Susze hydrologiczne w zlewni przekształconej antropogenicznie na przykładzie Szotkówki w profilu Gołkowice

• Autorzy: Krasowski, Wojciech

Warianty tytułu

EN

Hydrological droughts in the anthropologically transformed catchment basin - the Szotkówka River in the Gołkowice profile example

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecność człowieka w środowisku geograficznym wiąże się nierozłącznie z jego wpływem na przebieg zjawisk przyrodniczych. W odniesieniu do zlewni antropopresja sprowadza się zwykle do różnych form korzystania z wód, zarówno powierzchniowych, jak i podziemnych. Presja na ich ilość oraz jakość zmienia się w przestrzeni i czasie. W artykule scharakteryzowano susze hydrologiczne w zlewni przekształconej antropogenicznie na przykładzie Szotkówki w Gołkowicach w latach 1963-2021. W rejonie zlewni znajdują się kopalnie węgla kamiennego Rybnickiego Okręgu Węglowego. Wody dołowe odprowadzane są do wód powierzchniowych. Jako przepływ graniczny niżówki hydrologicznej, będącej wskaźnikiem suszy hydrologicznej, przyjęto przepływ Q₇₀, z krzywej sum czasów trwania przepływów wraz z wyższymi, obliczony dla lat 2009-2021, tj. dla okresu o potencjalnie najmniejszym antropogenicznym obciążeniu wód powierzchniowych. Do wydzielania zdarzeń niezależnych wybrano algorytm SPA (ang. Sequent Peak Algorithm). Przeanalizowano zmiany wybranych parametrów niżówek, w tym: czasu trwania, początku i końca niżówek, czasu wystąpienia i wielkości przepływu minimalnego oraz średniego niżówek, a także głębokości niedoboru niżówkowego. Porównano przebieg dwóch wskaźników: suszy meteorologicznej reprezentowanej przez standaryzowany wskaźnik opadów (SPI) oraz hydrologicznej reprezentowanej przez standaryzowany wskaźnik odpływu (SRI). SPI wyznaczono dla miesięcznych wartości sum opadów atmosferycznych na stacji Jablunkov, zlokalizowanej po czeskiej stronie zlewni Olzy, oraz stacji Warszowice, zlokalizowanej w sąsiedztwie zlewni Szotkówki. SRI obliczono na podstawie miesięcznych wartości odpływów ze stacji hydrologicznych Cieszyn na Olzie i Gołkowice na Szotkówce.

EN

Presence of humans in the geographical environment is intrinsically related to their impact on the course of natural phenomena. With regard to the catchment basin, the anthropopressure usually consists in different forms of use of both underground and surface waters. The pressure on their quantity and quality varies in time and space. The article contains a characteristic of hydrological droughts in the anthropologically transformed catchment area, using the example of the Szotkówka River in Gołkowice in the years 1963-2021. The catchment basin includes hard coal mines of the Rybnik Mining District. Underground water from the shafts is discharged to surface waters. As a limit low-water flow being an indicator of hydrological drought the authors adopted the Q₇₀, flow from the flow duration sum curve with higher, calculated for the years 2009-2021, i.e. the period of the potentially lowest anthropogenic pressure on surface waters. The SPA (Sequent Peak Algorithm) was selected to separate independent events. Changes in selected low-water period parameters were analysed, including: duration, beginning and end of the low-water period, time of occurrence and the minimum and medium flow volume in the low-water period as well as the depth of low-water shortage. The course of two indicators was compared: meteorological drought represented by the standardized precipitation index (SPI) and hydrological drought represented by the standardized runoff index (SRI); SPI was determined for the monthly value of precipitation sums in the Jablunkov station, located on the Czech side of the Olza River catchment area and the Warszowice station located near the Szotkówka River basin. SRI was calculated based on the monthly values of runoffs from the hydrological stations Cieszyn on the Olza River and Gołkowice on the Szotkówka River.

Słowa kluczowe

PL

niżówka hydrologiczna; przepływ graniczny Q70; SPI; SRI; SPA; antropopresja; wody kopalniane

EN

low-water period; Q70 limit flow; SPI; SRI; SPA; anthropopressure; mining waters

• Czasopismo: Gospodarka Wodna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 4
• Strony: 17--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 60 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krasowski, Wojciech

• Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - Państwowy Instytut Badawczy, ul. Podleśna 61, 01-673 Warszawa, Polska,

Bibliografia

• [1] Absalon D. 2008. Rzeki na obszarze GZM. W: Dulias R., Hibszer A. (red.) Górnośląski Związek Metropolitalny, 56-70. Sosnowiec: PTG Oddział Katowicki.
• [2] AghaKouchak A., Feldman D., Hoerling M., Huxman T., Lund J. 2015. „Water and climate: Recognize anthropogenic drought”. Nature News 524(7566): 409.
• [3] AshaKouchak A., Mirchi A., Madani K., Di Baldassarre G., Nazemi A, Alborzi A, Wanders N. 2021. „Anthropogenic Drought: Definition, Challenges, and Opportunities”. Reviews of Geophysics 59(2): e2019RG000683.
• [4] Bank Danych Lokalnych GUS. https://bdl.stat.gov.pl/.
• [5] Baran-Gurgul K. 2021. Przestrzenno-czasowa analiza ryzyka wystąpienia niżówek maksymalnych w prawobrzeżnej części zlewni górnej Wisły. Warszawa: Polska Akademia Nauk.
• [6] Brunner M.I. 2021. „Reservoir regulation affects droughts and floods at local and regional scales”. Environ. Res. Lett. 16: 124016.
• [7] CHMI. 2022. https://www.chmi.cz/historicka-data/pocasi/denni-data/Dennidata-dle-z.-123-1998-Sb [dostęp: 2610.2022].
• [8] Ciupa T., Suligowski R., Wiatkowski M. 2016. „Wpływ zrzutów wód z planowanej kopalni wapieni na Przedgórzu Iłżeckim na przepływ w ciekach od V do II rzędu”. Rocznik Ochrona Środowiska 18: 325-335.
• [9] Fan L., Hongrui W., Zhiping L., Na L. 2018. „Quantifying the Relationship between Drought and Water Scarcity Using Copulas: Case Study of Beijing-Tianjin-Hebei Metropolitan Areas in China”. Water 10(11): 1622.
• [10] Fundacja Kopalń Zlikwidowanych w Rybnickim Okręgu Węglowym. https://fkzrow.pl/p/historia_row [dostęp: 26.10.2022].
• [11] Grifhths J., Booker D. 2019. Representing influence of dams on river flows. Raport na zlecenie Ministerstwa Środowiska Nowej Zelandii.
• [12] Grecksch K., Landström C. 2021. „Drought and Water Scarcity Management Policy in England and Wales - Current Failings and the Potential of Civic Innovation. Front. Environ. Sci. 9: 574975.
• [13] GUS. 2021. „Rocznik Statystyczny Przemysłu”.
• [14] GUS. 2021. „Ochrona środowiska”.
• [15] Harat A., Grmela A. 2008. „Wpływ wód kopalnianych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na zmiany jakości wody w rzece Olza w latach 2000-2007” (Impact of mine water from The Upper Silesian Coal Basin areas on change quality ofwater in Olza river in years 2000-2007). Monitoring Środowiska Przyrodniczego (9): 57-62.
• [16] Jabłońska B. 2006. „Wpływ wód dołowych odprowadzonych z Kopalni Węgla Kamiennego „Ziemowit” na jakość wody w Potoku Goławieckim”. Ochrona Środowiska 28(3): 29-33.
• [17] Jakubowski W. 1997. „Rozkłady niżówki - program komputerowy”.
• [18] Janson E. 2008. „Wpływ zatapiania i odwadniania zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego na środowisko zlewni Przemszy”. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo 285(1780): 105-115.
• [19] Jehanzaibi M., Shah S.A., Kwon H.-H., Kim T.-W. 2020. „Investigating the influence of natural events and anthropogenic activities on hydrological drought in South Korea”. Terr. Atmos. Ocean. Sci. 31(1): 85-96.
• [20] Jokiel P. 1987. „Proces wysychania zlewni i jego fizjograficzne uwarunkowania”. Acta Geogr. Lodz. 56: 134.
• [21] Jokiel P. 2018. „Wpływ antropopresji na zmiany przepływu Neru w przekroju Dąbie”. Prace i Studia Geograficzne 63.3: 103-118.
• [22] Kantor-Pietraga I., Krzysztofik R. 2011. „Jastrzębie Zdrój. Od wsi uzdrowiskowej do miasta-blokowiska”. Acta Universitatis Lodziensis. Folia Geographica Socio-oeconomica 11: 255-267.
• [23] Kasperek R., Wiatkowski M., Rosik-Dulewska C. 2015. „Investigations of hydrological regime changes in an area adjacent to a mine of rock raw materials". Rocznik Ochrona Środowiska 17: 256-274.
• [24] Kasztelewicz Z., Ptak M., Patyk M., Sikora M. 2015. „Dylematy polskiego górnictwa podziemnego u progu 2015 roku”. Przegląd Górniczy 4: 8-21.
• [25] Kondracki J. 2022. „Geografia regionalna Polski”. Warszawa: PWN.
• [26] Kwaśny Z. 1983. Rozwój przemysłu na Górnym Śląsku w pierwszej połowie XIX wieku. Seria Acta Universitatis Wratislaviensis No 570. Wrocław: Wyd. UWr.
• [27] Li Z., Huang S., Zhou S., Leng G., Liu D., Huang Q., Wang H., Han Z., Liang H. 2021. „Clarifying the Propagation Dynamics from Meteorological to Hydrological Drought Induced by Climate Change and Direct Human Activities”. Journal of Hydrometeorology 22: 2359-2378.
• [28] Liu Y., Ren L., Zhu Y., Yang X. Yuan F., Jiang S., Ma S. 2016. „Evolution of Hydrological Drought in Human Disturbed Areas: A Case Study in the Laohahe Catchment, Northern China”. Advances in Meteorology 2016: 5102568.
• [29] Mapa Podziału Hydrograficznego Polski w Skali 1:10 000 (v16). 2021.
• [30] Matysik M. 2018. Wpływ zrzutów wód kopalnianych na odpływ rzek Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego.
• [31] Miernik W., Młyński D., Wałęga A., Chmielowski K., Karwacki P. 2016. „Wpływ ścieków oczyszczonych na oczyszczalni w Myślenicach na jakość wód ich odbiornika”. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich I/1/2016: 191-207.
• [32] Mix K., Groeger A.W., Lopes V.L. 2016. „Impacts of dam construction on streamflows during drought periods in the Upper Colorado River Basin, Texas” Lakes and Reservoirs: Research and Management 21: 329-337.
• [33] Motyka J., Czop M., Jończyk W., Stachowicz Z., Jończyk I., Martyniak R. 2007. „Wpływ głębokiej eksploatacji węgla brunatnego na zmiany środowiska wodnego w rejonie kopalni Bełchatów”. Górnictwo i Geoinżynieria 31(2): 477-487.
• [34] Natermann E. 1958. Der Wasserhauhalt des oberen Emsgebiet nach dem Au Linien Verfahren. Hannover.
• [35] Orke Y.A, Li M.-H. 2022. „Impact of Climate Change on Hydrometeorology and Droushts in the Bilate Watershed, Ethiopia”. Water 14: 729.
• [36] Phung D., Nguyen-Huy T., Tran N.N., Tran D.N., Doan V.Q, Nghiem S., Nguyen N.N., Nguyen T.H., Bennet T. 2021. „Hydropower dams, river drought and health effects: A detection and attribution study in the lower Mekong Delta Region". Climate Risk Management 32: 100280.
• [37] Program małej retencji dla Województwa Śląskiego - aktualizacja 2016.
• [38] Radczuk L. 2008. Modelowanie suszy. W Modelowanie procesów hydrologicznych w dorzeczu górnej i środkowej Odry. Współczesne problemy inżynierii środowiska VIII, 67-82. Wyd. UP we Wrocławiu.
• [39] Rangecroft S., Van Loon A.F., Maureira H., Verbist K. Hannah D.M. 2019. „An observation-based method to quantify the human influence on hydrological drought: upstream-downstream comparison”. Hydrological Sciences Journal 64(3): 276-287.
• [40] Sarwar A.N., Waseem M., Azam M., Abbas A, Ahmad I., Lee J.E., Haq F.U. 2022. „Shifting of Meteorological to Hydrological Drought Risk at Regional Scale”. Appl. Sci. 12: 5560.
• [41] Smoliński A. 2006. „Gospodarka zasolonymi wodami kopalnianymi". Prace Naukowe GIG. Górnictwo i środowisko (1): 5-15.
• [42] Solon J. i in. 2018. „Physico-geographical mesoregions of Poland: verification and adjustment of boundaries on the basis of contemporary data”. Geographia Polonica 91(2): 143-170.
• [43] Sojka M., Jaskuła J., Wielgosz I. 2017. „Drought risk assessment in the Kopel river basin”. Journal of Ecological Engineering 18(6): 134-141.
• [44] Strozik G. 2017. „Bilans i kierunki utylizacji słonych wód kopalnianych z czynnych i zlikwidowanych kopalń węgla kamiennego z uwzględnieniem ich zagospodarowania w podziemnych technologiach górniczych”. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk 98: 199-210.
• [45] Uchwała Nr XV.149.2020 Rady Miasta Jastrzębie-Zdrój z dnia 8 grudnia 2020 r. w sprawie wyznaczenia obszaru i granic Aglomeracji Jastrzębie-Zdrój.
• [46] Ujda K. (red.). 1969. Wodowskazy na rzekach Polski. Część I: Wodowskazy w dorzeczu Odry i na rzekach Przymorza między Odrą i Wisłą. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
• [47] Tabrizi A.A., Khalili D., Kamgar-Haghighi A.A., Zand-Parsa S. 2010. „Utilization of Time-Based Meteorological Droughts to Investigate Occurrence of Streamflow Droughts”. Water Resour. Manag. 24: 4287-4306.
• [48] Tallaksen L.M., Van Lanen H.A.J. 2004. Hydrological Drought. Processes And Estimation Methods For Streamflow And Groundwater. Elsevier. Developments In Water Science.
• [49] Tijdeman E., Barker L.J., Svoboda M.D., Stahl K. 2018. „Natural and Human Influences on the Link Between Meteorological and Hydrological Drought Indices for a Large Set of Catchments in the Contiguous United States”. Water Resources Research 54: 6005-6023.
• [50] Tomaszewski E. 2014. „Dynamika niedoborów odpływu niżówkowego w rzekach poddanych silnej antropopresji”. W Ciupa T., Suligowski R. (red.) Woda w mieście. Monografie Komisji Hydrologicznej PTG - tom 2, 289-300. Kielce: Instytut Geografii, Uniwersytet im. Jana Kochanowskiego.
• [51] Tomaszewski E., Kozek M. 2018. „Selected characteristics of hydrological drought progression in the upper Warta river catchment". Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus 17(3): 77-87.
• [52] Tokarczyk T. i in. 2007. Zasoby wodne województwa dolnośląskiego w okresach suszy. Mat. Konf. 4. Międzynarodowej Konferencji „Ochrona i Rekultywacja Terenów Dorzecza Odry: Rekultywacja terenów zdegradowanych”. Zielona Góra 28-29.06.2007.
• [53] Tokarczyk T. 2010. Niżówka jako wskaźnik suszy hydrologicznej. Warszawa: IMGW.
• [54] Tokarczyk T. 2013. „Classification of low flow and hydrological drought for a river basin”. Acta Geophysica 61(2): 404-421.
• [55] Van Loon A.F., Rangercroft S., Coxon G., Werner M., Wanders N., Di Baldassarre G., Tijdeman E., Bosman M., Gleeson T., Nauditt A., Azhakouchak A., Breña-Naranjo J.A, Cenobio-Cruz O., Costa A.C., Fendekova M., Jewitt G., Kingston D.G., Loft J., Mager S.M., Van Ogtrop F., Verbist K., Vidal J.P., Wen L., Yu M. Yuan X., Zhang M., Van Lanen H.A. J. 2022. „Streamflow droughts aggravated by human activities despite management”. Environ. Res. Lett. 17(4): 044059.
• [56] Van Loon A.F., Van Lanen H.A.J. 2013. „Making the distinction between water scarcity and drought using an observation-modeling framework”. Water Resour. Res. 49: 1483-1502.
• [57] Van Loon A.F., Van Lanen H.A.J. 2015. „Testing the observation-modelling framework to distinguish between hydrological drought and water scarcity in case studies around Europe”. European Water 49: 65-75.
• [58] Van Oel P.R., Martins E.S.P.R., Costa A.C. 2017. „The effect of reservoir networks on drought propagation”. European Water 60: 287-292.
• [59] Wachowiak G., Galiniak G., Jończyk W., Martyniak R. 2011. „Ocena zmian odpływu w zlewni rzeki Widawki w roku hydrologicznym 2010 pod wpływem oddziaływania inwestycji górniczo-energetycznej w rejonie Bełchatowa”. Górnictwo i Geoinżynieria 35(3): 381-395.
• [60] Wang M., Jiang S., Ren L., Xu Ch-Y., Menzel L., Yuan F., Xe Q, Liu Y., Yang X. 2021. „Separating the effects of climate change and human activities on drought propagation via a natural and human-impacted catchment comparison method". Journal of Hydrology 603(Part A): 126913.

Uwagi

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).

Identyfikatory

DOI

10.15199/22.2023.4.2