Plan batymetryczny zb. Jaraczewo na Obrze jako przykład produktu kartograficznego w technologii GIS

W niniejszym poście zamieszczam plan batymetryczny zbiornika Jaraczewo na rzece Obrze, który wykonałem w ramach prac własnych, na podstawie danych udostępnianych nieodpłatnie przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii (GUGiK) w postaci numerycznego modelu wysokości (NMT) oraz ortofotomapy, stanowiącej podkład rastrowy planu.

Mapę przygotowałem dla napełnienia 104,50 m n. Kr.'86, tj. dla NPP. Mapa ma skalę nominalna 1:5 000, więc dla napełnienia 104,50 m n. Kr.'86 (przy zastosowanej skali) położenie linii brzegowej oraz poszczególnych izobat będzie się różniło nieznacznie (o kilka mm na mapie).

Rozkład izobat jest przybliżony, bowiem podczas prac budowlanych zniekształcono nieco ukształtowanie dna przyszłego zbiornika. Oceniam jednak, że uzyskany obraz jest wystarczająco miarodajny do oceny rozkładu głębokości.

Wkrótce post zostanie uzupełniony o wybrane analizy na zebranych i zaprezentowanych danych.

Mapę należy traktować głównie jako przykład możliwości wykorzystania danych GUGiK i technologii GIS.

Susza hydrologiczna - wybrane informacje

Podstawą współczesnych analiz hydrologicznych są wartości natężenia przepływu obliczane, czy też szacowane, w wybranych punktach monitoringowych - tzw. profilach wodowskazowych. Dawniej, choć nie jest to bardzo odległa przeszłość, posługiwano się wartościami stanu wody. Niektórzy do dziś ich używają, pomimo znacznych ograniczeń i mankamentów. Stan wody jest bowiem punktową miarą hydrologiczną o charakterze względnym, tzn. określony jest w odniesieniu do umownego poziomu porównawczego zwanego zerem wodowskazu ("0"). Nie może być więc transponowany (przenoszony) w profilu podłużnym rzeki, ani nawet wykorzystywany do prac porównawczych. Ponadto stan wody jest bardzo czułą miarą hydrologiczną, jako że ulega łatwemu zniekształcaniu przez choćby urządzenia piętrzące wodę, zjawiska lodowe oraz roślinność, której masa w korytach rzek, zwłaszcza nizinnych, szybko przyrasta w kolejnych latach. Z kolei natężenie przepływu, choć jest miarą wtórną, zapewnia porównywalność wyników, a wieloletnie ciągi codziennych przepływów dłużej zachowują zwykle jednorodność statystyczną, co pozwala na ich analizowanie i formułowanie prawidłowości, wniosków i prognoz.

W mediach często pojawia się, zwłaszcza w ostatnich tygodniach, pojęcie suszy hydrologicznej. W literaturze hydrologicznej, tuż obok, funkcjonuje niżówka hydrologiczna. Pojęcia te niekoniecznie są rozłączne - niektórzy autorzy prac w tym zakresie traktują je wymiennie, a w pracach zagranicznych częściej nawet pojawia się susza hydrologiczna (hydrological drought), niż niżówka hydrologiczna (low flows). W polskich warunkach klimatycznych mamy do czynienia z wyraźną sezonowością hydrologiczną. W obrazie rocznego hydrogramu można wydzielić okresy zwiększonego i zmniejszonego odpływu rzecznego w stosunku do wartości średniej rocznej, czy też wieloletniej. I często właśnie jedna wartość przepływu (stała w całym roku hydrologicznym) bywa stosowana do wydzielania okresów niżówkowych, czy też posusznych. W Polsce chętnie używa się przepływu średniego (średnia arytmetyczna) z minimalnych wartości przepływu w kolejnych latach analizowanego wielolecia, a rzadziej z minimalnych wartości przepływu w kolejnych półroczach letnich rozpatrywanych lat (maj - października). Zasadniczo mowa o SNQ - uzyskujemy go po uśrednieniu zbioru wartości NQ (minimalny przepływ roczny) w skali analizowanego wielolecia hydrologicznego, raczej co najmniej 30-lat. Im dłuższy okres, tym stabilniejsza, bardziej reprezentatywna (miarodajna) i słabiej zmienna wartość SNQ, o ile ciąg przepływów codziennych jest jednorodny, stacjonarny, co w warunkach narastającej antropopresji oraz zmian klimatu staje się coraz trudniejsze - ale o tym będzie odrębny artykuł.

Zatem podstawowym warunkiem oceny istnienia niżówki, czy też suszy hydrologicznej jest ustalenie tzw. przepływu granicznego - w okresie, w którym przepływy będą się układały poniżej tej wartości, będziemy nazywali niżówką lub suszą hydrologiczną, w zależności od przyjętej terminologii z uwzględnieniem celów badawczych. Jak już wspomniałem, w Polsce przepływem granicznym suszy hydrologicznej jest zwykle SNQ, ale często, a może i coraz częściej, stosuje się inne miary, np. przepływ (Q) o zadanym prawdopodobieństwie nieosiągnięcia (p). Temu zagadnieniu poświęcę odrębny wpis. Niekiedy, fakultatywnie, poza przepływem granicznym, stosuje się liczbę dni z przepływem mniejszym od niego, np. 5, 7, 10 itd. Oznacza to, że susza hydrologiczna występuje dopiero wówczas, gdy przepływ rzeki w danym profilu kontrolnym (wodowskazowym) utrzymuje się na poziomie niższym od granicznego przez ustalony minimalny czas. Zdefiniowanie kryteriów występowania suszy hydrologicznej jest wymogiem prowadzenia działań monitoringowych, informacyjnych, czy też osłonowych, a więc wprowadzenia ostrzeżeń przed tym niekorzystnym zjawiskiem.

W Polsce ostrzeganiem przed niebezpiecznymi zjawiskami w atmosferze i hydrosferze zajmuje się Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB), który już od początku maja, o ile zajdzie taka potrzeba, będzie publikował ostrzeżenia przed hydrologiczną suszą. Warto zatem śledzić te informacje. Ponadto, jakiś czas temu, udostępniono portal internetowy - STOP SUSZY na którym znajdziemy dane meteorologiczne i hydrologiczne dające pewien pogląd na temat rozwoju nie tylko suszy hydrologicznej, ale też atmosferycznej, a nawet rolniczej, choć monitoringiem tej ostatniej zajmuje się zasadniczo Instytut Upraw, Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy (IUNG - PIB) prowadzący stronę internetową systemu monitoringu suszy rolniczej (SMSR). Innym, pierwotnym źródłem informacji o suszy jest nadal funkcjonujący, choć nieco już zapomniany portal POSUCH@. Z kolei zagadnieniem suszy wód podziemnych zajmuje się Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy (PIG-PIB). Już od końca marca, na stronie Instytutu, możemy odnaleźć ostrzeżenie Państwowej Służby Hydrogeologicznej przed rozwojem niżówki hydrogeologicznej.

Susza hydrologiczna 2015 na fotografiach

    Poniżej krótki fotoreportaż z sytuacji hydrologicznej w międzyrzeczu Kościańskiego Kanału Obry i rzeki Barycz wraz z komentarzem :-)

Fot. 1. Polski Rów, Rydzyna - widok w dół rzeki

Polski Rów jest prawostronnym dopływem rzeki Barycz.
Profil Rydzyna zamyka około 315 km2 powierzchni zlewni z przepływem poniżej 0,04 m3/s (40% SNQ)

Fot. 2. Rzeka Kania, Sikorzyn - początek rzeki

Kania jest lewostronnym dopływem Kościańskiego Kanału Obry.
Widoczne zarośnięte koryto, brak wody

 

Fot. 3. Rzeka Kania, Gostyń (ul. Ogrodowa) - próg w korycie

Profil Gostyń (ul. Ogrodowa) zamyka około 40 km2 powierzchni zlewni z przepływem poniżej 0,002 m3/s (<20% SNQ)

Fot. 4. Rzeka Kania, Gostyń (ul. Ogrodowa) - ujście Dopływu z Piasków do Kani

Dopływ z Piasków (Stara Kania) jest prawostronnym dopływem Kani.
Profil Gostyń (ul. Ogrodowa) zamyka około 30 km2 powierzchni zlewni z przepływem poniżej 0,002 m3/s (<20% SNQ)

Fot. 5. Rzeka Kania, Gostyń (Cukrownia Pfeifer&Langen) - miejski odcinek rzeki

Profil Gostyń (Cukrownia) zamyka około 95 km2 powierzchni zlewni z przepływem 0,005 m3/s (<20% SNQ)

Fot. 6. Rzeka Kania, w. Ostrowo

Profil Ostrowo zamyka około 104 km2 powierzchni zlewni z przepływem około 0,055 m3/s (<50% SNQ)

Znaczący wzrost przepływu na odcinku Gostyń-Ostrowo (0,005-0,055 m3/s) to efekt zrzutu oczyszczonych ścieków z ZWiK Gostyń - dzięki temu dolny odcinek Kani nigdy nie wyschnie :-)

 Fot. 7. Brzezinka, Gostyń (ul. Strzelecka) - widok w dół cieku

Profil Gostyń (ul. Strzelecka) zamyka około 12 km2 powierzchni zlewni z przepływem poniżej 0,001 m3/s (<25% SNQ; ~NNQ)

Fot. 8. Brzezinka, Gostyń (ul. Cukrownicza) - widok w dół cieku

Profil Gostyń (ul. Cukrownicza) zamyka około 19 km2 powierzchni zlewni z przepływem 0,000 m3/s (brak przepływu, brak zasilania wodami podziemnymi)

Fot. 9. Brzezinka, Gostyń (ul. Cukrownicza) - widok na odcinek ujściowy (ciek zakryty)

Widoczne suche koryto

 Fot. 10. Rów Starogostyński, Stankowo - na odcinek ujściowy

Profil Stankowo zamyka 25 km2 powierzchni zlewni. Widoczne suche koryto; Q = 0,000 m3/s

Fot. 11-12. Młaka odpływowa w okolicy Kosowa, na stoku Wysoczyzny Leszczyńskiej

Młaka to powierzchniowy, nieskoncentrowany wypływ wody podziemnej na powierzchnię terenu.

Młaka w okolicy Kosowa ma charakter odpływowy - wypływa z niej niewielka struga o przepływie poniżej 1 l/s

Fot. 13. Struga wypływająca z młaki w rejonie Kosowa

Fot. 14-17. Dąbrówka, Godurowo

Profil Godurowo zamyka 55 km2 powierzchni zlewni.

Widoczny brak przepływu (Q ~ 0,000 m3/s) - brak zasilania podziemnego

 Fot. 18. Rdęca (Radęca), Kobylin

Rdęca jest prawostronnym dopływem Orli.  Profil Kobylin zamyka 75 km2 powierzchni zlewni.

Widoczny brak przepływu (Q ~ 0,000 m3/s) - brak zasilania podziemnego

 Fot. 19. Ochla, Kobylin

Ochla jest prawostronnym dopływem Rdęcy. Profil Kobylin zamyka 65 km2 powierzchni zlewni.

Widoczny brak przepływu (Q ~ 0,000 m3/s) - brak zasilania podziemnego

Fot. 20-21. Rzeka Dąbroczna, Kołaczkowice

Dąbroczna jest prawostronnym dopływem Orli. Profil Kołaczkowice zamyka 80 km2 powierzchni zlewni.

Widoczny brak przepływu (Q ~ 0,000 m3/s) - suche koryto

Fot. 22-23. Rzeka Orla, Skałów k. Koźmina Wlkp.

Orla jest prawostronnym dopływem rzeki Barycz. Intensywne zarastanie koryta. Profil Skałów zamyka około 120 km2 powierzchni zlewni z przepływem poniżej 0,010 m3/s (80% SNQ)

   Susza hydrologiczna w międzyrzeczu Odry środkowej i Warty środkowej na Nizinie Południowowielkopolskiej jest bardzo głęboka, podobnie jak w wielu innych rejonach Polski. Wyraźnie obniżył się poziom wód podziemnych, stąd Państwowa Służba Hydrogeologiczna przy Państwowym Instytucie Geologicznym - Państwowym Instytucie Badawczym wydała ostrzeżenie o wystąpieniu niżówki hydrogeologicznej (OSTRZEŻENIE). Zredukowane zasilanie podziemne przekłada się na odpływ rzeczny, który w wielu małych rzekach ustał lub niemal ustał - stąd przepływy bliskie 0,000 m3/s oraz suche koryta, a w większych obniżył się do poziomu kilkunastu procent SNQ lub poniżej NNQ. Zatem do rozwijającej się od kilku tygodni niżówki hydrologicznej "dołączyła" niżówka hydrogeologiczna. Opady deszczu, które wystąpiły w ostatnich dniach oraz prognozowane do końca sierpnia spowodują jedynie chwilowy wzrost przepływu bez istotnego zasilenia wód podziemnych. Wobec tego susza będzie postępowała. Aby przywrócić odpływ rzeczny do poziomu przeciętnego (średniego) w ostatnich miesiącach roku hydrologicznego potrzeba opadów ciągłych o umiarkowanym natężeniu, trwających kilkanaście dni, najlepiej z rzędu i sumie na poziomie 100-200 mm, co wydaje się zupełnie nierealne. Możliwe więc, że niżówka hydrologiczna zakończy się dopiero na przełomie bieżącego i kolejnego roku hydrologicznego, czyli w październiku, listopadzie, o ile, w przeciwieństwie do lat ubiegłych, będą to miesiące bardzo wilgotne, co, jak sądzę, może się okazać trudne w realizacji. Opady jesienne byłyby bardzo skuteczne, ponieważ najczęściej mają charakter ciągły, a nie przelotny, słabą i umiarkowaną intensywność, a co ważne, występują w okresie chłodniejszym niż lato, a więc z wyraźnie mniejszym parowaniem, a jeszcze przed zimowym przemarznięciem gruntu, które utrudnia infiltrację wody do warstwy wodonośnej. Niestety nie można wykluczyć, że skuteczna odbudowa zasobów wód powierzchniowych, a tym bardziej podziemnych, potrwa wiele miesięcy, a wyraźną poprawę odczujemy dopiero wiosną przyszłego roku.

Susza na przykładzie międzyrzecza środkowej Odry i środkowej Warty (Nizina Południowowielkopolska)

     Utrzymujące się od pewnego czasu dość wysokie wartości temperatury powietrza oraz wyraźny deficyt opadów atmosferycznych to nie tylko korzyści (głównie dla wczasowiczów), ale niestety także problemy związane z deficytem wody. Nawet pobieżna analiza stref stanów wody na stacjach wodowskazowych IMGW-PIB pozwala stwierdzić, że mamy do czynienia z okresem suchym - w większości profilów kontrolowanych utrzymuje się stan wody w strefie wody niskiej, tylko na krótkich odcinkach średniej, ale głównie z powodu piętrzenia przez roślinność korytową, urządzenia hydrotechniczne, czy wskutek zwiększonego zrzutu wody poniżej zbiorników retencyjnych. Jednocześnie bardzo wyraźnie obniżył się w ostatnim czasie odpływ rzeczny. Na wielu rzekach, zwłaszcza w zlewni górnej i środkowej Odry oraz górnej i środkowej Warty, notowany jest przepływ poniżej wartości SNQ (przepływ średni z niskich rocznych), a nawet poniżej absolutnego minimum (NNQ).

     Aktualna sytuacja hydrologiczna wynika z kilku przyczyn. Przede wszystkim, już 2 lata z rzędu nie obserwowano żadnej istotnej pokrywy śnieżnej, tj. takiej, z której woda roztopowa zasiliłaby wody podziemne. Jednocześnie miesiące zimowe były zdecydowanie cieplejsze od normy wieloletniej dla tego okresu, a opadów deszczu było niewiele (tab. 1).

Tab. 1. Średnie wartości temperatury powietrza oraz sumy opadów atmosferycznych
na Nizinie Południowowielkopolskiej (międzyrzecze Odry Środkowej i Warty Środkowej)
w latach hydrologicznych 2014 i 2015 wg pór (sezonów) roku hydrologicznego

(oprac. własne na podstawie [1])

Lato hydrologiczne 2015 obejmuje tylko V-VII

     Dane zawarte w tabeli wskazują na średnie sezonowe wartości temperatury powietrza wyraźnie powyżej normy wieloletniej (1971-2000, 1981-2010). Jedynie od maja do lipca 2015, w odniesieniu do normy dla analogicznego okresu, temperatura była nieznacznie wyższa od przeciętnej (+0,5 st.C). Z punktu widzenia odnawiania zasobów wodnych w zlewni kluczowe znaczenie mają warunki meteorologiczne panujące w okresie hydrologicznej zimy, tj. od listopada do kwietnia kolejnego roku kalendarzowego. Zima roku hydrologicznego 2014 była o niemal 3 st.C cieplejsza od typowej. Ekstremalnie ciepły był luty (+4 st.C w stosunku do normy), następnie marzec (+3,5 st.C). Najbardziej zbliżony do przeciętnego okazał się styczeń (+1 st.C). Suma opadów od listopada 2013 do kwietnia 2014 była niemal równa normalnej (92% normy), jednak w lutym, który był ekstremalnie ciepły, a który na ogół cechuje się najniższą sumą opadów atmosferycznych, spadło raptem kilka mm deszczu, tj. 20% normy. Również w bardzo ciepłym grudniu suma opadów była niska - około 50% normy.

Lato hydrologiczne 2014 było nieco wilgotniejsze od typowego (suma opadów o 15% wyższa od przeciętnej). Bardzo wilgotny była maj (+100% opadu w odniesieniu do normy), a wilgotny okazał się wrzesień (+50% w stosunku do normy). Pozostałe miesiące nie wyróżniały się istotnie w relacji do okresu referencyjnego. Z kolei termicznie lato hydrologiczne 2014 było ciepłe lub bardzo ciepłe z temperaturą o około 1,5 st.C wyższą od przeciętnej.

Zatem zasoby wodne zlewni nie zostały uzupełnione w czasie zimy, a letnie opady niespecjalnie poprawiły sytuację, ponieważ tylko nieznacznie przekroczyły normę, a  w warunkach podwyższonej temperatury powietrza i wzmożonego parowania jedynie niewielka część opadów zasiliła wody podziemne. Wyraziło się to już na przełomie lipca i sierpnia, kiedy odpływ rzeczny zbliżył się do wartości SNQ, a tylko nieco wyższe wartości notowano na początku kolejnego, jeszcze uboższego w opady, roku hydrologicznego 2015.

     W listopadzie 2014 roku postępowało sczerpywanie zasobów wód podziemnych - miesiąc był o 3 st.C cieplejszy od normy, a w dodatku dość suchy z sumą opadów na poziomie nieco ponad 40% wartości przeciętnej z wielolecia. Kolejne miesiące hydrologicznej zimy 2015 były także cieplejsze od typowych w okresie referencyjnym z ekstremalnie ciepłym styczniem (+3,5 st.C w stosunku do normy). Generalnie średnia temperatura powietrza o 2 st.C przekroczyła wartość przeciętną. Suma opadów od listopada do kwietnia sięgnęła około 130 mm, co stanowiło tylko 65% normy, a więc całościowo biorąc zima była sucha. Po raz kolejny najsuchszy okazał się luty (20% sumy normatywnej). Połowę przeciętnej sumy opadów atmosferycznych odnotowano w grudniu.

Początek hydrologicznego lata 2015 przyniósł warunki termiczne zbliżone do normalnych z temperaturą średnią o 0,5 st.C wyższą od przeciętnej (V-VII). Niestety postępował deficyt opadów. Od maja do końca lipca spadło jedynie 120 mm deszczu, co stanowi około 60% normy z wielolecia.

   Jakkolwiek odpływ rzeczny na poziomie zbliżonym do SNQ wystąpił w roku hydrologicznym 2014 dopiero w lipcu i sierpniu i trwał krótko, przeważnie poniżej 10 dni, tak w roku hydrologicznym 2015 niżówka rozpoczęła się już z końcem maja i nadal trwa. Na wielu ciekach odwadniających Nizinę Południowowielkopolską, szczególnie międzyrzecze środkowej Odry i środkowej Warty, obserwuje się w tej chwili (przełom lipca i sierpnia) przepływ na poziomie 30-50% SNQ, a więc bardzo głęboką niżówkę. Susza, z krótkimi przerwami, trwa już zatem ponad 60 dni. Pomiary, które wykonałem na przełomie lipca i sierpnia wskazują na odpływ jednostkowy wynoszący od nieco ponad 100 ml/s/km2 (0,0001 m3/s km2) do nawet 10 ml/s km2. Niektórymi ciekami płynie już mniej niż 1 l/s (Rdęca w profilu Kobylin, Ochla w profilu Kobylin). Poniżej wyniki pomiarów natężenia przepływu z końca lipca 2015 roku (tab. 2)

Tab. 2. Wyniki własnych pomiarów natężenia przepływu na wybranych ciekach
międzyrzecza środkowej Odry i środkowej Warty (Nizina Południowowielkopolska)

Warto nadmienić, że średni niski odpływ (SNQ) dla rozpatrywanego obszaru (A = 2 000 km2) wynosi nieco ponad 0,50 m3/s, a aktualny około 0,20 m3/s.

     W zlewni rzeki Kani (prawostronny dopływ Kościańskiego Kanału Obry) działa kilka zastawek, które każdego lata są zamykane celem podpiętrzenia wody w korycie, spowolnienia odpływu, czy podniesienia zwierciadła wody podziemnej w szerokiej dolinie rzecznej. W tym roku jednak zastawki zamknięto nie tylko wcześniej, ale także w większej liczbie - uruchomiono zastawkę, która w ostatnich latach była nieużywana. W ten sposób podpiętrzono zwierciadło wody jeszcze bardziej w górę rzeki, aż po cukrownię w Gostyniu. Już zatem na początku hydrologicznego lata (w kwietniu) w zlewni rzeki Kani wartości odpływu rzecznego oraz stan wody były wyraźnie niższe, niż przeciętne w tym okresie. Wartości przepływu na poziomie kilku litrów na sekundę wskazują na znaczne obniżenie zwierciadła płytkich wód podziemnych (wysoczyznowych), a więc na ich niemal całkowite wyczerpanie oraz na istotne obniżenie zwierciadła wód podziemnych GUPW. Poziom wysoczyznowy jako jedyny zasila cieki takie jak: Dąbrówka powyżej Godurowa, Rdęca, Ochla, Dąbroczna powyżej Miejskiej Górki. Przepływ w tych ciekach jest bliski 0 m3/s, co wskazuje na wyczerpanie się zasobów wodnych wód gruntowych. Rzeka Kania oraz Dąbrówka poniżej profilu Godurowo drenują dodatkowo międzymorenowy poziom wodonośny, dzięki czemu odpływ jednostkowy jest tam większy, chociaż i ten poziom wykazuje duży deficyt.
     
     Niżówka widoczna jest także w szerszym kontekście przestrzennym, nie tylko w danych o stanie wody i przepływie publikowanych przez IMGW-PIB na portalu Pogodynka.pl, lecz także na satelitarnych produktach dostępnych w zakładce AGROMETEO. Przegląd map z wartościami sumy ewapotranspiracji za ostatnią dobę, 10 oraz 30 dni wskazuje na to, że najniższe wartości występują w zlewni górnej i środkowej Odry oraz górnej i środkowej Warty. Wynika to z pogłębiającego się deficytu wody, który powoduje zmniejszenie parowania z roślin (rys. 1-4).

Rys. 1-4. Ewapotranspiracja aktualna w Polsce za ostatnie: 30 dni, 10 dni, za 3 i 4 sierpnia

źródło: Pogodynka-AGROMETEO

     
Podobna sytuacja wystąpiła w maju br. Bardzo niską wilgotnością cechuje się również gleba, co można sprawdzić na mapach publikowanych przez IMGW-PIB, w dziale AGROMETEO - zakładka Obrazy satelitarne (rys. 5-8). Profil glebowy jest bardzo suchy (poniżej 20%), nawet na głębokości od 1 do blisko 3 metrów wskaźnik wilgotności w międzyrzeczu środkowej Odry i środkowej Warty nie osiąga nawet 50%.

Rys. 5-8. Wskaźnik wilgotności gleby w Polsce na wybranych poziomach głębokościowych

źródło: Pogodynka-AGROMETEO

     Zatem deficyt wody, co widać po wynikach pomiarów natężenia przepływu oraz po danych publikowanych przez IMGW-PIB zarówno w profilach wodowskazowych, jak i w formie graficznej, w postaci map ewapotranspiracji i uwilgotnienia gleby, jest bardzo duży. Opady deszczu, głównie o charakterze przelotnym, związane z burzami, nie poprawią sytuacji. Spowodują jedynie zwiększony spływ powierzchniowy, większość wody wyparuje lub zostanie przyswojona przez roślinność. W aktualnych warunkach hydrologicznych i hydrogeologicznych potrzeba co najmniej kilkunastu dni z rzędu z opadem o łącznej sumie na poziomie 100-200 mm i słabym oraz umiarkowanym natężeniu (opady ciągłe, z przerwami), aby znormalizować sytuację hydrologiczną w dłuższej perspektywie. Aktualny deficyt opadów od początku roku hydrologicznego wynosi 150 mm (około 40% normy). Kolejna sucha i ciepła jesień oraz zima mogą doprowadzić do katastrofalnej suszy już wczesną wiosną przyszłego roku.
      Susza o podobnej skali czasowej i przestrzennej w zlewni Odry i Warty miała miejsce ostatni raz około 10 lat temu (2003, 2006, 2008 r.), a miejscami być może jeszcze dalej, na początku lat 90. XX wieku, czyli blisko 25 lat temu. Wstępne obliczenia wskazują na to, że odpływ rzeczny na rozpatrywanym obszarze jest zbliżony do wartości przepływów minimalnych o prawdopodobieństwie nieosiągnięcia od 80 do nawet 90%.

[1] Projekt KLIMAT (http://www.imgw.pl/klimat/)

O (bez)sensie jednorazowych pomiarów natężenia przepływu

     Jednym z produktów działalności Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii jest Mapa Hydrograficzna Polski w skali 1:50 000 w formie analogowej i numerycznej. Stanowi ona cenne źródło informacji o środowisku wodnym, choć niestety nie jest pozbawiona wad, czy błędów zwłaszcza w zakresie przebiegu cieków.

    W ramach prac terenowych mających na celu wykonanie tzw. polowego zdjęcia hydrograficznego przeprowadzono pomiary natężenia przepływu. W myśl punktu IV paragrafu 25 Wytycznych technicznych GIS-3 Mapa Hydrograficzna Polski w skali 1:50 000 w formie analogowej i numerycznej "zaleca się wykonanie hydrograficznego zdjęcia polowego w okresie od maja do października, z wyłączeniem okresów stanów wód wysokich". Zapis jest jak najbardziej racjonalny, bowiem wskazuje konieczność przeprowadzania pomiarów tak, aby ich wyniki były porównywalne w większej skali przestrzennej i jednocześnie odzwierciedlały typowo letnie warunki odwodnienia (zasilanie podziemne). Wartości pomiarów naniesione na mapę hydrograficzną wskazują jednak na to, że przytoczony zapis nie do końca był realizowany, ze szkodą dla walorów informacyjnych mapy i możliwości interpretacyjnych. Poniżej zamieszczono kilka fragmentów Mapy Hydrograficznej Polski jako przykłady wspomnianego działania.

 

źródło: GUGiK

     Na rysunku powyżej zaznaczono okręgami wyniki dwóch pomiarów hydrometrycznych na rzece Dąbroczni w rejonie Miejskiej Górki. Pomiar pierwszy (1) w Rozstępniewie wskazuje na przepływ 0,1 m3/s, natomiast drugi (2) w Miejskiej Górce - 0,86 m3/s. Pomijając fakt błędnego zapisu wartości natężenia przepływu (brak jednej konwencji - raz wynik podano z dokładnością do części dziesiętnych [za mała dokładność], a raz do części setnych), uwagę zwraca gwałtowny przyrost przepływu na krótkim odcinku, zupełnie nieproporcjonalny do przyrostu powierzchni zlewni. W zasadzie można to wytłumaczyć na dwa sposoby: wezbranie lub punktowy zrzut ścieków. Drugie rozwiązanie jest mało prawdopodobne biorąc pod uwagę skalę przyrostu. Zatem należy uznać, że pomiar numer dwa zarejestrował przepływ związany z przechodzeniem fali wezbraniowej. W zaleceniu, o którym wspomniano wcześniej, mowa jest o unikaniu okresów stanów wód wysokich. Teoretycznie biorąc przepływ 0,86 m3/s mieści się w strefie wody średniej, niemniej jego użyteczność jest bliska zeru. Nie zachowano bowiem ciągłości przepływu w profilu podłużnym cieku. Informacja o gwałtownym przyroście przepływu, poza tym, że wskazuje na wezbranie, jest mało wartościowa. Nie wiemy bowiem, czy pomiaru dokonano na krzywej wznoszącej, czy opadającej, a przede wszystkim jaki był przepływ maksymalny i opad który go wywołał. Nie koresponduje on też z wynikiem pomiaru wykonanego powyżej, w Rozstępniewie. Nie wiadomo więc, czy na odcinku Rozstępniewo - Miejska Górka przyrost przepływu odbywa się tak, jak w górnej części zlewni, czy też nie. Moje pomiary wskazują na występowanie zaburzeń w tym zakresie na odcinku Gogolewo - Miejska Górka, ale nie o tej skali. Wydaje się więc, że planowanie pomiarów natężenia przepływu w ramach hydrograficznego zdjęcia polowego było słabo przemyślane. Skoro pierwsze pomiary na Dąbroczni prowadzono w okresie bezopadowym, na co wskazuje choćby wartości 0,1 m3/s w profilu Rozstępniewo, to należało wybrać takie dni, aby kontynuować tą tendencję, a już na pewno należało analizować prognozę pogody celem racjonalnego wyboru dni i cieków na potrzeby pomiarów. Umieszczanie na mapie "czegokolwiek" co najmniej mija się z celem.

     Innym przykładem jest zlewni rzeki Kani. Na lewostronnym dopływie Kani (Brzezinka) wykonano dwa pomiary natężenia przepływu: (1) i (2) w profilach zlokalizowanych w odległości kilkudziesięciu metrów od siebie. Pomiar (1) wykazał przepływu 0,006 m3/s, natomiast (2) 0,03 m3/s. Nasuwa się więc pytanie: Jakie jest uzasadnienie podawania obu wyników w sytuacji, gdy one ze sobą nie korespondują. W rejonie profilów pomiarowych nie ma zrzutu ścieków, ani innych antropogenicznych, a tym bardziej naturalnych czynników/ przyczyn mogących zmieniać przepływ o rząd wielkości. Wykonując pomiary natężenia przepływu należy z góry wiedzieć, jakiego rezultatu się spodziewać, żeby na miejscu ocenić poprawność uzyskanego wyniku. Wartości 0,006 i 0,030 m3/s wzajemnie się wykluczają, a poza tym wprowadzają zamieszanie. Teoretycznie można sobie wyobrazić sytuację, że pierwszy pomiar wykonano krótko przed intensywnym opadem deszczu, a kolejny zaraz po nim. To by uzasadniało wzrost natężenia przepływu. Nawet jeśli tak było, to w żadnym przypadku nie upoważnia wykonawcy do podawania obu wartości. Bałagan na mapie jest absolutnie nie do zaakceptowania, a tego rodzaju praktyki sugerują, że na miejscu nie było hydrologa. Każdy wyjazd pomiarowy powinna poprzedzać skrupulatna analiza topograficzna mająca na celu wybór profilów pomiarowych, zarówno podstawowych, jak i uzupełniających (rezerwowych) na wypadek, gdyby z powodu silnego zarastania, małych prędkości przepływu, zbyt dużych głębokości, czy wpływu urządzeń hydrotechnicznych nie można było wykonać pomiaru natężenia przepływu. Poza tym po każdym pomiarze należy na miejscu wykonać obliczenia, aby skonfrontować oczekiwaną wartości przepływu z wartością zmierzoną i w razie wątpliwości powtórzyć pomiar, być może w innym profilu. 

źródło: GUGiK

     Nielogiczne jest także podejście do samej rzeki Kani. Przegląd mapy hydrograficznej wskazuje, że ostatni profil pomiarowy na Kani zlokalizowano na terenie miasta Gostynia, gdzie uzyskano wynik 0,04 m3/s. Pomimo, że poniżej znajduje się oczyszczalnia ścieków, nie wykonano pomiaru uwzględniającego zrzut ścieków, naturalny przyrost natężenia przepływu oraz ewentualne straty wynikające z nawadniania łąk. Co prawda poniżej oczyszczalni pracują zastawki piętrzące wodę, co utrudnia wykonanie pomiaru, jednak w rejonie wsi Ostrowo nie ma z tym problemu.

    Podobnych przykładów jest więcej. Wobec tego pojawiają się wątpliwości metodologiczne co do wykonanych pomiarów hydrometrycznych. Niejednokrotnie zdarza się, że wartości przepływu zamieszczone na mapie hydrograficznej nie wnoszą żadnej użytecznej informacji hydrologicznej. Wprost przeciwnie, wprowadzają zamieszanie, utrudniają interpretację poprzez to, że nie zawsze ukazują porównywalne warunki hydrologiczne w sąsiednich zlewniach, a do tego nie uwzględniają całokształtu czynników odpływotwórczych, zwłaszcza antropogenicznych, a także zmian natężenia przepływu w profilu podłużnym cieków w związku z ich nierównomiernym zasilaniem podziemnym.

Opad niebezpieczny jako narzędzie wspierające podejmowanie decyzji w hydrologii operacyjnej

     Głównym zadaniem hydrologii operacyjnej jest bieżący monitoring sytuacji hydrologicznej oraz opracowanie prognoz i ostrzeżeń na potrzeby osłony hydrologicznej ludności i mienia przed niebezpiecznymi zjawiskami w hydrosferze, zwłaszcza przed powodzią i suszą. W ostatnich latach obserwuje się coraz większą ekspansję numerycznych metod prognostycznych, szczególnie modeli hydrologicznych typu opad-odpływ oraz modeli hydrodynamicznych, w pracy operacyjnej, między innymi za sprawą intensywnego rozwoju fizyki atmosfery, a w konsekwencji meteorologii synoptycznej. W sytuacji prognozowania "znaczących" opadów deszczu, hydrologia operacyjna musi odpowiedzieć na podstawowe pytanie - czy przewidywane opady deszczu wywołają (wygenerują) wezbranie z maksymalnym stanem wody powyżej stanu ostrzegawczego lub alarmowego. Stan ostrzegawczy i alarmowy stanowią poziom odniesienia dla oceny stopnia zagrożenia ludności i mienia przez zwiększony odpływ rzeczny ze zlewni kontrolowanej. Obie charakterystyki ustalane są dla każdego profilu wodowskazowego zależnie od lokalnych warunków hipsometrycznych, pokrycia terenu obiektami urbanistycznymi itd. Stan ostrzegawczy i alarmowy zmieniają się w czasie, na przykład wskutek prac regulacyjnych w korycie rzecznym. Narzędziem, które może pomóc w ocenie ryzyka osiągnięcia lub przekroczenia stanu alarmowego jako następstwa opadów deszczu jest opad niebezpieczny.

     W zasadzie nie funkcjonuje żadna oficjalna definicja opadu niebezpiecznego, więc pozwolę sobie na podejście autorskie w tym zakresie. Wydaje się, że można go ująć w kategoriach narzędzia decyzyjnego w hydrologii operacyjnej służącego do klasyfikacji sumy opadu deszczu prognozowanego przez synoptyka-meteorologa z punktu widzenia ryzyka wywołania odpływu rzecznego osiągającego lub przewyższającego przyjęty poziom bezpieczeństwa - np. stan alarmowy określony w danym profilu kontrolowanym (wodowskazowym), w określonym warunkach początkowych (hydrometeorologicznych) oraz brzegowych (właściwości fizycznogeograficzne zlewni - kontekst środowiskowy). Nieodłączną cechą opadu niebezpiecznego jako wartości progowej wezbrania osiągającego lub przekraczającego zadany stan wody jest jego zmienność w przestrzeni i czasie. Opad niebezpieczny zmienia się zależnie od kontekstu środowiskowego, a więc właściwości fizycznogeograficznych zlewni (m.in. warunki hipsometryczne, litologiczne), a także wykazuje zmienność sezonową (zima hydrologiczna - lato hydrologiczne). Wspomniane uwarunkowania mają jednak jedynie charakter modyfikujący skutki oddziaływania dwóch najważniejszych przyczyn zmienności sumy opadu niebezpiecznego - natężenia opadu (deszczu) oraz warunków początkowych w zlewni.

     Reakcja (odpowiedź) zlewni na opad deszczu, choćby o tej samej lub zbliżonej sumie, może być bardzo zróżnicowana. Inny skutek przynosi bowiem deszcz o sumie 40 mm trwający 60 minut, a inny w przypadku jego wydłużenia do kilku, a tym bardziej kilkunastu godzin. Iloraz sumy opadu i jego czasu to właśnie natężenie. Im intensywniejszy deszcz, tym większa jego część transformowana jest w odpływ, szczególnie w dopływ bezpośredni i spływ powierzchniowy, które łącznie stwarzają największe zagrożenie hydrologiczne, oraz tym mniejsze są straty na intercepcję, infiltrację i ewaporację, w tym ewapotranspirację. Taka sytuacja dotyczy głównie opadów przelotnych. Z kolei w przypadku opadów rozlewnych, których natężenie jest niekoniecznie duże, większego znaczenia nabiera nie tylko czas (kilkadziesiąt godzin), ale zdolność retencyjna zlewni. Ważnym czynnikiem współdecydującym o transformacji opadu w odpływ są warunki początkowe w zlewni. Można je zdefiniować jako aktualny stan retencji zlewniowej i opisać zarówno jakościowo, jak i ilościowo, m.in. poprzez tzw. opad poprzedzający (ang. antecedent rainfall), czy też wskaźnik opadów uprzednich wg formuły Lambora, średni przepływ w okresie poprzedzającym wystąpienie opadu potencjalnie niebezpiecznego, szczególnie odpływ podziemny, uwilgotnienie gruntu wg propozycji amerykańskiej służby hydrologicznej itp.

     W jaki sposób można obliczyć/ oszacować sumę opadu niebezpiecznego? Myślę, że warte uwagi są dwa podejścia - ogólne i szczegółowe. Pierwsze odnosi się do dobowych wartości sumy opadów atmosferycznych i poszukiwania ich związku ze stanem/ przepływem maksymalnym wywołanego wezbrania, a drugie do godzinowych wartości sumy opadów atmosferycznych. Z praktycznego punktu widzenia słuszniejsze wydaje się podejście szczegółowe, ponieważ umożliwia uchwycenie zależności sumy opadu niebezpiecznego od jego natężenia oraz warunków początkowych w zlewni. Natomiast za błędne i nieuzasadnione uważam próby szacowania, czy obliczania opadu niebezpiecznego w oparciu o sumy miesięczne opadów deszczu, sumy sezonowe, roczne itp., ponieważ  ani bezpośrednio, ani nawet pośrednio nie determinują wezbrań. Skoro więc nie można wyznaczyć zależności fizycznej, nie ma sensu i powodu, aby je tworzyć. Dość powiedzieć, że sumy miesięczne opadów atmosferycznych z traktowane jako wartości dobowe odpowiadają MSDO (maksymalna suma dobowa opadów) o prawdopodobieństwie przewyższenia około 1%, a czasami i mniej. Takich opadów nie można traktować jako niebezpiecznych (progowych) - to są już opady często katastrofalne.

     Jakie wartości przyjmuje opad niebezpieczny? Zależnie od natężenia deszczu można mówić o przedziale od 20-30 mm przy opadach przelotnych, bardzo krótkich (przeważnie do 3 godzin) do 80-100 mm przy opadach trwających kilkadziesiąt godzin. Z kolei różnice w sumie opadu niebezpiecznego w zależności od warunków początkowych w zlewni są najmniejsze przy największym natężeniu deszczu i wynoszą około 10 mm, a największe przy najmniejszym natężeniu opadu, poniżej 2 mm i wynoszą 20--40 mm. Obliczenia przeprowadzone na dobowych wartościach sumy opadów deszczu wskazują węższy przedział - 40-50 mm, ale w tym przypadku trudniej znaleźć związek z natężeniem deszczu i warunkami początkowymi w zlewni z powodu zbyt dużego kroku czasowego (doba). Poniżej przykłady krzywych do szacowania wartości opadu niebezpiecznego nawiązujące do podejścia ogólnego (rys. 1) i szczegółowego (rys. 2).

Rys. 1. Wyznaczenie wartości sumy opadu niebezpiecznego (Pnbzp) w ujęciu ogólnym
Strzałki wskazują na rozrzut Pnbzp zależnie od czynników innych niż suma opadu deszczu.

Rys. 2. Przykładowa krzywa zależności wartości sumy opadu niebezpiecznego (Pnbzp) od natężenia deszczu - ujęcie szczegółowe

    Opad niebezpieczny może się okazać całkiem dobrym, skutecznym narzędziem hydrologicznym pod warunkiem ustalenia miarodajnego rozkładu przestrzennego opadów deszczu w zlewni, ich czasu oraz warunków początkowych i brzegowych. Wydaje się, że najlepsze rezultaty można osiągnąć dla opadów z krokiem godzinnym, ponieważ w tym przypadku, między zlewniami, zachodzą widoczne różnice. Opad niebezpieczny przeliczony na dobę jest tylko jednym z wielu wariantów, który nie uwzględnia czynników innych niż suma dobowa opadów, a jednocześnie wykazuje najmniejsze różnice między zlewniami różnych pięter hipsometrycznych i niekoniecznie jest najlepszym wykładnikiem w przedmiotowej analizie.

    Jednocześnie warto mieć na uwadze dwa zasadnicze, praktyczne, ograniczenia stosowania tzw. opadu niebezpiecznego - powierzchnia zlewnia (małe zlewni, najlepiej do około 100 km2, na nizinach ewentualnie do 300 km2) oraz okres roku (w zasadzie sens ma ustalanie opadu niebezpiecznego dla wezbrań o genezie opadowej, a więc dla hydrologicznego lata).

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.