie są Masłówka i Ochla. Taki sam schemat zależności występuje przy wskaźniku kolistości i wydłużenia. Masłówka i Ochla cechują się wartościami relatywnie najbliższymi jedności. Ogólnie można powiedzieć, że poza Dąbroczną zlewnie mają kształt najbardziej zbliżony do trójkąta. Natomiast posiadają słabiej rozwiniętą granicę zlewni, szczególnie Ochla (Cz = 1,36), niż Dąbroczna (Cz = 1,91).

Wszystkie zlewnie położone są na nizinnym piętrze hipsometrycznym, w przedziale wysokości od około 90 do 170 m n.Kr. Zlewnie mają podobne średnie nachylenie, przeważnie poniżej 0,5%. Stopień zalesienia zwiększa się w kierunku zachodnim. Zlewnia Ochli jest niemal bezleśna, natomiast las pokrywa blisko 1/4 powierzchni zlewni Masłówki.

Przeważająca część zlewni pokryta jest piaskiem gliniastym (słabym, mocnym), w dużo mniejszym stopniu gliną oraz piaskiem.

Sparametryzowane cechy wskazują, że największy średni roczny odpływ ma zlewnia Masłówki, nieco mniejszy Dąbrocznej, natomiast najmniejszy, z racji powierzchni zlewni, zlewnia Ochli. Zakładamy zbliżone wartości średniej, rocznej sumy opadów atmosferycznych oraz współczynnika odpływu. Odpływ wody wezbraniowej odbywa się stosunkowo wolno, z powodu niewielkiego nachylenia. Zlewnia Masłówki, mimo względnie największego spadku, charakteryzuje się relatywnie dużym udziałem lasów, które opóźniają odpływ, szczególnie wody roztopowej utrzymując podwyższone stany wody nieco dłużej, aniżeli zlewnie bezleśne lub prawie bezleśne (Ochla, Rdęca).

Można oczekiwać, że najmniejsze przepływy maksymalne roczne pochodzenia deszczowego będą cechowały zlewnię Ochli (mała powierzchnia) oraz być może Dąbrocznej z powodu największego wydłużenia i przy okazji najmniejszego spadku terenu.

Na podstawie przytoczonych parametrów/wskaźników nie można wnioskować o przebiegu przepływów niskich, bowiem te zależą głównie od właściwości gruntu oraz drenowanych warstw wodonośnych.

W kolejnym poście charakterystyka hydrologiczna wybranych zlewni Wysoczyzny Kaliskiej.  

______________

* - Pojęcie opisu ilościowego dotyczy charakterystyki przeprowadzonej za pomocą wyników formuł empirycznych, wskaźników, współczynników itp., natomiast opis jakościowy ma charakter słowny (nieliczbowy).

** - Mapa została opracowana na podstawie aktualnej (październik 2007) Komputerowej Mapy Podziału Hydrograficznego Polski wykonanej przez Zakład Hydrografii i Morfologii Koryt Rzecznych IMGW na zamówienie Ministra Środowiska i sfinansowanej ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Wybrane charakterystyki fizycznogeograficzne zlewni oraz ich interpretacja na potrzeby obliczeń hydrologicznych

Podstawą przeprowadzenia miarodajnych obliczeń hydrologicznych zlewni, szczególnie niekontrolowanych, jest prawidłowy opis ilościowy rozpatrywanego obszaru rozumiany jako zbiór cech (właściwości) fizycznogeograficznych obejmujący następujące miary [1]:

• geometryczne,
• hipsometryczne,
• hydrograficzne,
• glebowo-litologiczne,
• pokrycia terenu.

Ich właściwa interpretacja pozwala nie tylko rozwiązywać równania do obliczania przepływów charakterystycznych, maksymalnych o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia, minimalnych o zadanym prawdopodobieństwie nie osiągnięcia, czy innych, lecz znacząco ułatwia wybór miarodajnych wskaźników, współczynników, które niejednokrotnie rozstrzygają o ostatecznym wyniku obliczeń.

Poniżej przedstawiono najczęściej stosowane charakterystyki fizycznogeograficzne zlewni oraz ich miary (opis ilościowy).

Do grupy charakterystyk geometrycznych zlewni zalicza się:

• powierzchnię (A, km2),
• długość (L, km),
• szerokość (B, km),
• obwód, długość granicy zlewni (P, km).

 Poza nimi wydziela się bezwymiarowe wskaźniki:

• formy (Cf, -),
• zwartości (Cz, -),
• kolistości (Ck, -),
• wydłużenia (Cw, -).

Wymienione wskaźniki opisują kształt zlewni w odniesieniu do kwadratu lub koła.

Z punktu widzenia natężenia przepływu, powierzchnia zlewni (A) ma kluczowe znaczenie, bowiem warunkuje jego wielkość. Przyrost A zwiększa Q i odwrotnie. Ta generalna zasada ma jednak kilka wyjątków. Przepływy wezbraniowe, szczególnie pozakorytowe, niekoniecznie przyrastają wraz z powierzchnią zlewni. Czynnikiem modyfikującym bywają też urządzenia hydrotechniczne. W przypadku zlewni o złożonym systemie zasilania podziemnego (drenaż więcej niż jednej warstwy wodonośnej, rozbieżność granicy zlewni topograficznej i podziemnej itp.), również przepływy średnie niskie i niskie zmieniają się niezależnie od powierzchni zlewni.
Długość i szerokość zlewni (L, B) wpływają z kolei na kształt oraz wysokość fali wezbraniowej. Długie i wąskie zlewnie generują fale długie, ale niższe od występujących w zlewniach krótszych. Spływ krótkimi stokami w dolnej i środkowej części zlewni dociera do koryta zanim znajdzie się tam kulminacja fali wezbraniowej z górnej części zlewni [2].
Kształt zlewni również przekłada się na odpływ wezbraniowy. Największe przepływy, przy porównywalnych powierzchniach, występują w zlewniach o kształcie trójkąta równobocznego, którego podstawa znajduje się w rejonie ujścia, a wierzchołek w pobliżu źródła [2]. Częściej jednak można spotkać zlewnie zwężające się ku ujściu, niż zwiększające swoją szerokość.

Wniosków w zakresie funkcjonowania zlewni dostarczają także wskaźniki kształtu zlewni. Wskaźnik formy (Cf) obliczany jest jako iloraz długości zlewni oraz jej powierzchni, albo jako iloraz szerokości i długości zlewni. Drugi wariant lepiej oddaje ideę wskaźnika - im mniejsza jego wartość, tym bardziej wydłużony kształt. Cf = 1 charakteryzuje kwadrat, natomiast wartości dążące do zera opisują np. prostokąt - punktem odniesienia do Cf jest bowiem pole kwadratu.
Pozostałe wskaźniki, tj. zwartości, kolistości i wydłużenia odniesione są do pola koła, dla którego przyjmują wartość 1. Wskaźnik zwartości (Cz) informuje o stopniu rozwinięcia granicy zlewni. Przyjmuje się, że jeśli długość granicy zlewni jest równa obwodowi koła (długości okręgu) o tej samej powierzchni, wówczas Cz = 1. Taka hipotetyczna sytuacja praktycznie nie występuje. Wskaźnik zwartości jest na ogół zdecydowanie większy. Duże wartości są charakterystyczne dla terenów o dobrze rozwiniętej rzeźbie, skomplikowanych stosunkach hydrograficznych.
Wskaźniki kolistości (Ck) i wydłużenia (Cw) porównują kształt zlewni do koła. Zlewnie zbliżone do prostokąta, czy trójkąta mają wartości mniejsze od 1, natomiast zbliżone do kwadratu wartości równe odpowiednio: 0,79 i 1,13.

Warunki hipsometryczne w zlewni opisuje się za pomocą:

• wysokości minimalnej (Hmin, m),
• wysokości maksymalnej (Hmax, m),
• wysokości średniej (Hśred, m),
• maksymalnej wysokości względnej (dH, m),
• średniego nachylania zlewni (S, %, promile).

Poziomem odniesienia dla wysokości minimalnej, średniej i maksymalnej jest wysokość zwierciadła wody w miejscowości Kronsztad (m n. Kr.). Zapis m n.p.m. i m n.Kr. są tożsame, przynajmniej w Polsce, natomiast lepiej stosować drugą konwencję (m n.Kr.), ponieważ jest ona precyzyjniejsza - w Europie obowiązuje jeszcze m.in. poziom morza w Amsterdamie, który za kilka lat, najprawdopodobniej, zostanie wdrożony również w Polsce.

Często stosowaną miarą hipsometryczną jest deniwelacja. Powszechnie uważa się ją za różnicę między wysokością maksymalną a minimalną w zlewni. Według mnie jednak deniwelacja to różnica wysokości między szczytem a podstawą danej formy geomorfologicznej, a nie całego obszaru, dla którego wyznaczam maksymalną wysokość względną.

Średnie nachylenie zlewni obliczane jest kilkoma sposobami, jako:

• iloraz maksymalnej wysokości względnej i długości zlewni,
• iloraz maksymalnej wysokości względnej i pierwiastka z powierzchni zlewni,
• iloraz maksymalnej wysokości względnej i długości cieku wraz jego przedłużeniem do granicy zlewni pomniejszony o 40% [3].

Dysponując dobrej jakości numerycznym modelem wysokości (DEM) - nie mylić z DTM (np. SRTM) - korzystając z narzędzi GIS, można obliczyć wszystkie wspomniane wyżej wskaźniki i miary hipsometryczne.

Wysokości maksymalna i minimalna określają z jednej strony piętro hipsometryczne, a więc pośrednio warunkują wysokość opadów atmosferycznych i tym samym wielkość zasilania, z drugiej strony, jako różnica, wpływają na średni spadek zlewni, a przez to na prędkość odpływu wody, czas odpływu, czas koncentracji itd. Zlewnie o małej wysokości względnej, położone w nizinnym piętrze hipsometrycznym, z małą sumą roczną opadów atmosferycznych charakteryzują się niskim wskaźnikiem odpływu, a przy małym nachyleniu również powolnym drenażem. Zlewnie górskie cechuje gwałtowny odpływ (krótkie fale wezbraniowe), wysokie przepływy średnie i maksymalne roczne.

O czasie odpływu wody ze zlewni, prędkości przepływu, czasie koncentracji, szybkości reakcji zlewni na opad decydują też wskaźniki hydrograficzne, w tym:

• rozwinięcie i krętość rzeki,
• średni spadek cieku,
• gęstość sieci hydrograficznej,
• średnia odległość od wody (mapa ekwidystant),
• wskaźniki jeziorności, zabagnienia.

Zlewnie z silnie meandrującymi ciekami, zwykle o niedużym nachyleniu, odprowadzają wodę wolniej, niż zlewnie z ciekami prostymi, do tego o większym nachyleniu. Gęsta sieć cieków przyspiesza odpływ, a znaczny udział bagien oraz jezior spowalnia go zwiększając retencyjność zlewni.

W końcu odpływ zmienia się zależnie od litologii podłoża oraz pokrycia terenu. Gleby wykształcone na osadach żwirowych, piaszczystych posiadają mniejsze współczynniki odpływu (duże zdolności infiltracyjne), niż gleby gliniaste, czy skały bez pokrywy glebowej. Ma na to znaczenie dla rozdziału wody na spływ powierzchniowy i odpływ podziemny oraz na wielkość przepływów maksymalnych rocznych, szczególnie opadowych. Duży udział powierzchni leśnej wpływa hamująco na proces odpływu, zmniejsza przepływy maksymalne roczne.

_______________________

[1] Bajkiewicz-Grabowska E. (2012): Przewodnik do ćwiczeń z hydrologii ogólnej. PWN, Warszawa.

[2] Bednarczyk S., Jarzębińska T., Mackiewicz S., Wołoszyn E. (2006): Vademecum ochrony przeciwpowodziowej. KZGW, Gdańsk.

[3] Metodyka obliczania przepływów i opadów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla zlewni kontrolowanych i niekontrolowanych oraz identyfikacji modeli transformacji opadu w odpływ. Raport końcowy, Stowarzyszenie Hydrologów Polski, Warszawa 2009.

Czas koncentracji i opóźnienia odpływu - część teoretyczna

Transformacja opadu w odpływ należy do trudniejszych zagadnień współczesnej hydrologii. Problematyka ta nabiera szczególnego znaczenia w przypadku zlewni niekontrolowanych, dla których nie dysponujemy żadnymi lub szczątkowymi danymi hydrometrycznymi, a czasami także i meteorologicznymi. Konieczność obliczania natężeń przepływu w profilach cieków niekontrolowanych wymusiła niejako opracowanie zależności empirycznych w zakresie kluczowych parametrów, tj. czasu opóźnienia odpływu oraz czasu koncentracji odpływu. Aktualnie jednak istnieje kilkanaście, jeśli nie kilkadziesiąt, metod ich obliczania lub szacowania, a rozrzut uzyskanych wartości sprawia niekiedy, że trudno wybrać wartość miarodajną dla danej zlewni i określonych warunków fizycznogeograficznych.

Czas koncentracji odpływu określa, jak długo będzie się przemieszczała kropla wody z najdalszego, pod względem hydraulicznym, punktu zlewni do profilu obliczeniowego [1] lub wskazuje najdłuższy czas przemieszczania się kropli wody do profilu obliczeniowego [2]. Według [3] czas koncentracji to minimalny czas od końca opadu jednostajnego w zlewni do końca odpływu bezpośredniego. Jednak z uwagi na trudności w ustaleniu końca odpływu bezpośredniego, w praktyce nie stosuje się tego podejścia.

Czas koncentracji zależy od właściwości fizycznogeograficznych zlewni oraz charakterystyki deszczu wywołującego wezbranie. Opracowane dotąd formuły empiryczne opierają się tylko na wybranych cechach, głównie: powierzchni zlewni, średnim spadku i długości zlewni. Uwzględnia się też użytkowanie terenu poprzez stosowanie współczynnika szorstkości, czy też parametru CN.

We współczesnej praktyce hydrologicznej czas koncentracji, przede wszystkim w zlewniach niekontrolowanych, oblicza się metodami zaliczanymi do dwóch grup [4]:

• metody segmentowe,
• metody typu "LAG".

Metody segmentowe opierają się na założeniu, że przed pojawieniem się wody w korycie, przemieszcza się ona po stoku, najpierw w postaci pojedynczych strug (ang. scheet flow) - spływ powierzchniowy, następnie połączone strugi formują płytki, skoncentrowany spływ (ang. shallow concentrated flow), by w końcu trafić do koryta (ang. stream flow) jednego z cieków tworzących sieć hydrograficzną zlewni [5]. Wyróżnia się tu m.in. wzory:

• Kerby-Kirpicha (dla małych zlewni do 50 km2),
• NRCS (Natural Resources Conservation Service, dawne SCS - Soil Conservation Service),
• NRCS wg procedury TR55,
• Kerby-NRCS.

Metody typu "LAG" traktują z kolei zlewnię całościowo. Czas koncentracji jest wówczas parametrem skupionym. Zakłada się istnienie związku między czasem koncentracji a czasem opóźnienia odpływu (LAG) określanym jako odległość mierzona w skali czasu od środka geometrycznego hietogramu opadu efektywnego do środka ciężkości hydrogramu odpływu bezpośredniego lub przepływu maksymalnego [6]. Do tej grupy zalicza się m.in. metody:

• Haktanir-Sezen (opracowana na podstawie hydrogramów z 10 zlewni w Turcji)
• Simas i Hawkins (opracowana na podstawie analizy hydrogramów z ponad 150 bardzo małych zlewni, poniżej 10 km2, w USA),
• NRCS-Lag (opracowana dla zlewni rolniczych, ale wykorzystywana też w zlewniach zurbanizowanych).

Poza wyżej wymienionymi korzysta się też z formuł wg: Krepsa, Cartera, czy Passsiniego [3].

Wzajemne relacje między czasem koncentracji (Tc) a czasem opóźnienia odpływu (L) ukazuje rys. 1:

Rys. 1. Wybrane parametru hydrogramu odpływu wg [7]

Wzory do obliczania czasu koncentracji oraz czasu opóźnienia odpływu można znaleźć w pracach:

• Wałęga A., Cupak A., Michalec B., Wachulec K.: Wpływ parametrów fizycznogeograficznych zlewni i charakterystyk opadu na czas koncentracji odpływu. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, t. XXX, z. 60 3(13), lipiec-wrzesień 2013, s. 143-160.
• Banasik K., Barszcz M.: Porównanie ocen opóźnień odpływu wezbraniowego dla wybranych małych zlewni rzecznych. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 2(29), 2004, s. 5-13.

Poza tym można korzystać jeszcze z innych metod [3]:

• wzór Krepsa dla zlewni o małej zdolności retencyjnej (A - powierzchnia zlewni w km2):

• wzór Cartera dla małych zlewni (A < 20 km2, i < 0,5%):

Należy pamiętać, że wszelkie wzory służące obliczaniu czasu koncentracji mają charakter szacunkowy. Powinno się go obliczać wieloma metodami, a następnie, korzystając z własnej wiedzy oraz doświadczenia, decydować o przyjęciu wartości miarodajnej dla danego kontekstu środowiskowego. Według [3] czas koncentracji odpływu traktowany jest jako krytyczny "czas trwania" deszczu generującego największe wezbranie, stąd jego poprawne ustalenie ma tak istotne znaczenie obliczeniowe. Niestety, dotychczasowe doświadczenia wskazują, iż wspomniany krytyczny "czas trwania" deszczu jest dłuższy od czasu koncentracji (tc) i mieści się na ogół w przedziale od 1 do 2 tc [8,9].

_____________________________

[1] Urban drainage design manual. Hydraulic Engeneering Circular 22, wyd. 2, Amerykański Departament Transportu, 2001

[2] Wanielista M. P., Kersten R., Eaglin R. (1997): Hydrology: Water Quantity and Quality Control. Wiley, Nowy Jork

[3] Ciepielowski A., Dąbkowski Sz., L. (2006): Metody obliczeń przepływów maksymalnych w małych zlewniach rzecznych (z przykładami). PROJPRZEMKO, Bydgoszcz, 2006.

[4] Wałęga A., Cupak A., Michalec B., Wachulec K.: Wpływ parametrów fizycznogeograficznych zlewni i charakterystyk opadu na czas koncentracji odpływu. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, t. XXX, z. 60 3(13), lipiec-wrzesień 2013, s. 143-160.
[5]  Green J. I., Nelson E. J.: Calculation of time of concentration for hydrologic design and analysis using geographic information system vector objects. Journal of Hydroinformatic 04.2, 2002, s. 75-81.

[6] Banasik K., Barszcz M.: Porównanie ocen opóźnień odpływu wezbraniowego dla wybranych małych zlewni rzecznych. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 2(29), 2004, s. 5-13.

[7] National Engeneering Handbook. Part 630 Hydrology, Chapter 15: Time of concentration. United States Department of Agriculture, Natural Recources Conservation Service, 2010.
[8] DVKW(1985): Niederschlag-Starkregenauswertung nach Wiederkehrzeit und Dauer. Regeln 124, Verlag Paul Parey, Hamburg.

[9] Banasik K., Ignar S. (1994): Wyznaczanie hydrogramów opadowch z małych niekontrolowanych zlewni. Mat. Pomocnicze do ćwiczeń z hydrologii. Modelowanie procesu opad-odpływ. Wyd. SGGW, Warszawa.

Powodzie w zlewni rzeki Kani

Zgodnie z art. 9 pkt 1 ppkt 10 Ustawy Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001 r. (Dz.U. 2001 Nr 115 poz. 1229), przez powódź rozumie się czasowe pokrycie prze wodę terenu, który w normalnych warunkach nie jest pokryty wodą, powstałe na skutek wezbrania wody w ciekach naturalnych, zbiornikach wodnych, kanałach oraz od strony morza, powodujące zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi, środowiska, dziedzictwa kulturowego oraz działalności gospodarczej.

Pod względem genetycznym, w zlewni rzeki Kani mamy do czynienia zarówno z powodziami roztopowymi, czy roztopowo-opadowymi, jak i z opadowymi. Pierwsze z nich dotyczą raczej rzeki Kani, natomiast drugie, w sposób szczególny, Brzezinki, niewielkiego cieku przepływającego przez wieś Brzezie oraz miasto Gostyń. Związane z nim powodzie błyskawiczne (ang. flash floods) niejednokrotnie wyrządzały straty materialne i należy oczekiwać, że Brzezinka nadal będzie czyniła szkody.

Główną przyczyną powodzi błyskawicznych są intensywne, tj. przede wszystkim ulewne oraz nawalne opady deszczu. Cechuje je krótkotrwałość oraz duże natężenie liczone w mm/min. Jednak nie każdy opad ulewny, czy nawet nawalny wywołuje wezbranie, które z powodu swoich rozmiarów i zasięgu skutkuje powodzią. Istotnych jest bowiem kilka elementów:

• "czas trwania" deszczu,
• natężenie opadu,
• zdolności retencyjne zlewni,
• relacja kierunku przemieszczania się opadów do kierunku odpływu wody.

Informacje nt. historycznych powodzi w zlewni rzeki Kani można czerpać z kilku źródeł:

• Wstępnej oceny ryzyka powodziowego,
• artykułów prasowych, książek
• fotografii i filmów,
• relacji mieszkańców.

Z końcem grudnia 2012 roku Krajowy Zarząd Gospodarki Wodnej (KZGW) opublikował dokument pn. Wstępna ocena ryzyka powodziowego (WORP) będący jednym z czterech dokumentów planistycznych wymaganych Dyrektywą 2007/60/WE Parlamentu Europejskiego z dnia 23 października 2007 w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim (Dyrektywa Powodziowa).

Celem WORP było wskazanie obszarów zagrożonych powodzią, a więc cechujących się wysokim ryzykiem wystąpienia tego zjawiska. Wykonano mapy z zaznaczonymi powodziami historycznymi oraz tzw. powodziami prawdopodobnymi. WORP została wykonana przez Centra Modelowania Powodziowego działające przy IMGW-PIB w ramach programu ISOK (Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami).

Poniżej Mapa znaczących powodzi historycznych w woj. wielkopolskim:

Ryc. 1. Mapa znaczących powodzi historycznych w woj. wielkopolskim

(źródło: KZGW)

Zgodnie z treścią powyższej mapy, w zlewni rzeki Kani notowano w przeszłości powodzie. Niestety, albo mapa jest zbyt ogólna, żeby przedstawić wszystkie tereny dotknięte powodziami historycznymi, albo dla zlewni rzeki Kani pozyskano zbyt ubogi materiał dokumentacyjny. Zaznaczono bowiem jedynie górny oraz dolny odcinek rzeki Kani, chociaż zalewane były również tereny miasta Gostynia oraz wsi Brzezie, a te są przecież kluczowe z punktu widzenia człowieka.

W załączniku nr II Zestawienie danych dotyczących znaczących powodzi historycznych i powodzi prawdopodobnych do WORP, dla rzeki Kani podano tylko kilka powodzi (ryc. 2).

Ryc. 2. Zestawienie powodzi w zlewni rzeki Kani wg WORP
źródło: oprac. własne na podstawie WORP

Urząd Miasta Gostynia podał do wiadomości informacje tylko o kilku powodziach w zlewni rzeki Kani, tj. lata: 1977, 1980, 1997 i 2010. Co więcej, poza ustaleniem typów powodzi ze względu na źródło (A11 - powódź rzeczna), nie wskazano ani ich mechanizmu, ani typu ze względu na charakterystykę, chociaż są one oczywiste. Mechanizmem odpowiedzialnym za powodzie w zlewni rzeki Kani były, są i będą opady atmosferyczne (ulewne i nawalne, ewentualnie rozlewne), ewentualnie topnienie pokrywy śnieżnej zatem mamy do czynienia z kategorią A21 - wezbrania naturalne, tj. zalanie terenu przez wody na skutek podniesienia się ich poziomu. Co do charakterystyki wezbrania też nie powinno być najmniejszych wątpliwości - w zlewni występują powodzie gwałtowne (błyskawiczne) - A31 oraz powodzie związane z topnieniem śniegu - A32.

Oczywiście, powodzi w historii Gostynia i Brzezia, w ciągu ostatnich 160 lat było kilkanaście i to zarówno roztopowych (roztopowo-opadowych), jak i opadowych. Największa klęska miała miejsce w lipcu i sierpniu 1854 roku, kiedy to wskutek kilkukrotnych, ulewnych i nawalnych opadów deszczu doszło do zalania miasta wodą z Brzezinki oraz Kani. Pisał o tym bł. Edmund Bojanowski. Był to jednocześnie rok katastrofalnych powodzi w całym dorzeczu Warty, a nawet Odry. Z kolei najstarsza, prawdopodobna powódź roztopowa, o której możemy wnioskować pośrednio z dostępnych materiałów hydrometrycznych miała miejsce wiosną 1888 oraz 1889 roku. Wówczas odnotowano najwyższy, do tej pory nieprzekroczony, stan wody na rzece Polski Rów (prawostronny dopływ rzeki Barycz). Zalane były wówczas setki, jeśli nie tysiące hektarów w Pradolinie Żerkowsko-Rydzyńskiej, którą w swym środkowym biegu wykorzystuje rzeka Kania. Skoro więc katastrofalne wezbranie wystąpiło w zlewni Rowu Polski, to z dużym prawdopodobieństwem można powiedzieć, że i w zlewni Kani miało ono miejsce. Warto przy tym nadmienić, że wiosenna powódź 1888 roku była katastrofalna na dużym obszarze dorzecza Warty i szerzej, dorzecza Odry. Ogromne straty poniósł wówczas m.in. Poznań.

W XX wieku powodzi także było sporo. Na początku sierpnia 1926 roku oraz na koniec sierpnia 1937 roku w rejonie Gostynia, Goli i Czajkowa, a więc w zlewni Brzezinki, a także Kani, wystąpił ulewny bądź nawalny opad deszczu skutkujący powodzią błyskawiczną, trwającą najwyżej kilka godzin. Pomimo krótkiego czasu Brzezinka wyrządziła sporo szkód, o czym można przeczytać w artykule zamieszczonym w Orędowniku Gostyńskim z roku 1937.

Ryc. 3. Strona z Orędownika Gostyńskiego, 1937

źródło: Muzeum w Gostyniu

Gwałtowne opady miały też miejsce w lipcu 1929 roku, jednak opisano straty związane z "huraganowym wiatrem". Nadmieniono jedynie, iż ulewny deszcz padał blisko godzinę. Biorąc pod uwagę późniejsze epizody opadowe o podobnym czasie, zarejestrowane w deszczomierzu posterunku opadowego w Gostyniu można sądzić, że Brzezinka mogła zalać gospodarstwa zlokalizowane we wsi Brzezie. Podobnie mogło być na początku oraz z końcem sierpnia 1938 roku.

Okres II wojny światowej zapisał się w historii nie tylko z powodu katastrofalnych skutków społeczno-gospodarczych, ale także w związku z bardzo surowymi zimami i powodziami roztopowymi lat: 1940, 1941, 1942. Niewątpliwie w tych latach wylewała rzeka Kania, nie tylko na tereny podgostyńskich łąk, ale także na terenie miasta, szczególnie w rejonie gostyńskiej fary i ul. Lipowej, a także ul. Poznańskiej. Wielkie wezbrania notowano wówczas również w innych, okolicznych zlewniach, m.in. Polskiego Rowu, czy Lutyni.

Duża powódź opadowa miała miejsce w sierpniu 1948 roku w zlewni Kościańskiego Kanału Obry, m.in. na odcinku ujścia rzeki Kani. Z uwagi na niekiedy duże zróżnicowanie pola opadów na małym obszarze trudno jednoznacznie stwierdzić zaistnienie wezbrania pozakorytowego, czy wręcz powodzi w zlewni rzeki Kani. Jak na razie brakuje w tym zakresie wiarygodnych danych.

Po około 100 latach od katastrofalnych powodzi w 1854 roku, w lipcu 1957 na terenie Gostynia odnotowano dobową sumę opadów atmosferycznych przekraczającą 120 mm, co oznacza wysokość o prawdopodobieństwie przekroczenia 0,005-0,001. Innymi słowy, statystycznie biorąc opad tego rzędu zdarza się co około 500, a może i co 1000 lat. Ale to oczywiście czysto statystyczne podejście, bowiem w nieodległej miejscowości Drobnin opad dobowy wyższy od 120 mm zarejestrowano aż dwukrotnie i to raptem w ciągu kilku lat (lipiec 1957, lipiec 1965). Warto przy tym przypomnieć, że wg stosowanych obecnie formuł obliczeniowych na opad dobowy o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia, dla Gostynia tzw. opad 500-letni wynosi około 87 mm, natomiast tzw. 1000-letni 99 mm. Są to wartości dużo niższe niż obliczone z ciągu maksymalnych opadów dobowych (MSDO) zarejestrowanych na posterunku opadowym w Gostyniu w latach 1954-1981. Biorąc pod uwagę sumę opadów, warunki wilgotnościowe w zlewni rzeki Kani i Brzezinki oraz zebrane materiały, w tym relację mieszkańca i fotografię, można stwierdzić, że powódź miała wówczas miejsce. Wskazują na to także wstępne wyniki modelowania opad-odpływ wykonanego dla rzeki Kani.

W latach 1958-1974 rzeka Kania dość często wylewała w czasie roztopów śródzimowych i wiosennych wzdłuż ul. Ogrodowej oraz Lipowej, co potwierdzają relacje mieszkańców. Zasięg wezbrań, być może powodziowych, można ocenić na podstawie kilku fotografii, do których dotarłem, a które dotyczą wielkiego wezbrania roztopowego z wiosny 1953 roku. Jeśli uda mi się uzyskać zgodę, to postaram się je udostępnić w ramach niniejszego postu. "Względny spokój hydrologiczny" wynikał głównie w występowania opadów dobowych o sumie nieprzekraczającej 50 mm, która uważana jest za tzw. opad powodziowy, czy też potencjalnie powodziogenny, chociaż to dość zgrubne określenie. Wiele i tak zależy bowiem od warunków panujących w danej zlewni. W tym okresie na uwagę zasługują dwa epizody opadowe:

• sierpień 1963 r. (MSDO = 66,5 mm),
• lipiec 1964 r. (P = 40 mm w czasie 40 minut).

Oba opady najprawdopodobniej spowodowały zalanie ulicy oraz ogrodów, a być może i pojedynczych gospodarstw we wsi Brzezie. Z powodu braku jednoznacznych, mierzalnych dowodów, trudno sformułować kategoryczną tezę w tym zakresie. Niemniej za pomocą modelu opad-odpływ (model Nasha), można zrekonstruować hydrogram fali wezbraniowej pochodzenia opadowego w zlewni o powierzchni do 50 km kw.

Zlewnia Brzezinki w miejscowości Brzezie (profil granicy miasta Gostynia i wsi Brzezie) ma powierzchnię 12 km kw. Parametr CN zawierający informację o zagospodarowaniu zlewni oraz stanie retencji obliczono na poziomie 73, przy czym w związku z faktem, iż suma opadów deszczu za 5 dni poprzedzających wezbranie nieznacznie przekroczyła 0 mm, należy przyjąć I stopień uwilgotnienia zlewni, co oznacza, że istnieje mała szansa na powstanie spływu powierzchniowego. W przypadku sierpnia 1963 roku brakuje informacji o "czasie trwania" opadu. Wiadomo jedynie, że rozpoczęła go burza około godziny 20:00, a sam opad notowany był w nocy. Potwierdzają to dane z reanaliz modelu numerycznego GFS. Przyjęto więc "czas trwania" opadu równy 8 godzin, przy czym założono, że najintensywniej padało na początku epizodu. W przypadku lipca 1964 roku "czas trwania" opadu jest znany.

Poniżej hydrogramy symulowanych fal wezbraniowych:

Ryc. 4. Hydrogramy symulowanych fal wezbraniowych (sierpień 1963 r., lipiec 1964 r.)

źródło: oprac. własne

Powyższe hydrogramy pozwalają stwierdzić, że z dużym prawdopodobieństwem w obu przypadkach Brzezinka w Brzeziu przekroczyła stan pełnokorytowy. W tej sytuacji woda zalała odcinek ulicy Strzeleckiej znajdujący się w obniżeniu, tuż przy granicy miasta Gostynia, od strony wsi Brzezie. W pierwszym przypadku jest dużo bardziej prawdopodobne, że doszło do zalania gospodarstw domowych. W drugim przypadku nie jest to już tak pewne. Warto jednocześnie zwrócić uwagę, że hydrogram z sierpnia 1963 roku, co do przepływu maksymalnego jest nieco wyższy, niż w maju 2012 roku, kiedy ulica Strzelecka na krótkim odcinku została zalana warstwą wody o wysokości kilkudziesięciu centymetrów, woda zalała gospodarstwa znajdujące się bezpośrednio przy korycie.

Wezbranie z 1963 roku zdarza się statystycznie raz na około 20 lat, natomiast z 1964 roku - średnio raz na 6-7 lat.

Pomijając powodzie wskazane przez UM Gostynia, w ostatnich latach duże wezbrania miały miejsce m.in. w roku 2007, 2009 oraz 2012.

Na koniec warto jeszcze wrócić do definicji powodzi. Otóż trzeba wyraźnie powiedzieć, że powódź nie ma zdefiniowanej skali przestrzennej, czasowej, a fakt jej wystąpienia nie zależy od wielkości strat. Nawet jeśli Brzezinka, czy rzeka Kania spowodowały straty jedynie na polach uprawnych, w ogrodach, czy w piwnicach, to nadal należy mówić o powodzi, choć w małej skali. Nieuzasadnione jest posługiwanie się karykaturalnymi pojęciami, m.in. podtopieniami. O podtopieniach można mówić m.in. wówczas, gdy straty spowodowane są wypływem wód podziemnych na powierzchnię, choćby z powodu przesycenia gruntu. Wspomina o tym choćby Vademecum ochrony przeciwpowodziowej (KZGW) W przypadku cieków mówi się wyłącznie o powodzi. Nie wyróżnia się żadnej pośredniej kategorii w tym zakresie.

W Gostyniu, a szerzej w zlewni Brzezinki, dominują powodzie opadowe, błyskawiczne (gwałtowne, ang. flash floods) - tzw. powodzie miejskie. Analiza dotychczasowych uwarunkowań meteorologicznych prowadzi do wniosku, że występują one na ogół na pofalowanych frontach chłodnych, oraz w tylnej (zachodniej) części układów niskiego ciśnienia z centrum pozostającym lub przemieszczającym się na wschód od Gostynia. W większości przypadków gwałtowne opady występowały w godzinach wieczornych i nocnych.

Dane opadowe pozyskano z Roczników opadów atmosferycznych oraz z reanaliz modelu GFS.

Mała retencja w planowaniu przestrzennym na przykładzie zlewni rzeki Kani - moje uwagi

Niedawno, poszukując różnych materiałów dotyczących zlewni rzeki Kani, dotarłem do publikacji pt. Mała retencja w planowaniu przestrzennym. Ta 216-stronicowa publikacja zainteresowała mnie o tyle, że omówiona w niej problematyka zwiększania naturalnej retencyjności zlewni została odniesiona do zlewni rzeki będącej przedmiotem moich badań naukowych. W związku z tym pozwoliłem sobie na analizę informacji, ustaleń i wniosków dotyczących warunków hydrometeorologicznych przedmiotowej zlewni.

W publikacji pojawia się informacja, że długość rzeki Kani 11,77 km [wg RZGW w Poznaniu, czy WZMiUW w Poznaniu (Oddz. Rejonowy w Lesznie)]. Jakkolwiek wg RZGW rzeka Kania być może ma długość 11,77 km, bowiem taką wartość podaje Mapa Podziału Hydrograficznego Polski w skali 1:50 000 (KZGW, IMGW-PIB), ale wg WZMiUW już raczej nie. Wskazują na to specyfikacje techniczne wykonania i odbioru robót konserwacyjnych rzeki Kani, gdzie podaje się długość 11,85 km.

W dalszej części czytamy, że Kania wykorzystuje południowy odcinek Pradoliny Żerkowsko-Rydzyńskiej. Wydaje się, że nie południowy, a środkowy odcinek pradoliny. Odcinek północny wykorzystuje Kościański Kanał Obry, środkowy - rzeka Kania, a południowy - Rów Polski, ale to może kwestia spojrzenia.

W zakresie danych meteorologicznych oraz ich interpretacji dziwi przede wszystkim wybór wielolecia dla przedstawienia warunków pluwialnych w zlewni rzeki Kani. W przypadku posterunku opadowego w Szelejewie autorzy posługują się wieloleciem 1989-2008 formułując przy tym wniosek, że zlewnia Kani charakteryzuje się występowaniem najniższych opadów w Polsce (486 mm), choć średnia suma roczna opadów atmosferycznych za wielolecie 1954-1981 wynosi 563 mm, o czym napisano w kolejnym akapicie. Przede wszystkim trudno uznać, aby wystarczającym okresem referencyjnym w przypadku opadów mogło być tylko 20-lecie, w dodatku lata 1989-2008. Aktualnie obowiązuje okres 1971-2000 lub 1981-2010 i w związku z tym średnia roczna suma opadów na posterunku opadowym w Szelejewie wynosi około 50 mm więcej i w żadnym wypadku nie jest najniższa w Polsce. Opady poniżej 500 mm notuje się bowiem: w Dolinie Konińskiej, na Wysoczyźnie Rychwalskiej, w Dolinie Środkowej Noteci oraz na Równinie Łowicko-Błońskiej. Zlewnia rzeki Kani charakteryzuje się ewentualnie jedną z najniższych średnich sum rocznych opadów atmosferycznych w skali kraju. W tekście odnajdujemy też wartości maksymalne dobowe opadów atmosferycznych, które w okresie 1954-1981 wyniosły: 

• dla posterunku w Gostyniu - 120,3 mm (23 lipca 1957 r.)
• dla posterunku w Szelejewie - 82,0 mm (5 września 1963 r.), a nie 73,5 mm jak podano w publikacji - taki opad odnotowano co prawda 23 lipca 1957, ale nie był on najwyższy w rozpatrywanym wieloleciu. 

Zadziwiająco niska jest wartość maksymalnego opadu dobowego o prawdopodobieństwie przewyższenia 10% (p > 0,1), która wg autorów, dla automatycznej stacji meteorologicznej w Piaskach Wlkp. wynosi 39,4 mm. Otóż wg formuły zaproponowanej przez Bogdanowicz i Stachy'ego (1997) wartość ta wynosi 59,7 mm. Z kolei obliczając ją z ciągu maksymalnych sum dobowych (w roku) opadów atmosferycznych (rozkład Pearsona III typu i Gumbela) dla posterunku w Gostyniu i Szelejewie uzyskujemy: dla Gostynia około 60, a dla Szelejewa ok. 50 mm. Zatem rozpatrywany opad jest dużo wyższy, niż sugerowany w opracowaniu. Należy też zwrócić uwagę na fakt, że podany zbiór opadów maksymalnych dobowych w latach 1999-2008 jest nieciągły i niejednorodny. Dla niektórych lat podano więcej niż jedną wartość, a dla pozostałych nie podano żadnej wartości. Wobec tego prezentowanie opadu maksymalnego dobowego (w roku) o prawdopodobieństwie przewyższenia 10% na tle tak niehomogenicznego ciągu nie znajduje uzasadnienia.

Daje się zauważyć także pewna niekonsekwencja. Z jednej bowiem strony autorzy napisali, że zlewnia rzeki Kani charakteryzuje się bardzo niskimi sumami rocznymi opadów atmosferycznymi, powołując się przy tym na lata 1989-2008 (486 mm), a z drugiej, w obliczeniach bilansowych przyjęli wartość o około 100 mm wyższą, dla jeszcze innego wielolecia (1999-2008), które z racje swojej długości (10 lat) trudno uznać za zupełnie miarodajne, chyba że celem było nawiązanie do wyższych opadów notowanych w Gostyniu, w odróżnieniu od Szelejewa. Należy przy tym zauważyć, że jeszcze inne wielolecie przyjęto dla średniego rocznego odpływu ze zlewni rzeki Kani - 1951-2000. Nie jestem przekonany co do słuszności mieszania okresów referencyjnych dla opadów i odpływu, a może i dla parowania.

Przy okazji moją uwagę zwróciła wartość SSQ - średniego rocznego odpływy ze zlewni. Autorzy podali, że dla okresu 1951-2000, SSQ wyniosło 0,248 m3/s. Moim zdaniem, a opinię opieram na swoich dotychczasowych badaniach, pomiarach i obliczeniach, jest to wartość absolutnie niemiarodajna - po prostu zdecydowanie zaniżona, o  ok. 30% w stosunku do odpływu naturalnego, o rzeczywistym nie wspominając. Na początku obliczmy SSQ wg bodaj najstarszej formuły stosowanej jeszcze w hydrologii, tj. wzoru Iszkowskiego. Otóż przyjmując:

• powierzchnię dorzecza Kani, A = 110,5 km kw. (wg MPHP),
• średnią roczną sumę opadów atmosferycznych P = 0,55 m (średnia dla lat 1951-2000 obliczona z danych odnotowanych na posterunku Szelejewo i Gostyń w okresie 1954-1981 z uwzględnieniem brakujących lat wg zależności ze stacją hydrologiczno-meteorologiczną w Lesznie-Strzyżewicach oraz wynikami European daily high-resolution gridded data set of surface temperature and precipitation for 1950-2006 i bazy E-OBS),
• współczynnik odpływu, c = 0,20 (wartość z tablic wg Byczkowskiego i Iszkowskiego)

uzyskujemy SSQ = 0,385 m3/s, a uwzględniając zrzut ścieków z oczyszczalni, a w latach 50., 60. i 70. zrzut rozproszony i mniejszy oraz z cukrowni w Gostyniu, uzyskujemy wartość około 0,44 m3/s.

Wartość średniej sumy rocznej opadów atmosferycznych na poziomie 0,55 m nie podlega specjalnej dyskusji głównie z uwagi na to, że ma niewielki wpływ na wynik. Kluczowy jest natomiast współczynnik odpływu. Przyjmując SSQ równe 0,248 m3/s oraz powyższe wartości sumy rocznej opadów atmosferycznych i powierzchni zlewni uzyskujemy współczynnik odpływu równy niespełna 0,13. Oznacza to, że raptem 13% warstwy opadu rocznego formuje odpływ. Zarówno w zlewni Kościańskiego Kanału Obry, jak i Rowu Polskiego, czy Lutyni próżno szukać tak bardzo niskiego współczynnika odpływu. W przytoczonych zlewniach sięga on 0,18, oczywiście po uwzględnieniu struktury użytkowania wody w tych zlewniach. Wartość 0,13 trudno nawet wytłumaczyć czynnikami fizycznogeograficznymi, bowiem w zlewni dominują utwory o średniej i słabej przepuszczalności oraz meteorologicznymi, gdyż większa część rocznego odpływu przypada jednak na hydrologiczną zimę, kiedy parowanie rzeczywiste jest bardzo niskie. Podana wartość średniego rocznego odpływu jednostkowego wynosząca rzekomo 2,24 l/skm2 jest tym samym również wątpliwa. W zlewni Rowu Polskiego, morfologicznie podobnego od zlewni rzeki Kani, SSq naturalne wynosi 3,0 l/skm2, co przy przeniesieniu do zlewni Kani oznacza SSQ = 0,332 m3/s, a należy pamiętać, że odpływ w Kani jest dodatkowo zwiększany przez zlewnię Brzezinki, która w czasie wezbrań charakteryzuje się dużo większym odpływem jednostkowym, niż zlewnie innych dopływów (Dopływ z Piasków, Rów Bodzewski). Z kolei Rów Ostrowski, przy przepływach niskich i średnich, wykazuje wielokrotnie większy odpływ jednostkowy, niż zlewnia rzeki Kani powyżej ujścia tego dopływu.

Na wyższą wartość SSQ wskazują też moje pomiary na rzece Kani w profilu km 0+500 prowadzone regularnie od 2012 roku, a wcześniej w sposób nieciągły od 2010 roku. Rok hydrologiczny 2013 był zbliżony do przeciętnego w wieloleciu, o ile pominiemy wyjątkowo długą zimę oraz wilgotny czerwiec. SSQ w 2013 roku, w profilu ujściowym wyniosło 0,53 m3/s, w tym około 0,08 m3/s zrzutu ścieków z oczyszczalni i cukrowni w Gostyniu. Stąd naturalny średni roczny odpływ ze zlewni wyniósł 0,47 m3/s. Biorąc pod uwagę fakt, że suma roczna opadów atmosferycznych była o 25% wyższa od przeciętnej w wieloleciu, to można przyjąć, że i odpływ był o tyle wyższy, a więc w znormalizowanych warunkach powinien wynieść około 0,35 m3/s. Przepływy o 20-25% wyższe od przeciętnych odnotowano zarówno w zlewni Kościańskiego Kanału Obry, jak i w zlewni Rowu Polskiego, a więc obserwacje prowadzone w zlewni rzeki Kani dobrze wpisują się tło hydrologiczne regionu.

Mało przekonujący jest również hydrogram odpływu rzeki Kani. Najbardziej niedoszacowane wydają się przepływy w czasie hydrologicznej zimy. SSQm w marcu nieznacznie przekraczający 0,50 m3/s jest około 40% za niski, a biorąc pod uwagę fakt, że mamy do czynienia z małą zlewnią, najwyższy średni miesięczny przepływy powinien przypadać na luty, a nie na marzec. Rzeka Kania charakteryzuje się względnie gwałtownymi wezbraniami, głównie z powodu szybkiego odpływu z terenu miasta Gostynia oraz zlewni Brzezinki. Fale wezbraniowe są krótkie, a więc odpływ nimi wywołany zachodzi szybko. Rzadko też się zdarza, aby w marcu zalegała jeszcze pokrywa śnieżna zdolna wygenerować wysoki przepływ.

Ogólnie biorąc, w rozpatrywanej publikacji, jakkolwiek ciekawej, rzeczowej i bardzo praktycznej, znajduje się kilka danych, informacji i wniosków, z którymi trudno mi się zgodzić. Być może wynika to z faktu, że brakuje dla nich uzasadnienia. W niejednym przypadku autorzy korzystali bowiem z już istniejących opracowań, choćby w zakresie hydrologii.