HYDROLOGIA
WYKŁADY
WYKŁAD 1
Literatura :
1. Bajkiewicz-Grabowska E. Hydrologia ogólna PWN 2007,
2. Byczkowski A. Hydrologia T I i II Wydawnictwo SGGW, Warszawa,
3. Prochal P. (red.): Podstawy melioracji rolnych t. I, II. PWRiL, Warszawa 1989,
4. Babiński S. Melioracje wodne w lasach. Wydawnictwo SGGW AR, Warszawa 1987,
5. Józefaciuk A., Cz. Józefaciuk. Ochrona gruntów przed erozją. IUNiG, Puławy 1999
6. Prochal P. Melioracje przeciwerozyjne. Wyd. Akademii Rolniczej w Krakowie 1987
7. Babiński S., Podstawy i zasady melioracji wodnych w lasach. IBL, Warszawa 1987,
8. Byczkowski A. Hydrologiczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych. PWRiL,
Warszawa 1979
9. Publikacje, internet i notatki z wykładów.
PODZIAŁ WG EKOSYSTEMÓW
Analityczny (zazwyczaj uproszczony) obieg wody rozpatrywany może być na obszarach fizjograficznie i ekologicznie jednorodnych, jak np. ekosystemy lądowe. Wówczas dzielimy hydrologię według tych ekosystemów:
- ekosystem bagienny - hydrologia terenów podmokłych,
- ekosystem łąkowy - hydrologia użytków zielonych,
- ekosystem pól ornych - hydrologia rolnicza, czyli agrohydrologia,
- ekosystem lasów - hydrologia leśna,
- ekosystem pustyń miejskich - hydrologia miejska.
Metody badań w hydrologii leśnej obejmują w zasadzie dwa zagadnienia:
- kształtowania się bilansu wodnego zbiorowisk leśnych,-
- odpływu wody z lasu.
GŁOWNE ZADANIA POZNAWCZE I UTYLITARNE HYDROLOGII LEŚNEJ
Potencjalne zdolności retencyjne w kompleksach leśnych (ocena porównawcza dla wskazania np. hierarchii potrzeb melioracji wodnych),
Scenariusze zmian w stosunkach wodnych wynikające ze zmian klimatycznych, przebudowy drzewostanów, zagospodarowania technicznego, klęsk żywiołowych (wskazanie na celowość i efekty działań zamierzonych jw. oraz prognozy skali zagrożeńżywiołowych),
Relacje pomiędzy cechami biometrycznymi drzewostanów a składowymi bilansuwodnego (opracowanie empirycznych zależności regionalnych np. dla obliczeńhydrologicznych będących podstawą inwestycji budownictwa wodno-melioracyjnego),
Wpływ infrastruktury technicznej na środowisko wodne w lasach (ocena wpływuinfrastruktury technicznej w lasach - budowli wodnych, szlaków komunikacyjnych nasąsiadujące zbiorowiska leśne - strefy ekotonowe).
CYKL HYDROLOGICZNY
Jest to naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja, opady, transport wilgoci: w biosferze - pobieranie wody i jej oddawanie w procesie oddychania czyli transpiracji, jak i w litosferze - wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy. Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja). Do wody wyłączonej z obiegu zalicza się:
lodowce i pokrywy śnieżno-lodowe - zwłaszcza na biegunach
wodę głębinową w jeziorach, morzach i oceanach
głębinowe wody podziemne
OBIEG WODY W PRZYRODZIE
Przez obieg duży rozumie się procesy zachodzące w skali globalnej i mające wpływ na ogólny bilans wody. Jest to:
_parowanie z oceanów
_kondensację w atmosferze
_przemieszczanie się pary wodnej nad kontynenty
_opad na lądy
_wsiąkanie
_spływ podziemny i powierzchniowy, ponownie zasilający oceany
W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały. Obieg główny zwany obiegiem dużym obejmującego całą kulę ziemską, a w jego składwchodzą:
- mały obieg lądowy
- mały obieg oceaniczny
Obieg mały, to lokalna cyrkulacja wody nie wpływająca znacząco na globalny bilans wody (woda będąca w obiegu stanowi około 1% całości wody na świecie):
W obrębie oceanów jest to:
_ parowanie
_ kondensacja
_ opad
W obrębie kontynentów:
_ parowanie
_ kondensacja
_ opad
_ wsiąkanie
_ odpływ
ZASOBY WODNE POLSKI
Bilans wodny Polski w roku średnim przedstawia się następująco:
I Zasilanie:
Opady - 187,2 km3 (97,3%)
Dopływ rzekami spoza granic Polski - 5,2 km3 (2,7%)
Razem - 192,4 km3 (100%)
II Rozchód:
1. Odpływ rzekami do morza
a) powierzchniowy bezpośredni - 24,6 km3 (12,9%)
b) powierzchniowy pośredni - 34,0 km3 (17,7%)
Razem odpływ rzekami - 58,6 km3 (30,6%)
2. Parowanie terenowe i transpiracja - 133,8 km3 (69,4%)
Razem - 192,4 km3 (100%)
BILANSE WODNE
- naturalne,
- wodnogospodarcze,
- wód powierzchniowych, wód podziemnych,
- profilu glebowego, pola, zlewni, dorzecza, kraju,
- różnych okresów (rok, sezon wegetacyjny i itd.)
Rok hydrologiczny - jednostka czasu używana w hydrologii przy obliczaniu bilansu wodnego danego obszaru. Podobnie jak rok kalendarzowy trwa 12 miesięcy. Rok hydrologiczny w Polsce rozpoczyna się 1 listopada, a kończy 31 października. Związane jest to z retencją opadów w postaci śniegu i lodu w początkowym okresie roku hydrologicznego, co później uwidocznia się podczas wiosennych roztopów. W ten sposób nie występuje sytuacja, gdy opady z poprzedniego roku hydrologicznego mają wpływ na poziom wód w późniejszym okresie kolejnego roku hydrologicznego.
BILANS WODNY
Równanie bilansu wodnego, równanie Pencka-Oppokowa ma bardzo prostą postać:
gdzie:
P - opad (śnieżny, deszczowy),
H - odpływ (powierzchniowy, podpowierzchniowy, gruntowy),
E - parowanie (ewaporacja, transpiracja),
DR - zmiana retencji (powierzchniowej - wody stojące, cieki; gruntowej -
strefy aeracji i saturacji, intercepcja drzew i inna - np. ściółki w lasach).
(Dla układów zamkniętych - zlewni)
P = H + E Zrównoważony (dla wielolecia)
P = H + E +DR Niezrównoważony (dla „krótszego” okresu)
Wartości składowe występujące w równaniu bilansu wodnego stanowią podstawę oceny stosunków wodnych w danej zlewni. Wskazują też na możliwość (zasadność) działań zaradczych poprzez melioracje wodne czy też agro- lub fitomelioracje
WYKŁAD 2 i 3
PRZYCZYNY POWSTAWANIA ZŁYCH WARUNKÓW WODNYCH
_ Zróżnicowanie opadów (zasobów) w czasie i przestrzeni
_ Ewapotranspiracja w okresie wegetacyjnym > opady
_ Przyspieszenie odpływu wody w wyniku działalności człowieka (odwodnienia, uszczelnienia powierzchni, zmiany użytkowania itp.
_ Globalne zmiany klimatu (zwiększenie częstotliwości występowania zjawisk ekstremalnych)
_ Szybki odpływ wód zanieczyszczonych związkami biogennymi
_ Nadmierne osuszenie obszarów rolnych i leśnych w wyniku budowy systemów odwadniających
_ Degradacja obszarów bagiennych w wyniku obniżenia zwierciadła wód gruntowych i
ograniczenia zalewów wiosennych dolin rzecznych
ZAPOBIEGANIE DEGRADACJI WARUNKÓW WODNYCH W LASACH
- zachowanie śródleśnych zbiorników i cieków w stanie zbliżonym do naturalnego lub ich odtwarzanie,
- zachowanie w stanie naturalnym śródleśnych bagien, trzęsawisk, mszarów, torfowisk i łąk jako regulatorów wilgotności siedlisk i użytków ekologicznych różnicujących warunki siedliskowe,
- zachowanie w dolinach rzek lasów łęgowych, olsów i innych naturalnych formacji przyrodniczych jako ostoi rzadkich gatunków roślin i zwierząt oraz regulatorów wilgotności siedlisk i klimatu lokalnego (mikroklimatu),
- przywracanie lasów w wylesionych partiach zlewni górskich i w strefach wododziałowych, - dostosowywanie sposobów zagospodarowania lasów wodochronnych do pełnienia przez nich funkcji, które były kryterium uznania ich za ochronne.
METODY POPRAWY WARUNKÓW WODNYCH
- zwiększanie zasobów wodnych poprzez retencjonowanie wody lub spowalnianie jej obiegu w zlewni,
- regulowany odpływ,
- nawodnienia w szkółkach leśnych,
- odwodnienia w sytuacjach wyjątkowych.
ZAKRES REGULACJI STOSUNKÓW WODNYCH W LASACH
• Zwiększenie małej retencji wodnej (wykorzystanie istniejących śródpolnych zbiorników wodnych, odtworzenie oczek polodowcowych, retencja wód drenarskich w zagłębieniach terenu, wprowadzenie zastawek na rowach)
• Zwiększenie retencji glebowej,
• Właściwe kształtowanie struktury szaty roślinnej
Czym jest „Mała retencja”
MAŁA RETENCJA = zwiększenie możliwości gromadzenia (retencjonowania) wody w miejscu powstawania jej zasobów w wyniku opadów atmosferycznych, to jest na obszarach rolnych i leśnych, a także zurbanizowanych.
MAŁA RETENCJA = działania techniczne i nietechniczne zmierzające do poprawy struktury bilansu wodnego zlewni poprzez zwiększenie jej zdolności retencyjnych
MAŁA RETENCJA = tworzenie warunków zrównoważonego korzystania z zasobów wodnych i wzbogacania walorów przyrodniczych krajobrazu rolniczego, leśnego, zurbanizowanego
Mała retencja to zatrzymywanie lub spowalnianie spływu wód w obrębie małych zlewni przy jednoczesnym zachowaniu i wspieraniu rozwoju krajobrazu naturalnego.
Mała retencja to renaturalizacja krążenia wody w krajobrazie - naprawa tego, co w krajobrazie zostało popsute
METODY RETENCJONOWANIA WODY
Planistyczne - kształtowanie ładu przestrzennego zlewni (układ pól ornych, łąk, lasów, enklawy ekologiczne, mokradła),
Technologiczne - dobór sposobu użytkowania zlewni: agrotechnika (poprawa struktury gleby), zabiegi przeciwerozyjne (ograniczenie spływu powierzchniowego), prawidłowe zbiorowiska leśne, prace leśne, obszary infiltracyjne,
Techniczne - obiekty melioracyjne i hydrotechniczne hamujące odpływ wód powierzchniowych (zbiorniki wodne, jeziora, piętrzenia na rzekach),
Eksploatacyjne (wykorzystanie istniejącej infrastruktury do hamowania odpływu wody).
FUNKCJE MAŁEJ RETENCJI
Hydrologiczne (zwiększenie zasobów wodnych, wpływ na poziom wód gruntowych, ochrona przed powodzią)
Meteorologiczne (kształtowanie mikroklimatu)
Biologiczne (zwiększenie biologicznej różnorodności)
Ochronne (bariery biogeochemiczne ograniczające migrację zanieczyszczeń)
Krajobrazowe (zwiększenie walorów estetycznych i turystycznych)
LEŚNA GOSPODARKA WODNA W LICZBACH
Nakłady na realizację małej retencji w Lasach Państwowych wyniosły w latach 1998-2005 około 38,6 mln zł.
W 2006 roku z funduszu leśnego dopłacono do realizacji działań retencyjnych 2,3 mln. zł.
W 2007 roku 2,2mln. zł.
Urszula Zabrocka, DGLP
2007 rok - na wykonanie dokumentacji projektowo technicznych wydatkowano ponad 1,6 mln. zł,
2008 rok - koszty rzędu 40 mln zł. na zasadzie czasowego udostępniania nadleśnictwom środków z funduszu leśnego na realizację inwestycji.
Centrum Koordynacji Projektów Środowiskowych
ul. Bitwy Warszawskiej 1920 r. nr 3, 02-362 Warszawa
Organizacja:
• Status prawny:
−jednostka organizacyjna Lasów Państwowych zasięgu krajowym
Zakres działalności:
• wykonywanie zadań Instytucji Wdrażającej w ramach V osi priorytetowej programu Operacyjnego "Infrastruktura i Środowisko" (POIiŚ 2007-2013)
• koordynację przedsięwzięć Lasów Państwowych finansowanych ze środków unii Europejskiej
• analizę możliwości pozyskiwania środków pomocowych na rozwój sektora leśno-drzewnego
Rola CKPŚ
• opracowanie i weryfikacja przedsięwzięć zgłaszanych przez nadleśnictwa (we współpracy ze specjalistami z dziedziny małej retencji)
• opracowanie:
- Koncepcji programowo-przestrzennej dla projektu,
- Programu małej retencji w Lasach Państwowych,
- Prognozy oddziaływania na środowisko dla Programu
- Studium wykonalności
- wniosku o dofinansowanie z Funduszu Spójności
• wdrażanie poszczególnych etapów projektu
• monitoring postępu realizacji działań
Koordynacja projektów
• „Mała retencja na nizinach”
• „Ochrona przeciwpowodziowa w górach”
Mała retencja na nizinach
Tytuł:
„Zwiększanie możliwości retencyjnych oraz przeciwdziałanie powodzi i suszy w ekosystemach leśnych na terenach nizinnych”
Cele projektu:
- likwidacja w lasach nizinnych skutków pogorszenia naturalnych stosunków wodnych,
- minimalizacja skutków suszy oraz
- przeciwdziałanie powodzi,
- odtworzenie obszarów wodno-błotnych
Główne założenia projektu /niziny/
• wspieranie prośrodowiskowych metod retencjonowania wody w lasach
• integracja działań poszczególnych nadleśnictw pozwalająca na uzyskanie ekologicznego efektu skali
• ścisła współpraca ze służbami ochrony przyrody, naukowcami oraz organizacjami ekologicznymi
Zakres projektu /niziny/
• Ogólny koszt ok. 147 mln zł
• Poziom dofinansowanie z Funduszu Spójności do 85%
• Okres realizacji lata 2008 - 2013
• Liczba nadleśnictw 190
• Liczba realizowanych obiektów ok. 4100
• Objętość retencjonowanej wody ok. 45 mln m3 *
(*nie obejmuje retencji gruntowej)
Rodzaje realizowanych obiektów
• małe zbiorniki retencyjne
• zastawki
• groble
• progi
• przepusty
• brody
• rowy
• jazy
Ochrona przeciwpowodziowa w górach
Tytuł:
„Przeciwdziałanie erozji wodnej na terenach górskich związanej ze spływem wód opadowych. Utrzymanie potoków górskich i związanej z nimi infrastruktury w dobrym stanie”
Celem projektu jest:
- zwiększenie skuteczności ochrony przed destrukcyjnymi zjawiskami naturalnymiw postaci erozji wodnej, powodzi i suszy na górskich obszarach leśnych
Główne założenia projektu /góry/
• W ramach projektu zostaną podjęte przedsięwzięcia
zwiększające możliwości retencyjne obszarów górskich,
ochronę stoków górskich przed erozją wodną,
ograniczające erozję boczną i denną w potokach górskich oraz poprawiające stan infrastruktury technicznej związanej z potokami.
Wzmocnienie funkcji ochronnych lasów górskich
• ochrona gleb przed erozją powierzchniową poprzez przykrycie gleby roślinnością lub ściółką leśną
• spowolnienie obiegu wody w zlewniach górskich dzięki zretencjonowaniu części wód opadowych na roślinach oraz w ściółce i glebie leśnej
• zmniejszanie fal wezbraniowych i wydłużeniu czasu ich trwania, czego skutkiem jest zmniejszenie zagrożenia powodzią
• pozytywne oddziaływaniu ekosystemu leśnego na jakość wód w potokach górskich
Zakres projektu /góry/
• Ogólny koszt ok. 114 mln zł
• Poziom dofinansowanie z Funduszu Spójności do 85%
• Okres realizacji lata 2008 - 2013
• Liczba nadleśnictw 35
• Zabudowa szlaków zrywkowych ok. 52 km
• Zabudowa biologiczno-techniczna potoków górski ok. 173 km
• Odtworzenie i wykonanie nowych zbiorników wodnych 129 szt.
Rodzaje realizowanych obiektów
Zabudowa przeciwerozyjna stoków górskich:
• płotki z belek drewnianych
• płotki z kamienia naturalnego lub gabiony
Biologiczna i techniczna zabudowa potoków:
• progi, stopnie
• zapory przeciwrumowiskowe (z gałęzi, kaszyc, drewna, kamienia naturalnego i gabionów)
• zapory ażurowo-siatkowe (belkowe i szczelinowe)
• suche zbiorniki, składy rumowiska
• bystrza o zwiększonej szorstkości
Odtworzenie i budowę obiektów małej retencji:
• w zdecydowanej części dotyczy to zbiorników małych o powierzchni mniejszej od 1 hektara.
ZASADY PLANOWANIA MAŁEJ RETENCJI
•Odbudowa naturalnych śródleśnych bagien, trzęsawisk, mszarów, torfowisk i łąk jako regulatorów wilgotności siedlisk i użytków ekologicznych różnicujących warunki siedliskowe
•Stymulowanie prawidłowych (pożądanych) przekształceń ekosystemów wodnych i leśnych
•Zachowanie w dolinach rzeka lasów łęgowych, olsów i innych naturalnych formacji przyrodniczych jako ostoi rzadkich gatunków roślin i zwierząt oraz regulatorów wilgotności siedlisk i klimatu lokalnego (mikroklimatu)
•Urządzenia nie będą miały negatywnego wpływu na środowisko przyrodnicze
•Wysokość piętrzenia jest dostosowana do potrzeb lokalnej fauny i flory (obecnej lub potencjalnej)
•Obiekty mogące potencjalnie wyrządzić szkody w środowisku powinny być wyeliminowane na etapie wstępnej selekcji
•Odtwarzanie stanu zbliżonego do naturalnego śródleśnych zbiorników i cieków
NA CO ZWRÓCIĆ UWAGĘ PRZY PLANOWANIU MAŁEJ RETENCJI?
Uwaga na:
Torfowiska - nie warto niszczyć, bo same są najlepszym miejscem na przechowywanie wody!
Źródła, wysięki,
Wszystkie wypływy wód podziemnych
Mechowiska
ROZWIĄZANIA TECHNICZNE BUDOWLI I URZĄDZEŃ MAŁEJ RETENCJI
_ Dostosowanie do warunków przyrodniczych, hydraulicznych i krajobrazowych
_ Umożliwienie przemieszczania się organizmów wodnych, w tym ryb dwuśrodowiskowych
_ Zrzut wody z budowli zapewniać powinien jej napowietrzenie
_ Budowle działają bez obsługi (progi, jazy stałe), za wyjątkiem niezbędnych regulacji wynikających z potrzeb przyrodniczych i użytkowania terenów przyległych
_ Czasza zbiornika i brzegi uformowane tak, aby tworzyć warunki dla zróżnicowanej fauny i flory (zmienna głębokość i różne pochylenie skarp)
_ Nie dopuszcza się retencjonowania wód silnie zanieczyszczonych, chyba że dlacelów ich oczyszczenia
_ Zbiorniki wodne, w tym stawy kopane lokalizowane jedynie na obszarach o małych walorach przyrodniczych
_ Przy renaturyzacji mokradeł zapewnia się dopływ wód ubogich w związki biogenne
_ Wymiary i konstrukcja rowów odpływowych i odprowadzających wodę powinny…zapewniać prawidłową pracę przy minimalnej ich konserwacji (wcinanie roślinności, odmulanie)
TAK BYĆ POWINNO:
1. Inwentaryzacja i ocena ekosystemów mokradłowych
2. Potrzeby ich ochrony i rewitalizacji; potrzeby odbudowy
systemu krążenia wody w krajobrazie
3. Kompleksowy projekt rewitalizacji mokradeł i krążenia wody
4. Realizacja
A CZASAMI BYWA TAK …
1. „Gdzie by tu można cos spiętrzyć” …
2. Projekt techniczny
3. (Ocena oddziaływania na środowisko)
A tu już bywa różnie
4. Realizacja
OPRACOWANO NA PODSTAWIE:
Mioduszewski W.: Technical solutions for water damming structures in forest streams
Mała retencja w lasach elementem kształtowania i ochrony zasobów wodnych -Waldemar Mioduszewski
Mała retencja w Lasach Państwowych - stan i perspektywy - Urszula Zabrocka
Wielki projekt małej retencji w Lasach Państwowych - Łukasz Przybyłek, Marek Goździk
http://www.kp.org.pl/
http://www.ckps.pl/
Mioduszewski W.: Mała retencja. Ochrona zasobów wodnych i środowiska naturalnego. Poradnik.
Wyd. MUZ Falenty 2003
3