Influence of Restored External Spoil Tip of a Lignite Mine on the Discharge in a Cross-Border Watercourse (PL−CZ)

• Autorzy: Wojarnik Krzysztof , Iwaniak Edward , Wiatkowski Mirosław , Czamara Włodzimierz

Warianty tytułu

PL

Wpływ zrekultowywanego zwałowiska zewnętrznego kopalni węgla brunatnego na wielkości przepływów w cieku transgranicznym (PL−CZ)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article presents a novel method for the assessment of the influence of a restored external spoil tip in "Turów" Lignite Mine (Poland) on the discharge in the cross border watercourse called in Poland Bezimienny Potok and in the Czech Republic – Minovickỳ Potok. Moreover, possible flood protection needs of the areas below the spoil tip in the Czech Republic (below the Tank No. 4) are indicated. In the investigated area, after the spoil tip had been formed, restoration work was carried out, i.e. a forest was planted on it. This restoration work, combined with the surface drainage structures, helped to reduce the rate of surface runoff. This, in turn, reduced the flood risk, since the high water culmination and the frequency of flood events were reduced. The hydrological and hydraulic calculations of the watercourse channel and hydro-technical structures' flow capacity indicate that the creation of the external spoil tip followed by the restoration work and the system of hydro-technical devices do not adversely affect the hydrological regime in the Bezimienny Potok catchment area, near the village of Minkovice in the Czech Republic. The forests planted as part of the restoration work play a significant role in reducing the high water culmination and the frequency of flood events. These forests cover the entire surface of the spoil tip and slow down the runoff of water. Moreover, it was confirmed that alternative solutions based on reservoirs – waste ponds located in the Bezimienny Potok catchment area – will improve the flood protection of the areas located in the Czech Republic (thanks to their storage capacity and provided that appropriate water management is ensured). The main stages of the method used for the assessment of the influence of the external spoil tip of "Turów" Lignite Mine on the discharge in the investigated cross-border watercourse are explained by means of the calculation of maximum discharge with a given probability of exceedance by the Wołoszyn's method used in Poland in the Lower Silesia region. This method accounts for the intensity of rainfall. Moreover, in order to determine the retention capacity of the investigated watercourse catchment area, the reduction of high water discharge (Q_1% and Q_10%) was calculated in the profiles of the sedimentation tanks, based on the reproduced hydrograph of the flood wave and with the assumption that the time required for the flood wave to go down t_o equals twice the time of concentration t_k (t_o = 2t_k). The sedimentation tanks' useful capacities were used to calculate the reduced discharge Q_1%reduced and Q_10%reduced. These values were added to the design flows for the sedimentation tanks located below, with the assumption that the swell waves coincide (the most unfavourable case). The calculation of probable discharges was carried out using the Kaczmarek's method (adopted in Poland) and using the maximum likelihood method. The methodology presented has been developed for the purpose of operation of the lignite waste external spoil tip in Turów (South-West of Poland, on the border with the Czech Republic). The main assumptions and implementation rules are universal and may be used for other sites of this kind.

PL

W pracy zaprezentowano nowatorską metodę oceny wpływu zrekultywowanego zwałowiska zewnętrznego, znajdującego się w Kopalni Węgla Brunatnego „Turów” (Polska) na wielkości przepływów w cieku transgranicznym o nazwie Potok Bezimienny – Minovickỳ Potok (Republika Czeska). Ponadto wskazano na ewentualne potrzeby w zakresie ochrony przeciwpowodziowej terenów położonych poniżej zwałowiska na terenie Republiki Czeskiej (poniżej Zbiornika nr 4). Na omawianym obszarze po zakończeniu formowania zwałowiska prowadzono zabiegi rekultywacyjne, które polegały na zalesianiu. Przeprowadzone prace rekultywacyjne i wykonane urządzenia odwodnienia powierzchniowego przyczyniły się do zmniejszenia natężenia spływu powierzchniowego. To spowodowało zmniejszenie zagrożenia powodziowego poprzez zmniejszenie kulminacji wielkich wód i ograniczenie częstotliwości wezbrań. Wykonane w pracy obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne przepustowości koryta cieku i budowli wodnych wskazują na to, że budowa zwałowiska zewnętrznego wraz z wykonaną rekultywacją i systemem urządzeń hydrotechnicznych nie wpływa ujemnie na reżim hydrologiczny w zlewni Potoku Bezimiennego w obrębie miejscowości Minkovice w Republice Czeskiej. Dużą rolę w zmniejszeniu kulminacji wielkich wód i ograniczeniu częstotliwości wezbrań pełnią powstałe w wyniku rekultywacji obszary leśne, obejmujące całą powierzchnię zwałowiska, które opóźniają spływ wody. Wyniki badań potwierdziły, że alternatywne rozwiązania wykorzystujące zastosowanie zbiorników wodnych – osadników zlokalizowanych w zlewni Potoku Bezimiennego, poprzez utworzoną pojemność retencyjną i przy właściwie prowadzonej gospodarce wodnej, wpłyną na poprawę ochrony przed powodzią terenów położonych w Republice Czeskiej. Główne etapy stosowanej metody oceny wpływu zwałowiska zewnętrznego kopalni węgla brunatnego „Turów” na wielkości przepływów w cieku transgranicznym wyjaśnione zostały za pomocą obliczeń przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia metodą Wołoszyna stosowaną w Polsce w regionie Dolnego Śląska, uwzględniającą natężenie deszczu. Ponadto w celu określenia zdolności retencyjnej zlewni rozpatrywanego cieku, w przekrojach zbiorników-osadników przeprowadzono obliczenia redukcji przepływów wielkich wód (Q_1% i Q_10%), opartej na odwzorowanym hydrogramie fali wezbraniowej, przy założeniu, że czas opadania fali to jest równy 2-krotności czasu koncentracji t_k (t_o = 2t_k). Pojemności użytkowe zbiorników-osadników posłużyły do obliczenia zredukowanego przepływu Q_1%reduced i Q_10%reduced, o które następnie zostały powiększone przepływy miarodajne dla osadników położonych poniżej, przy założeniu, że szczyty fal nakładają się na siebie (wariant niekorzystny). Wykonane w pracy obliczenia przepływów prawdopodobnych wykonano obowiązującą w Polsce metodą Kaczmarka oraz dodatkowo metodą największej wiarygodności. Przedstawiona metodyka została opracowana na potrzeby eksploatacji zwałowiska zewnętrznego kopalni Turów (południowo-zachodnia Polska, przy granicy z Czechami). Główne założenia i zasady realizacji prac mają charakter uniwersalny i mogą być wykorzystywane na innych tego typu obiektach.

Słowa kluczowe

EN

open-cast mining; borrow pit management; spoil tip management; river network; hydrological calculations; hydraulic calculations; Wołoszyn’s method; Kaczmarek’s method; cross-border catchment

PL

górnictwo odkrywkowe; zagospodarowanie wyrobiska; zagospodarowanie zwałowiska; sieć rzeczna; obliczenia hydrologiczne; obliczenia hydrauliczne; metoda Wołoszyna; metoda Kaczmarka; zlewnia transgraniczna

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 343--363
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wojarnik Krzysztof

• Hydro Engineering Lab, Wysoka, Poland

autor

Iwaniak Edward

• Hydro Engineering Lab, Wysoka, Poland

autor

Wiatkowski Mirosław

• Wrocław University of Environmental Life Sciences, Poland

autor

Czamara Włodzimierz

• Wrocław University of Environmental Life Sciences, Poland

Bibliografia

• 1. Banasik, K., Byczkowski, A., Hejduk, L. Gładecki, J. (2012). Estimation of probable flood flows in small catchments with the use of direct (statistical) and indirect methods. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie Water-Environment-Rural Areas, (VIIIX), 12, 3(39), 17-26.
• 2. Bender, J. (1995). Rekultywacja terenów pogórniczych w Polsce. Zesz. Probl. Postęp. Nauk Rol. 418, 142-152.
• 3. Czamara, W., Krężel, J. (1983). Przewodnik do ćwiczeń z hydrologii, Wyd. AkademiiRolniczej we Wrocławiu, Wrocław.
• 4. Czamara, W., Rosik-Dulewska, Cz., Lipka, R., Wiatkowski, M. (2009). Analysis of FloodRisk in Piotrówka River Catchment. Rocznik Ochrona Środowiska, 11, 945-958.
• 5. Dimitrijevic, B., Vujic, S., Matic, I., Majianac, S., Praštalo, J., Radosavljevic, M., Čolakovic,V., (2014) Multi-Criterion Analysis of Land Reclamation Methods atKlenovnik Open Pit Mine, Kostolac Coal Basin. Journal of Mining Science, 50(2), 319-325.
• 6. Galiniak, G., Różkowski, K., Bednarczyk, S., Pawlicka, K. (2015). Mining and environment protection – ”Sieniawa” brown coal mine. Przegląd Górniczy, 9, 77-84.
• 7. Kasztelewicz, Z., Kozioł, K., Klich, J. (2007a). Rekultywacja terenów poeksploatacyjnych w kopalniach węgla brunatnego w Polsce. Górnictwo i Geoinżynieria, 31(2), 295-307.
• 8. Kasztelewicz, Z., Kozioł, K., Klich, J. (2007b). Wegiel brunatny – optymalna oferta energetyczna dla Polski w XXI wieku. Górnictwo i Geoinżynieria, 31(2), 309-318.
• 9. Kocher M, Sander F., Herbst F. (2009). Die Braunkohlefolgelandschaft in Sachsen und ihre Integration in das natürliche Gewässersystem. Wasser und Abfall 9, 10-17.
• 10. Kołodziejczyk, U., Hudak, M., Asani, A. (2007). The litological variability of ground in the chosen investigation's profiles whithim of anthropogenic lake in Łęknica region. Zesz. Nauk. Uniw. Zielonogórskiego, Inżynieria Środowiska, 133(13), 241-250.
• 11. Metodyka obliczania przepływów i opadów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia dla zlewni kontrolowanych i niekontrolowanych oraz identyfikacji modeli transformacji opadu w odpływ. Stowarzyszenie Hydrologów Polskich, Warszawa 2009.
• 12. Miler, A. T. (2015). Small water retention in Polish lowland forest. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Infrastructure And Ecology of Rural Areas, IV/1/2015, 979-992. DOI: http://dx.medra.org/10.14597/infraeco.2015.4.1.078.
• 13. Mioduszewski, W. (2016). The innovation method of increasing of water retention. [in:] Innovative methods of water resources management in agriculture. Wyd. Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie, 11-26.
• 14. Oparin, V.N., Cheskidov, V.I., Bobyl’sky, A.S. et al. (2012). The sound subsoil management in surface coal mining in terms of the Kansk-Achinsk coal basin. J Min Sci 48: 585. https://doi.org/10.1134/S1062739148030239. Journal of Mining Science, 48(3), 585-594.
• 15. Opracowanie Ekofizjograficzne dla Województwa Dolnośląskiego, Wrocław 2005.
• 16. Prace pomiarowo-badawcze na posterunkach obserwacyjnych, usytuowanych na rowach i ciekach zbierających i odprowadzających wody ze zwałowiska zewnętrznego
• 17. Rehor, M., Ondrácek, V. (2008). Methodology of Restoration Research in Czech Republic. World Academy of Science, Engineering and Technology. International Journal of Geological and Environmental Enineering, 3(8), 226-230.
• 18. Stachowski, P., Oliskiewicz-Krzywicka, A., Kozaczyk, P. (2013). Estimation of meteorological conditions in the area of postmining grounds of the Konin Region. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 1834-1861.
• 19. Stasik, R., Szafrański, Cz., Korytowski, M., Liberacki, D. (2011). Evaluation of Water Resources in a Small Forest Catchment in Wielkopolska Region. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 1679-1696.
• 20. Studium hydrologiczne Potoku Bezimiennego w przekroju granicy państwa, Towarzystwo Robót i Usług Lądowo-Wodnych TOREL Sp. z o.o., Zgorzelec 1995.
• 21. Szafrański, Cz., Stachowski, P., Kozaczyk, P. (2011). Actual Condition and Forecast of Improvement of Water Management is Soil of Post Mining Grounds. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 485-509.
• 22. Wałęga, A., Młyński, D. (2015). Verification of Punzet equation to calculate flood frequency in mountain and high land river in upper basin Vistula. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Infrastructure And Ecology of Rural Areas, IV/1, 873- 885. DOI: http://dx.medra.org/10.14597/infraeco.2015.4.1.070
• 23. Wiatkowski M., Rosik-Dulewska Cz., Kasperek R. (2015). Inflow of Pollutants to the Bukówka Drinking Water Reservoir from the Transboundary Bóbr River Basin. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, 316-336.and hydraulic analysis of a small lowland watercourse flow capacity and its functioning in the region of Silesian Lowlands in the context of rainfall water management. Annals of Warsaw University of Life Sciences– SGGW. Land Reclamation, 49(3), 153-166. DOI: 10.1515/sggw-2017-0013.
• 25. Wojarnik, K., Iwaniak, E. (2009). Ekspertyza hydrologiczna zlewni Potoku Bezimiennego, Towarzystwo Robót i Usług Lądowo-Wodnych TOREL Sp. z o.o., Zgorzelec.
• 26. Wojewódzki Program Ochrony Środowiska Województwa Dolnośląskiego (WPOŚWD) na lata 2008-2011 z uwzględnieniem lat 2012-2015. bip.umwd.dolnyslask.pl/ plik,id,2141, Wrocław 2008.
• 27. Wołoszyn, J. (1967). Transponowanie natężenia i czasu trwania deszczu ze stacji centralnej do rejonów nie zbadanych na Dolnym Śląsku, Gospodarka Wodna, 3.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).