The Water Balance in a Dam Reservoir - a Case Study of the Przebędowo Reservoir

• Autorzy: Waligórski Błażej , Korytowski Mariusz , Zydroń Adam , Liberacki Daniel , Fiedler Michał , Stasik Rafał

Warianty tytułu

PL

Bilans wodny zbiornika zaporowego na przykładzie obiektu Przebędowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents the results of investigations conducted in the hydrological years of 2017 and 2018 in the immediate catchment of the Przebędowo reservoir, located in the Wielkopolskie province 25 km north of Poznań in the Murowana Goślina commune. The immediate catchment of the reservoir is approx. 95 km² in area, while the direct recharge area of the lake (immediate catchment) covers 1.31 km². The areas adjacent to the reservoir are arable lands composed of fluvial Quaternary (Pleistocene) deposits, while the analysis of layers covered by piezometers showed a predominance of medium sands deposited to a depth of approx. 3 m. The analysed reservoir was constructed in the valley of the Trojanki river (from 6+915 km to 8+371 km of its course) by the Wielkopolska Land Reclamation and Hydraulic Structure Authority in Poznan and it was commissioned in November 2014. The embankment dam of the reservoir is class IV, it is 334 m in length and 3.30 m in height. The reservoir of 1450 m in length and maximum width of 120 m, at the normal pool elevation of 72.50 m a.s.l. has a mean depth of 0.94 m and the pool area of 12.03 ha. The shoreline length of the reservoir is 2980 m, shoreline density is 248 m·ha^-1 and the elongation index is 12. In turn, the flood control capacity derived from the difference between normal and maximum pool level is around 67 000 m³. The conducted analyses confirmed that apart from the weather conditions such as precipitation, air temperatures and evaporation from the reservoir a considerable role for the fluctuations in water levels in the reservoir was played by the anthropogenic factor. It was particularly related with the manner of reservoir operation frequently characteristic to dammed reservoirs and with the artificial control of water circulation. Analysis of the water balance for the Przebędowo reservoir showed that in the winter half-years of the analysed hydrological years of 2017 and 2018 the dominant factor in the case of increments was connected with inflow to the reservoir in the Trojanka watercourse, amounting to 12.9 hm³ and 5.16 hm³, respectively. To a much lesser extent the increments of water in those half-years were determined by the inflow to the reservoir from adjacent areas and by precipitation. In the case of losses the greatest share in the water balance was observed in the discussed half-years for outflow from the reservoir through the watercourse, which amounted to 10.0 hm³ and 3.75 hm³. To a lesser extent losses were determined by the uncontrolled underground outflow and subsurface inflow to the reservoir from adjacent areas. In turn, evaporation from the reservoir surface and water storage losses determined losses only slightly. Whereas in the summer half-years the increments in the water balance to the greatest extent were determined by inflows to the reservoir through the watercourse, which amounted to 10.7 hm³ (2017) and 3.59 hm³ (2018), while in the case of losses it was outflows from the reservoir amounting to 9.06 hm³ and 2.7 hm³. In turn, a lesser role was played in the case of losses by outflow from the reservoir to adjacent areas, which in the discussed half-years was comparable and amounted to a mean 0.66 hm³. Throughout the entire period of the analysed hydrological years of 2017 and 2018 the greatest share in the water balance for the Przebędowo reservoir was recorded for the components related with the horizontal water exchange. Inflows to the reservoir through the Trojanka watercourse and outflows constituted mean 49% and 38%, respectively. In the dry hydrological year of 2018 a significant share, in comparison to the other components, in the water balance was also found for the subsurface outflows from the reservoir to adjacent areas, accounting for 9%. In contrast, no major share in the water balance was found for the factors related with the vertical water exchange, characteristic of reservoirs having no outlets, such as precipitation and evaporation from the reservoir surface.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych w latach hydrologicz­nych 2017 i 2018 w zlewni bezpośredniej zbiornika Przebędowo, zlokalizowanego w województwie wielkopolskim, 25 km na północ od Poznania w gminie Murowana Goślina. Powierzchnia zlewni całkowitej zbiornika wynosi około 95 km², natomiast obszar bezpośredniej alimentacji jeziora (zlewnia bezpośrednia) zajmuje powierzchnię 1,31 km². Tereny przyległe do zbiornika to grunty orne zbudowane z osadów czwartorzędowych (plejstocen) fluwialnych, a analiza warstw objętych piezometrami wykazała przewagę piasków średnich zalegających do głębokości około 3 m. Analizowany zbiornik został wykonany w dolinie rzeki Trojanki (od km 6+915 do km 8+371 jej biegu), przez Wielkopolski Zarząd Melioracji i Urządzeń Wodnych w Poznaniu i został oddany do eksploatacji w listopadzie 2014 roku. Ziemna zapora czołowa na zbiorniku jest klasy IV, jej długość wynosi 334 m, przy wysokości 3,30 m. Zbiornik o długości 1450 m i szerokości maksymalnej 120 m, przy normalnym poziomie piętrzenia (NPP) wynoszącym 72,50 m n.p.m. ma średnią głębokość 0,94 m i powierzchnię zalewu 12,03 ha. Długość linii brzegowej omawianego zbiornika wynosi 2980 m, jej rozwinięcie kształtuje się na poziomie 248 m·ha^-1 a wskaźnik wydłużenia wynosi 12. Natomiast rezerwa powodziowa stanowiąca różnicę pomiędzy NPP, a Max. PP osiąga wartość na poziomie około 67000 m³. Przeprowadzone badania potwierdziły, że poza czynnikami meteorologicznymi takimi jak opady atmosferyczne, temperatury powietrza oraz parowanie z powierzchni zbiornika duży wpływ na kształtowanie się stanów wody w zbiorniku miał również czynnik antropogeniczny. W szczególności związany z, często charakterystycznym dla zbiorników zaporowych, sposobem eksploatacji zbiornika i sztucznym sterowaniem obiegiem wody. Analiza bilansu wodnego zbiornika Przebędowo wykazała, że w półroczach zimowych analizowanych lat hydrologicznych 2017 i 2018 czynnikami wiodącymi po stronie przychodów były dopływy do zbiornika ciekiem Trojanka wynoszące odpowiednio 12,9 hm³ i 5,16 hm³. W znacznie mniejszym stopniu o przychodach wody w tych półroczach decydowały dopływ do zbiornika z terenów przyległych oraz opad atmosferyczny. Po stronie rozchodów największy udział w równaniu bilansowym miał, w omawianych półroczach odpływ ze zbiornika ciekiem, który wyniósł 10,0 hm³ i 3,75 hm³. W mniejszym stopniu o rozchodach decydował niekontrolowany odpływ wgłębny oraz dopływ podpowierzchniowy do zbiornika z terenów przyległych. Parowanie z powierzchni zbiornika oraz ubytki retencji decydowały o rozchodach w sposób nieznaczny. Natomiast w półroczach letnich o przychodach w równaniu bilansowym w największym stopniu również decydowały dopływy do zbiornika ciekiem, które wyniosły 10,7 hm³ (2017) oraz 3,59 hm³ (2018), a postronnie ubytków odpływy ze zbiornika kształtujące się na poziomie odpowiednio 9,06 hm³ oraz 2,7 hm³. Natomiast w mniejszym stopniu o rozchodach decydował odpływ ze zbiornika do przyległych terenów, który w omawianych półroczach był zbliżony i kształtował się na średnim poziomie 0,66 hm³. W skali całych analizowanych lat hydrologicznych największy udział w bilansie wodnym zbiornika Przebędowo miały składowe związane z poziomą wymianą wody. Dopływy do zbiornika ciekiem Trojanka oraz odpływy stanowiły średnio około 49% i 38%. W suchym pod względem opadów roku hydrologicznym 2018 istotny, w porównaniu do pozostałych składowych, udział w bilansie miał również odpływ podpowierzchniowy ze zbiornika do przyległych terenów stanowiąc 9%. Natomiast nie stwierdzono w bilansie wodnym znacznego udziału czynników związanych z wymianą pionową wody, charakterystycznego dla zbiorników bezodpływowych, takich jak opady atmosferyczne oraz parowanie z powierzchni zbiornika.

Słowa kluczowe

EN

small-scale water retention; dammed reservoirs; water balances

PL

mała retencja; zbiorniki zaporowe; bilans wodny

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: Tom 22, cz. 1
• Strony: 324--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Waligórski Błażej

• State Water Holding Polish Waters; Regional Water Management Authority in Poznań, Poland

autor

Korytowski Mariusz

• Poznań University of Life Sciences, Poznań

autor

Zydroń Adam

• Poznań University of Life Sciences, Poznań

autor

Liberacki Daniel

• Poznań University of Life Sciences, Poznań

autor

Fiedler Michał

• Poznań University of Life Sciences, Poznań

autor

Stasik Rafał

• Poznań University of Life Sciences, Poznań

Bibliografia

• Błażyca, D., Rzętała, M. (2013). Uwarunkowania wahań stanów wody w zbiorniku Pławniowice [Fluctuations in water levels in the Pławniowice reservoir]. Acta Geographica Silesiana, 14. Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytet Śląski, 27-34.
• Charakterystyka Regionu Wodnego Warty [Characteristics of the Warta Water Region]. 2007. Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Poznaniu, Pion Zasobów Wodnych, 1-65.
• Choiński, A. (1995). Zarys limnologii fizycznej Polski [An outline of physical limnology of Poland]. Wyd. Nauk. UAM. Poznań, 298.
• Dąbska, A., Popielski, P. (2020). Makrodeformacje filtracyjne gruntów [Filtration macrodeformations of soils]. Gospodarka wodna, 2, 15-18.
• Fac-Beneda, J. (2013). Charakterystyka hydrologiczna jeziora Druzno [Hydrological characteristics of Lake Druzno]. Monografia Przyrodnicza. Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska w Olsztynie. 15-31.
• Górski, D., Banasik, K., Byczkowski, A. Gładecki, J., Hejduk, L. (2009). Ekspertyza – bilans wodny Jeziorka Czerniakowskiego w Warszawie [Expert opinion – water balance of Lake Czerniakowskie in Warszawa]. Katedra Inżynierii Wodnej i Rekultywacji Środowiska Wydział Inżynierii i Kształtowania Środowiska Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Warszawa, 55.
• Grajewski, S., Pacholczyk, K. 2011. Charakterystyka warunków meteorologicznych Puszczy Zielonka w latach 1986-2010 [Characteristics of weather conditions in the Zielonka Forest in the years 1986-2010]. Forestry Letters, Agricultural Letters, PTPN, Wydz. Nauk Rolniczych i Leśnych, Prace Kom. Nauk Rolniczych i Komisji Nauk Leśnych, 102, 59-78.
• Gruszczyński, T., Leśniak, P., Michalak, J, Nowicki, Z. (2009). Wyznaczanie zmian zasobów wód podziemnych w rejonach zbiorników małej retencji [Determination of changes in undergorund water resources in the vicinity of small retention reservoirs]. Państwowy Instytut Geologiczny Warszawa, 109.
• Humnicki, W. (2010). Zmiany warunków hydrogeologicznych wokół zbiorników zaporowych w Pieninach [Changes in hydrogeological conditions around dammed reservoirs in the Pieniny Mts.] Pieniny – Zapora – Zmiany – Monografie Pienińskie 2: 83-95.
• Jaguś, A., Khak, V., Kozyrera, E., Rzętala, M., Rzętała, M, Szczypek, T. (2010). Zmiany w środowisku wywołane spiętrzeniem wód rzeki Angary i jeziora Bajkał [Environmental changes caused by damming of the Angara River and Lake Bajkal]. Wszechświat, 111(10-12), 265-271.
• Kędziora, A. (1995). Podstawy Agrometeorologii [Introduction to agrometeorology]. PWRiL Poznań, 264.
• Kondracki, J. (2000). Geografia regionalna Polski [Regional geography of Poland], Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Kropka, J., Jagliński, Ł. (2015). Bilans wodny zlewni podziemnej zbiornika wodnego Kuźnica Warężyńska (Kotlina Dąbrowska) [Water balance of the underground catchment of the Kuźnica Warężyńska reservoir (Kotlina Dąbrowska)]. Przegląd Górniczy, 12, 131-139.
• Lange, W. (1993). Metody badań fizyczno-limnologicznych [Methodology of physico-limnological studies]. Gdańsk, Uniwersytet Gdański, 175.
• Mioduszewski, W., Okruszko, T., (2016). Naturalna mała retencja. Metoda łagodzenia skutków suszy, obniżenie ryzyka powodziowego i ochrona różnorodności biologicznej [Natural small retention. A method to alleviate the effects of drought, to reduce flood risk and to preserve biodiversity]. Podstawy metodyczne. Globalne partnerstwo dla wody.
• Program ochrony środowiska dla województwa wielkopolskiego na lata 2016–2020 [Environmental protection program for the Wielkopolskie province for the years 2016-2020]. Poznań, 2016, 170.
• Radzka, E. (2014). Klimatyczny bilans wodny okresu wegetacyjnego (według wzoru Iwanowa) w środkowowschodniej Polsce [Climatic water balance for the vegetation period (according to Iwanow) in central-eastern Poland]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, 14(1), 67-76.
• Rösler, A., Bielawny, K., Chmal, M., Chmal, T., Staszkiewicz, S., Szymanowska, K. (2007). Analiza zmian składowych bilansu wodnego jezior na przykładzie jeziora Sława [1976-2005], [Analysis of water balance components for lakes based on Lake Sława [1976-2005], Zadanie DS. H1 6b, 39.
• Rushton, K.R. (2003). Groundwater Hydrology. The Atrium, Southern Gate, Chichester, 408.
• Rzętała, M. (2000). Bilans wodny oraz dynamika zmian wybranych zanieczyszczeń zbiornika Dzierżno Duże w warunkach silnej antropopresji [Water balance and dynamics of changes in selected pollutants in the Dzierżno Duże reservoir at strong anthropopressure]. Prace Naukowe UŚ w Katowicach, 1913. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice. 176.
• Rzętała, M. (2008). Funkcjonowanie zbiorników wodnych oraz przebieg procesów limnicznych w warunkach zróżnicowanej antropopresji na przykładzie regionu górnośląskiego [Functioning of water reservoirs and the course of limnic processes at diverse anthropopressure conditions based on the Upper Silesia region]. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice, 172.
• Sojka, M., Korytowski, M., Jaskuła, J, Waligórski, B. (2017). Ocena podatności na degradację zbiornika retencyjnego Przebędowo [Assessment of susceptibility to degradation in the Przebędowo retention reservoir]. Inżynieria Ekologiczna, 5, 118-125.
• Szczykowska, J., Siemieniuk, A. (2011). Znaczenie zbiorników retencyjnych na terenach rolniczych oraz jakość ich wód. [Meaning retention reservoirs at agricultural land and their water quality]. Inzynieria Ekologiczna, 26, 103-111.
• Traczewska, T.M. (2012). Problemy ekologiczne zbiorników retencyjnych w aspekcie ich wielofunkcyjności [Ecological problems of retention reservoirs in view of their multiple functions]. Materiały na Sympozjum Europejskie pt.: „Współczesne problemy ochrony przeciwpowodziowej”, 1-8.
• Wereski, S., Pawelec, W., Sasim, M. (2017). Biuletyn Państwowej Służby Hydrologiczno-Meteorologicznej, 10(186), Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, 34.
• Wibig, J. (2012). Warunki wilgotnościowe w Polsce w świetle wskaźnika standaryzowanego klimatycznego bilansu wodnego [Moisture conditions in Poland in view of the standardised climatic water balance index]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, 12.2(38), 329-340.
• Wojtuszewska, K. (2007). Dynamika zmian stanu wód powierzchniowych i podziemnych w rejonie zbiorników wodnych Solina-Myczkowce [Dynamics of changes in the condition of surface and underground waters in the area of Solina-Myczkowce reservoirs].Gospodarka surowcami mineralnymi, 23(3), 119-134.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).