Groundwater impact assessment of Lake Czorsztyn after 25 years of its operation

• Autorzy: Humnicki Włodzimierz , Krogulec Ewa , Małecki Jerzy , Szostakiewicz-Hołownia Marzena , Wojdalska Anna , Zaszewski Daniel

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2022.140767

Warianty tytułu

PL

Ocena oddziaływań Zbiornika Czorsztyńskiego na wody podziemne w ćwierćwiecze jego funkcjonowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Artificial water reservoirs pose impact on the natural environment. Impact of the artificial Czorsztyn Lake on groundwater and land management is assessed. The study is based on long-term observations of chemistry, groundwater levels and spring discharges during reservoir construction, filling, and 25-year-long exploitation. Land management changes caused by reservoir construction were recognized using remote sensing. Reservoir construction resulted in land management change in the study area. Built-up and forest areas gained prevalence over farmland areas. Two types of groundwater dominate: HCO₃–Ca and HCO₃–Ca–Mg, both before reservoir filling (68% analyses) and afterwards (95% analyses), and in control analyses from September 2020 (100% analyses). Gradual decrease in the occurrence of water types with the sulphate ion exceeding 20% mvals is documented, which points to water quality improvement trends. Moreover, changes of water saturation index values with regard to aquifer-forming mineral phases during reservoir construction and early exploitation phase indicate hydrochemical modifications. Decrease of groundwater level was related with transformation of the Dunajec river valley during reservoir construction and, accordingly, decrease of regional drainage base level. Groundwater level increased after reservoir filling, which points to coupled impact of the reservoir and increased precipitation recharge. Construction of the Czorsztyn Lake resulted in gradual land management transformation from farmlands into tourist-recreational areas. This change and river valley flooding by surface waters did not cause significant modifications in groundwater quantity and quality. Organization of water-sewage management related with reservoir construction resulted in noticeably improved quality trends.

PL

Powstanie sztucznego zbiornika wodnego oddziałuje na wszystkie elementy środowiska. Na przykładzie Zbiornika Czorsztyńskiego oceniono jego oddziaływanie na wody podziemne oraz zmiany wymuszone przez jego budowę w zagospodarowaniu terenu. W ocenie wykorzystano długoletnie obserwacje chemizmu i stanów zwierciadła wód podziemnych oraz wydajności źródeł, obejmujące okres sprzed budowy zbiornika, z czasu jego napełniania oraz 25-letniej eksploatacji. Zmiany zagospodarowania przestrzennego wywołane budową zbiornika określono metodami teledetekcyjnymi. Konsekwencją budowy zbiornika była zmiana użytkowania powierzchni terenu. Wzrosła powierzchnia obszarów zabudowanych i leśnych kosztem terenów rolniczych. Dominującą rolę odgrywają dwa typy wód podziemnych HCO₃–Ca oraz HCO₃–Ca–Mg, dotyczy to zarówno okresu przed jego napełnieniem (68%), jak i po jego napełnieniu (95%), a także w odniesieniu do analiz kontrolnych z 2020 roku (100%). Udokumentowano stopniowy zanik występowania typów wód z udziałem jonu siarczanowego powyżej 20% miliwali, co wskazuje na tendencję poprawy jakości badanych wód. Ponadto zmiany wartości wskaźników nasycenia wód, względem faz mineralnych budujących warstwę wodonośną, w czasie budowy zbiornika i na wczesnym etapie jego eksploatacji, wskazują na ich modyfikacje hydrochemiczne. Zaobserwowano obniżenie zwierciadła wód gruntowych spowodowane przekształceniem doliny Dunajca w czasie budowy zbiornika i związanego z tym obniżenia regionalnej bazy drenażowej. Po napełnieniu zbiornika nastąpił wzrost rzędnej zwierciadła wody. Oprócz oddziaływania zbiornika można to tłumaczyć również większym zasilaniem opadowym. Powstanie Zbiornika Czorsztyńskiego spowodowało stopniowe przekształcenia w użytkowaniu terenu z rolniczego w kierunku turystyczno-rekreacyjnym. Zmiany te oraz zalanie doliny rzecznej wodami powierzchniowymi nie spowodowało zasadniczych zmian ilościowych i jakościowych wód podziemnych. Natomiast związane z budową zbiornika uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej przyczyniło się do zauważalnej tendencji poprawy ich jakości.

Słowa kluczowe

EN

water reservoir; groundwater; river; hydrogeology; sustainable water management; Pieniny Klippen Belt

PL

wody gruntowe; rzeka; hydrogeologia; zarządzanie wodą; zbiornik wodny; Pieniński Pas Skałkowy

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 48, no. 2
• Strony: 65--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Humnicki Włodzimierz

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

autor

Krogulec Ewa

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

autor

Małecki Jerzy

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

autor

Szostakiewicz-Hołownia Marzena

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

autor

Wojdalska Anna

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

autor

Zaszewski Daniel

• Faculty of Geology, University of Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Al-adili, A., Khasaf, S. & Ajaj, A.W.S. (2014). Hydrological Impacts of Iraqi Badush Dam on Groundwater, 4, June, pp. 90–106.
• 2. Allen, P.A. (1997). Earth Surface Processes. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA.
• 3. Appelo, C.A.J. & Postma, D. (2005). Geochemistry, Groundwater and Pollution. A.A. Balkema, Leiden.
• 4. Baxter, R.M. (1977). Environmental Effects of Dams and Impoundments, Annual Review of Ecology and Systematics, 8, pp. 255–283.
• 5. Birkenmajer, K. (1979). Geological Guidebook to the Pieniny Klippen Belt. Wydawnictwo Geologiczne, Warsaw. (in Polish)
• 6. Birkenmajer, K. (2017). Geology of the Pieniny Mountains – Monographs of the Pieniny Mts. Vol. 3. Pieniński Park Narodowy, Krościenko on the Dunajec. (in Polish)
• 7. Çelik, R. (2018). Impact of Dams on Groundwater Static Water Level Changes: a Case Study Kralkızı and Dicle Dam Watershed, Uluslararası Muhendislik Arastirma ve Gelistirme Dergisi, 10, 2, pp. 119–126, DOI: 10.29137/umagd.442483
• 8. Chowaniec, J. & Witek, K. (1997). Hydrogeological Map od Poland 1: 50 000 with Description. Polish Geological Institute – National Research Institute, Warsaw. (in Polish)
• 9. Clark, I. (2015). Groundwater Geochemistry and Isotopes. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, London, New York.
• 10. Claverie, M., Vermote, E.F., Franch, B. & Masek, J.G. (2015). Evaluation of the Landsat-5 TM and Landsat-7 ETM+ surface reflectance products, Remote Sensing of Environment, 169, pp. 390–403, DOI: 10.1016/j.rse.2015.08.030
• 11. Congedo, L. (2020). Semi-Automatic Classification Plugin Documentation. (https://media.readthedocs.org/pdf/semi automatic classificationmanual-v4/latest/semiautomaticclassification manual-v4.pdf (21.10. 2020))
• 12. Francis, B.A., Francis, L.K. & Cardenas, M.B. (2010). Water table dynamics and groundwater-surface water interaction during filling and draining of a large fluvial island due to dam-induced river stage fluctuations, Water Resources Research, 46, 7, pp. 1–5, DOI: 10.1029/2009WR008694
• 13. Graf, W.L. (1999). Dam nation: A geographic census of american dams and their large-scale hydrologic impacts, Water Resources Research, 35, 4, pp. 1305–1311, DOI: 10.1029/1999WR900016
• 14. Ho, M., Lall, U., Allaire, M., Pal, I., Raff, D., Wegner, D., Devineni, N. & Kwon, H.H. (2017). The future role of dams in the United States of America, Water Resources Research, pp. 982–998, DOI: 10.1002/2016WR019905.Received
• 15. Humnicki, W. (2007). Hydrogeology of the Pieniny Mountains. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warsaw. (in Polish)
• 16. Humnicki, W. (2009). Geological conditions of groundwater occurrence in the Pieniny Klippen Belt (West Carpathians, Poland), Studia Geologica Polonica, 132, pp. 39–69.
• 17. Jóźwiak, K. & Krogulec, E. (2006). Geochemical modeling as an element ofprotected area monitoring, Przeglad Geologiczny, 54, 11, pp. 987–992. (in Polish)
• 18. Kulka, A., Rączkowski, W., Żytko, K., Gucik, S. & Paul, Z. (1985). Detailed Geological Map of Poland, scale 1: 50 000 – Szczawnica – Krościenko sheet. Wydawnictwa Geologiczne, Warsaw. (in Polish)
• 19. Łaniewski, J. (1997). Czorsztyn, Gospodarka Wodna, 12, pp. 391–393.
• 20. Li, H., Wang, C., Zhong, C., Su, A., Xiong, C., Wang, J. & Liu, J. (2017). Mapping urban bare land automatically from Landsat imagery with a simple index, Remote Sensing, 9, 249, pp. 1–15, DOI: 10.3390/rs9030249
• 21. Loveland, T.R. & Irons, J.R. (2016). Landsat 8: The plans, the reality, and the legacy, Remote Sensing of Environment, 185, pp. 1–6, DOI: 10.1016/j.rse.2016.07.033
• 22. Małecka, D. (1981). Hydrogeology of Podhale. Wydawnictwa Geologiczne, Warsaw. (in Polish)
• 23. Małecka, D., Humnicki, W., Małecki, J.J. & Łabaszewski, W. (1996). Characteristics and assessment of the current water quality in the area of the Czorsztyn Reservoir, Przegląd Geologiczny, 44, 11, pp. 1103–1110. (in Polish)
• 24. Małecki, J.J. (1998). Role of aeration zone in forming chemical composition of shallow ground waters, based on cases of selected hydrogeochemical environments, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 381, pp. 1–219. (in Polish)
• 25. Mika, A.M. (1997). Three decades of Landsat instruments, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 63, 7, pp. 839–852.
• 26. Parkhurst, D.L. & Appelo, C.A.J. (2013). Description of Input and Examples for PHREEQC Version 3 – A Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport, and Inverse Geochemical Calculations. U.S. Geological Survey Techniques and Methods. (http://pubs.usgs.gov/tm/06/a43/(02.10. 2021))
• 27. PN-89/C-04638/02. (1989). Water and sewage. Ion balance of water. Method of calculating the ionic balance of water. Warsaw. (in Polish)
• 28. Przybyłek, J. (2016). Predictions and identification of groundwater impact of the Jeziorsko Lake during its long-term exploitation, Gospodarka Wodna, 9, pp. 314–323.(in Polish)
• 29. Richards, J.A. (2013). Remote Sensing Digital Image Analysis. An Introduction. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg.
• 30. Szczepańska, J. & Kmiecik, E. (1998). Statistical data quality control in groundwater monitoring. Wydawnictwa AGH, Kraków. (in Polish).
• 31. U.S. Geological Survey. (2016). Landsat 8 (L8) Data Users Handbook. Sioux Falls, USA.
• 32. U.S. Geological Survey. (2020)a. Landsat 8 Level 2 Science Product ( L2SP ) Guide. Sioux Falls, USA.
• 33. U.S. Geological Survey. (2020)b. Landsat 4–7 Collection 2 (C2) Level 2 Science Product (L2SP) Guide. Sioux Falls, USA.
• 34. Wilk-Woźniak E., Pociecha A. & Mazurkiewicz-Boroń G. (2010) Comparison of choosen physico-chemical and biological parameters of the Czorsztyński dam reservoir in 1998 and 2005. Monographs of the Pieniny Mts. Vol. 2. Pieniński Park Narodowy, Krościenko on the Dunajec, pp. 107–121. (in Polish)
• 35. Witczak, S., Kania, J. & Kmiecik, E. (2013). Catalog of selected physical and chemical indicators of groundwater pollution and their determination methods. Inspekcja Ochrony Środowiska, Warsaw. (in Polish)
• 36. Woodcock, C.E., Allen, R., Anderson, M., Belward, A., Bindschadler, R., Cohen, W., Gao, F., Goward, S.N., Helder, D., Helmer, E., Nemani, R., Oreopoulos, L., Schott, J., Thenkabail, P.S., Vermote, E.F., Vogelmann, J., Wulder, M.A. & Wynne, R. (2008). Free Access to Landsat Imagery, Science, 320, 5879, pp. 1011–1012, DOI: 10.1126/science.320.5879.1011a
• 37. Zhang, L., Yang, D., Liu, Y., Che, Y. & Qin, D. (2014). Impact of impoundment on groundwater seepage in the Three Gorges Dam in China based on CFCs and stable isotopes, Environmental Earth Sciences, 72, 11, pp. 4491–4500, DOI: 10.1007/s12665-014-3349-8

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).