Monitoring i ocena efektywności funkcjonowania przepławki dla ryb powstałej po przebudowie jazu piętrzącego na rzece San w km

Transkrypt

1 Monitoring i ocena efektywności funkcjonowania przepławki dla ryb powstałej po przebudowie jazu piętrzącego na rzece San w km Zamawiający: Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji Sp. z o.o. ul. Rokitniańska Przemyśl Wykonawca: Pectore- Eco Sp. z o.o. Al. Przyjaźni 7/ Gliwice Gliwice czerwiec 2015

2 Skład autorski - Monitoring Hydrauliczny: prof. dr hab. inż. Wojciech Bartnik prof. dr hab. inż. Marian Mokwa dr hab. inż. Leszek Książek dr inż. Mateusz Strutyński dr inż. Maciej Wyrębek dr inż. Jacek Florek mgr inż. Małgorzata Leja mgr inż. Agnieszka Hawryło mgr inż. Krzysztof Tarnawski Skład autorski - Monitoring Biologiczny: prof. dr hab. inż. Włodzimierz Popek dr inż. Paweł Szczerbik mgr inż. Artur Klaczak mgr inż. Jakub Popek mgr inż. Michał Nowak 2

3 Spis treści Część I monitoring hydrauliczny Wstęp Metodyka pomiarów Wyniki pomiarów Pomiary geodezyjne Pomiary prędkości Pomiary intensywności turbulencji Pomiary morfologii koryta i przepływu wody Stanowisko górne Stanowisko dolne Podsumowanie Literatura Spis rysunków Spis tabel Część II monitoring biologiczny Wstęp Metodyka badań Wyniki badań Gatunki ryb pozyskane w czasie wszystkich odłowów Wyniki badań poniżej przeszkody Wyniki badań w obrębie bystrotoku Wyniki badań powyżej przeszkody Wyniki połowów za pomocą przestawy rzecznej Podsumowanie Literatura Spis rysunków Spis tabel WNIOSKI KOŃCOWE

4 Część I monitoring hydrauliczny 1. Wstęp Ocena hydraulicznego zróżnicowania warunków przepływu wody w przepławce obejmuje: - pomiar prędkości wody w miejscach krytycznych, - pomiar pulsacji prędkości w miejscach krytycznych, - ocenę efektywności działania przepławki uwzględniającą hydrauliczne zróżnicowanie warunków przepływu wody na stanowisku dolnym i górnym w różnych warunkach hydraulicznych. Aby zrealizować wyżej wymienione zadania przeprowadzono pomiary: - geodezyjne profilu zwierciadła wody oraz profilu dna przepławki ryglowej oraz bystrza kamiennego, - hydrometryczne prędkości przepływu wody oraz intensywności turbulencji w przepławce ryglowej oraz na bystrzu kamiennym, - pomiar wielkości prądu wabiącego na stanowisku dolnym oraz prędkości wody dopływającej do jazu. Celem monitoringu hydraulicznego funkcjonowania przepławki dla ryb jest: - sprawdzenie czy przekroczone zostały krytyczne wartości prędkości przepływu wody przez przepławkę dla poszczególnych gatunków ryb - sprawdzenie czy zostały spełnione warunki migracji i bezpieczeństwa ryb w przepławce tj. czy są zapewnione minimalne głębokości wody zarówno w szczelinach jak i basenach spoczynkowych - ocena prądu wabiącego dla przepławki na całej szerokości koryta cieku. Zasadniczą funkcją jaką musi spełniać przepławka jest umożliwienie rybom i innym organizmom wodnym wędrówki, przede wszystkim wstępującej tj. w górę cieku, przez przegrodzenie koryta rzecznego. Poprawnie działająca przepławka będzie wówczas, jeżeli będą spełnione warunki określane jako kryteria stabilności biologicznej [Wiśniewolski 2011]: - kryterium prądu wabiącego, - kryterium prędkości granicznych, - kryterium dopuszczalnego napełnienia w przepławce i wielkości basenów, - kryterium współczynnika rozproszenia energii w basenach, - kryterium dopuszczalnej wielkości strat przy przepływie wody przez rygiel. Niespełnienie jednego z powyższych kryteriów nich może powodować trudności w migracji dla poszczególnych gatunków ryb. Wartości graniczne poszczególnych kryteriów uzależnione są od gatunku ryb, ich środowiska bytowania, wielkości i stadium rozwoju. Podczas migracji ryby poruszające się w górę rzeki z reguły trzymają się nurtu głównego. Prędkość wody wypływającej z przepławki powinna być większa od prędkości nurtu głównego o ok. 0,20-0,30 ms -1. 4

5 Prędkość wody wewnątrz przepławki powinna być mniejsza od prędkości użytecznej dla danego gatunku ryb. Basen przepławki powinien być tak zaprojektowany aby występowała tam mniejsza prędkość wody i strefy cienia, w których ryby mogą odpocząć przed pokonaniem następnej przeszkody [Wiśniewolski 2011; Technical Supplement 14N 2007]. Rysunek 1 Rozmiary ryb i prędkości prądu wody pokonywane przez poszczególne gatunki ryb [Epler i in. 2011]. Kryterium dopuszczalnej wielkości strat przy przepływie przez rygiel przepławki ryglowej związane jest z granicznymi prędkościami wody. Prędkości te liczone są dla warunku swobodnego grawitacyjnego przepływu odpowiadającego różnicy poziomów zwierciadeł wody występującej pomiędzy sąsiednimi basenami (Tabela 1) Tabela 1 Dopuszczalne różnice poziomów zwierciadeł wody w basenach przepławki ryglowej i graniczne prędkości wody [Wiśniewolski 2011] Δh [m] vmax [ms -1 ] ryby łososiowate 0,20 1,98 reofilne ryby karpiowate 0,11 1,47 pozostałe gatunki i ryby młode 0,05 0,99 5

6 Przejścia dla ryb zlokalizowane na Sanie w Przemyślu składają się z przepławki ryglowej zaprojektowanej w miejscu dawnego kanału drzewnego oraz z przepławki w formie bystrza kamiennego. Przepławka ryglowa jest formą połączenia przepławek bliskich naturze z przepławkami technicznymi. Łączy ona zalety obu rozwiązań: hydrauliczne warunki przepływu wody podobne do tych w naturalnym strumieniu górskim, wytworzone na dużo mniejszej powierzchni odpowiadającej przepławkom technicznym. W przepławce tej w korycie betonowym tworzy się sekwencję basenów odgrodzonych ryglami wykonanymi z naturalnego kamienia. W ryglu pomiędzy kamieniami zachowane są szczeliny różnej szerokości. Przepławka stosowana praktycznie przy wszystkich typach przegród. Szczególnie przydatna przy udrażnianiu istniejących przegród. Charakteryzuje się dobrym prądem wabiącym odnajdywanym przez ryby, dobrym samooczyszczaniem podczas wezbrań. Umożliwią dwukierunkową migrację wszystkich organizmów wodnych, w tym faunie dennej. Przepławka ryglowa jest szczególnie czuła na zmiany poziomu wody górnej. Dlatego na górnym stanowisku powinna być wykonana specjalna konstrukcja, tzw. sekcja sterująca dla regulacji przepływu wody. W przypadku stopnia wodnego w Przemyślu na Sanie, przy przepływach wyższych od SSQ, ryby powinny pokonywać piętrzenie przez bystrze kamienne. Rysunek 2 przedstawia schemat przepławki ryglowej. Wlot do przepławki ryglowej przedstawiono na Rysunku 3. Na Rysunku 4 przedstawiono górne stanowisko przepławki ryglowej oraz bystrza kamiennego; a na Rysunku 5 stanowisko dolne przepławki. Bystrze kamienne przedstawiono na Rysunku 6. Rysunek 2 Schemat przepławki ryglowej a) widok z góry, b) przekrój przez rygiel, c) profil podłużny [Wyrębek 2012] 6

7 Rysunek 3 Wlot do przepławki ryglowej, Przemyśl, rzeka San Rysunek 4 Górne stanowisko przepławki 7

8 Rysunek 5 Stanowisko dolne przepławki. Rysunek 6 Bystrze kamienne. 8

9 Drugą drogą migracji dla ryb jest przepławka w formie bystrza kamiennego przegradzającego koryto rzeki od przepustu dla kajaków na lewym brzegu, do koryta małej wody. Bystrotok kamienny z regularnie rozmieszczonymi głazami ustawionymi pionowo związanymi z podłożem stosowany jest przy piętrzeniach 3 5 m. Umożliwia dwukierunkową migrację wszystkich organizmów wodnych w tym fauny dennej. 9

10 2. Metodyka pomiarów Pomiary terenowe na rzece San w Przemyślu w km przeprowadzono w dniach: - 23 kwietnia 2015 r kwietnia 2015 r. - 6 maja 2015 r. - 8 maja 2015 r. Pomiary przeprowadzono na rzece San dla 3 różnych wartości przepływu różnicujących warunki przepływu wody przez przepławkę. W Tabeli 2 zestawiono wielkość przepływu w poszczególnych dniach pomiarowych [ Tabela 2 Przepływ wody na Sanie, wodowskaz Przemyśl (km ) Data pomiaru Przepływ [m 3 s -1 ] , , , ,1 Przepływ średni ze średnich rocznych przepływów dla rzeki San w Przemyślu (SSQ) wynosi 52,5 m 3 /s. Pomiary terenowe przeprowadzono zatem dla przepływów większych oraz mniejszych od SSQ. Pomiary geodezyjne przeprowadzono za pomocą tachimetru TOPCON, który umożliwia pomiar kątów poziomych, kątów pionowych oraz odległości. Punkty pomiarowe podczas każdej serii pomiarowej nawiązywane były do układu PUWG1992 za pomocą sieci reperów stałych wyznaczonych za pomocą urządzenia GPS RTK marki KOLIDA K9T. Siatkę reperów stałych na lewym oraz prawym brzegu wyznaczoną za pomocą GPS RTK zestawiono w Tabeli 3. Współrzędna X Tabela 3 Sieć reperów stałych wyznaczonych za pomocą GPS RTK na brzegu prawym i lewym. Brzeg prawy Współrzędna Y Rzędna Z [m n.p.m.] Współrzędna X Brzeg lewy Współrzędna Y Rzędna Z [m n.p.m.] , ,40 198, , ,31 198, , ,88 198, , ,74 201, , ,06 200, , ,96 202, , ,29 198, , ,11 202, , ,18 200, , ,74 198, , ,02 198, , ,55 198,238 10

11 Pomiary hydrometryczne prędkości przepływu wody w przepławce oraz na bystrzu kamiennym przeprowadzono za pomocą młynka elektromagnetycznego, który działa na zasadzie prawa Faradaya to znaczy, że przepływająca wokół głowicy przyrządu woda, indukuje w niej prąd o wartości proporcjonalnej do prędkości poruszającej się wody. Prąd ten jest mierzony w komputerze pomiarowym, a wynik jest wyświetlany wraz z miarami statystycznymi na ekranie przyrządu, zgodnie z zadanymi warunkami wstępnymi pomiaru. Wyniki uzyskane z młynka magnetohydrodynamicznego uzupełniają wyniki pomiaru prędkości przepływu wody za pomocą urządzenia Flow- Tracker działającego przy wykorzystaniu efektu Dopplera. Profile prędkości przepływającej wody wykonano w pionach hydrometrycznych zlokalizowanych w przepławce ryglowej oraz w bystrzu kamiennym na całej szerokości stopnia piętrzącego. Schemat wykonywanych pionów hydrometrycznych na bystrzu kamiennym przedstawiono na Rysunku 7. Każdemu pionowi hydrometrycznemu odpowiada pomiar geodezyjny w miejscu jego wykonania, dla dokładnego zlokalizowania pomiaru w przestrzeni. W każdym pionie hydrometrycznym wykonano pomiary dla napełnienia 0,2H; 0,4H; 0,6H oraz bezpośrednio poniżej zwierciadła wody. Rysunek 7 Lokalizacja pionów hydrometrycznych w bystrzu kamiennym Pomiary hydrometryczne przepływu wody przez przepławki przeprowadzono w pionach hydrometrycznych zlokalizowanych na bystrzu kamiennym oraz w przepławce ryglowej. W trakcie pomiarów w dniu 23 kwietnia 2015 r. przy przepływie wynoszącym 67,8 m 3 /s wykonano pomiar w 7 pionach hydrometrycznych w szczelinach i basenach spoczynkowych przepławki ryglowej oraz w 12 pionach hydrometrycznych na bystrzu kamiennym. W dniu 28 kwietnia 2015 r. oraz 6 maja 2015 r. w korycie rzeki San 11

12 występował ten sam przepływ 37,6 m 3 /s. W trakcie pomiarów wykonano pomiary w 14 pionach hydrometrycznych na bystrzu kamiennym. W trakcie pomiarów terenowych 8 maja 2015 r. przy przepływie 55,1 m 3 /s wykonano pomiary w 7 pionach hydrometrycznych w szczelinach oraz basenach przepławki ryglowej oraz w 10 pionach hydrometrycznych w bystrzu kamiennym. Łącznie w trakcie prowadzonych pomiarów terenowych wykonano 64 pomiarów prędkości przepływu wody w pionach hydrometrycznych zlokalizowanych w przepławce ryglowej oraz bystrzu kamiennym na całej szerokości budowli hydrotechnicznej. Całkowita ilość pomiarów prędkości przepływu wody w przepławce (ryglowej, bystrzu kamiennym) w poszczególnych pionach hydrometrycznych została przedstawiona w Tabeli 4. Tabela 4 Całkowita ilość pomiarów prędkości przepływu wody w przepławce (ryglowej i bystrzu kamiennym) Data pomiaru Przepływ [m 3 s -1 ] Ilość pionów hydrometrycznyc h , , , ,1 17 Pomiary pulsacji prędkości przeprowadzono za pomocą młynka elektromagnetycznego. Urządzenie to oblicza odchylenie standardowe pomiaru prędkości SD: Hydrauliczne warunki przepływu wody na stanowisku górnym i dolnym przepławki pomierzone zostały za pomocą przepływomierza akustycznego ADCP (Acoustic Dopler Current Proffiling). Urządzenie to składa się z sondy zintegrowanej z systemem GPS (Global Positioning System). Sonda wyposażona jest w 9 przetworników, które dokonują pomiaru prędkości, głębokości i przepływu. Pomiar trzech składowych prędkości dokonany jest przez 4 pary wiązek i jest oparty na efekcie Dopplera. Dodatkową zaletą sondy ADCP jest kompensacja komórek, których rozmiar jest dobierany w zależności od głębokości i warunków pomiarowych. Urządzenie rejestruje wszystkie pomiary w wewnętrznej pamięci, do których jest możliwy dostęp on-line. Zastosowane oprogramowanie pozwala na wizualizację wyników w formie tabelarycznej i graficznej. Aparatura pomiarowa River Surveyer M9 pozwoliła na wyznaczenie przekroi poprzecznych rzeki San poniżej i powyżej przepławki oraz pomiar prędkości przepływu wody. Sondę ADCP w trakcie pomiaru przedstawiono na Rysunku 8. 12

13 Rysunek 8 Sonda ADCP w trakcie pomiarów prędkości przepływu wody. Pomiary za pomocą sondy ADCP przeprowadzono na stanowisku górnym przepławki w dniu 23 kwietnia 2015 r., a na stanowisku dolnym przepławki w dniu 28 kwietnia 2015 r. oraz powtórzono 6 maja 2015 r. przy tym samym przepływie wody. Zestawienie ilości pasaży wykonanych za pomocą sondy ADCP przedstawiono w tabeli 5. Tabela 5 Ilość pasaży wykonanych za pomocą ADCP w poszczególnych dniach pomiarowych Data pomiaru Ilość pasaży pomiarowych r. 5 powyżej przepławki r. 3 powyżej przepławki, 6 poniżej przepławki r. 8 poniżej przepławki 13

14 3. Wyniki pomiarów 3.1. Pomiary geodezyjne Na podstawie przeprowadzonych pomiarów geodezyjnych dna przepławki stwierdzono, że przy brzegu lewym poniżej bystrza następuje przegłębienie dna dochodzące do ok. 2,5 m. Profile dna bystrza kamiennego przy brzegu lewym oraz na jego środku wraz z profilami zwierciadła wody dla poszczególnych przepływów przedstawiono na Rysunku 9. Rysunek 9 Profil zwierciadła wody oraz profil dna na bystrzu kamiennym Pomiary geodezyjne obejmowały również pomiar rzędnych zwierciadła wody pomiędzy poszczególnymi basenami spoczynkowymi przepławki ryglowej. W Tabeli 6 zestawiono wyniki pomiarów geodezyjnych. Na Rysunku 10 przedstawiono układ zwierciadła wody dla poszczególnych przepływów w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej. 14

15 Tabela 6 Rzędne zwierciadła wody w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej Nr basenu Rzędna zw.w. dla Q=55,1 m 3 /s Wartości h dla Q=55,1 m 3 /s Rzędna zw.w. dla Q=76,8 m 3 /s Wartości h dla Q=76,8 m 3 /s Z pomierzonych różnic poziomów zwierciadła wody między basenami wynika, że przekraczają one zalecane w przypadku rygli miedzy basenami 2-3, 3-4, przy przepływie 55,1 m 3 /s i między basenami 3-4 i 5-6 przy przepływie 76,8 m 3 /s. Dodatkowo przekroczenia tych granicznych wartości h jest spowodowane osadzonymi lokalnie gałęziami i konarami drzewnymi. 15

16 Rysunek 10 Rzędne zwierciadła wody w przepławce ryglowej Przeprowadzone pomiary geodezyjne zwierciadła wody w przepławce ryglowej wskazują (Rys. 10), że w na wlocie oraz na wylocie z przepławki zachowane są stałe rzędne zwierciadła wody dla różnych przepływów pomiarowych. Różnica w rzędnych zwierciadła wody wynosi od 0,36 m dla basenu numer 3 do 0,19 m dla basenu numer Pomiary prędkości Pomiary prędkości przepływu na bystrzu wykonywano w pionach hydrometrycznych w jednej lokalizacji dla szczeliny pomiędzy kamieniami oraz w cieniu za kamieniem. Wyniki pomiarów ze względu na dwa typy przepływu wody rozróżniono na wykresach. W celu umożliwienia porównania poszczególnych wyników pomiarowych prędkość wody odniesiono do położenia względnego punktu pomiarowego, który jest stosunkiem napełnienia na którym wykonywano pomiar do napełnienia panującego w pionie hydrometrycznym. Ze względu na to, że rozkład prędkości w pionie hydrometrycznym nie jest rozkładem logarytmicznym prędkość przepływu w poszczególnych punktach pomiarowych nie łączono linią. Wyniki pomiarów wskazują, że bez względu na wielkość przepływu panującego w rzece San prędkości przepływu wody w szczelinach pomiędzy kamieniami nie przekraczają w większości prędkości 1,5 m/s a więc prędkości granicznej dla ryb łososiowatych podanych przez Wiśniewolskiego (Tabela 1.1). Prędkości powyżej 1,5 m/s występują jedynie bezpośrednio poniżej zwierciadła wody co jest spowodowane przelewaniem się wody przez głaz. Na rysunku 11 przestawiono wyniki pomiarów prędkości przepływu dla szczelin pomiędzy głazami w bystrzu kamiennym. Zwiększony przepływ wpływa na zwiększenie napełnienia w przepławce i wzrost prędkości ponad górną krawędzią kamieni. 16

17 Rysunek 11 Prędkość przepływu wody w szczelinach pomiędzy kamieniami na bystrzu. Czerwone cieniowanie na wykresie oznacza pomiary przekraczające prędkość graniczną dla ryb łososiowatych podaną przez Wiśniewolskiego (Tabela 1.1). Jest to obraz graficzny występujących prędkości w pionach hydrometrycznych. Dalszy komentarz będzie odniesiony do prędkości średniej. W przypadku przepływu wody w cieniu za kamieniem można zaobserwować ruch warstwowy strugi cieczy wywołany obecnością kamieni. Ruch ten charakteryzuje się występowaniem 2 różnych prędkości pierwsza z nich występuje do wysokości kamieni a druga występuje po przekroczeniu krawędzi kamienia. Schemat ruchu warstwowego przedstawiono na rysunku 12. Rysunek 12 Schemat ruchu dwuwarstwowego wywołany obecnością kamieni. W cieniu kamieni do jego wysokości następuje wyciszenie strugi cieczy, a prędkości przepływu wody przyjmują ujemne wartości. Takie zjawisko spowodowane jest tworzeniem się wirów w ciszy za kamieniem, a kierunek wody jest skierowany w odwrotną stronę w kierunku wody górnej. Po przekroczeniu wysokości kamieni 17

18 i przelewaniu się wody przez górną krawędź kamieni następuje gwałtowny wzrost prędkości przepływu dochodzący do ponad 1,5 m/s (Rysunek 13). Rysunek 13 Prędkość przepływu wody w cieniu kamieni na bystrzu kamiennym Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza pomiary wykonywane ponad górną krawędzią kamieni. Na bystrzu w części bezpośrednio przylegającej do przepławki ryglowej zaprojektowano koryto małej wody. Strefa ta charakteryzuje się większymi napełnieniami w stosunku do pozostałej części bystrza oraz większą prędkością przepływu strugi cieczy. W tej części przepławki pomiary prędkości przepływu wody wykonywano również w szczelinach pomiędzy kamieniami i w cieniu za kamieniem. Przeprowadzone pomiary wskazują, że w szczelinach pomiędzy kamieniami prędkości przepływu wody przekraczają 3 m/s dla przepływu 67,8 m 3 /s oraz 2 m/s dla przepływu 55,1 m 3 /s (Rys. 14). W strefie oddziaływania kamienia do jego wysokości następuje zmniejszenie prędkości przepływu, a prędkości nie przekraczają prędkości maksymalnych dla ryb łososiowatych podanych przez Wiśniewolskiego (Tabela 1.1). 18

19 Rysunek 14 Prędkość przepływu wody w szczelinach koryta małej wody. Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza pomiary wykonywane ponad górną krawędzią kamieni. W cieniu kamieni w korycie małej wody panuje ruch dwuwarstwowy. W strefie oddziaływania kamieni następuje wyciszenie prędkości (wraz z prędkościami ujemnymi) a po przekroczeniu górnej krawędzi kamieni następuje gwałtowny wzrost prędkości do ok. 2,5 m/s dla przepływu 67,8 m 3 /s (Rysunek 15). Rysunek 15 Prędkość przepływu wody w cieniu kamieni koryta małej wody. Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza pomiary wykonywane ponad górną krawędzią kamieni. Pomiary prędkości przepływu dla przepławki ryglowej zlokalizowanej w kanale drzewnym wykonano dla dwóch przepływów: 55,1 m 3 /s oraz 67,8 m 3 /s. Wyniki 19

20 przeprowadzonych pomiarów wskazują, że bez względu na wielkość przepływu w szczelinach przepławki ryglowej rozkład prędkości jest zbliżony i zawiera się w przedziale od ok. 1,5 m/s do 2 m/s (Rysunek 16). Rysunek 16 Prędkość przepływu wody w szczelinach przepławki ryglowej W basenach spoczynkowych przepławki ryglowej następuje zmniejszenie prędkości przepływu wody prędkości nie przekraczają we wszystkich przypadkach 1,5 m/s. W basenach położonych w górnej części przepławki następuje wyraźne zmniejszenie prędkości przepływu (Rysunek 17). Rysunek 17 Prędkość przepływu wody w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej 20

21 W szczelinach bystrza kamiennego, przepławki ryglowej oraz koryta małej wody pomiary prędkości uśredniono metodą równoważnego pola prędkości w całym pionie hydrometrycznym. Wyniki zestawiono w tabeli Na bystrzu kamiennym średnie prędkości w pionie hydrometrycznym dla wszystkich przepływów przyjmują wartości od 0,73 m/s do 1,52 m/s (Tabela 3.2.1). Prędkości te, poza jednym przypadkiem, są niższe od prędkości maksymalnej podanej dla ryb łososiowatych przez Wiśniewolskiego (Tabela 1.1). W przepławce ryglowej prędkości średnie w pionach zawierają się w przedziale od 1,37 m/s do 1,76 m/s. Pomierzona prędkość maksymalna w korycie małej wody dla przepływu 67,8 m 3 /s wynosi 2,08 m/s. Pomierzone prędkości w czasie monitoringu hydraulicznego wykazały zadowalającą zgodność przy porównaniu średnich prędkości (Tab. 7) ze średnimi prędkościami obliczonymi na podstawie wzorów empirycznych dla projektowanej przepławki na Sanie w Przemyślu przez L. Rembezę i T. Kałużę [L. Rembeza, T. Kałuża 2008] Tabela 7 Średnie prędkości w szczelinach między głazami w poszczególnych pionach hydrometrycznych Nr pionu Q=37,6 m 3 /s (1) BYSTRZE KAMIENNE Q=37,6 m 3 /s (2) Q=55,1 m 3 /s Q=76,8 m 3 /s PRZEPLAWKA RYGLOWA Q=55,1 m 3 /s Q=76,8 m 3 /s KORYTO MALEJ WODY Q=55,1 m 3 /s Q=76,8 m 3 /s 1 1,08 1,29 1,08 1,31 1,74 1,65 1,07 1,70 2 1,34 1,23 1,43 0,85 1,56 1,37 1,48 2,08 3 1,52 0,73 1,32 1,00 1,76 1,54 4 0,94 1,02 1,20 1,68 1,57 5 1,3 1,22 6 1,18 1,23 7 0,77 1,35 21

22 3.3 Pomiary intensywności turbulencji Równolegle z pomiarami prędkości przepływu wody przez przepławkę, w tych samych pionach hydrometrycznych wykonano pomiar intensywności turbulencji określonej poprzez odchylenie standardowe od pomiarów prędkości chwilowej. Rozróżnia się intensywność turbulencji wyrażoną jednostką prędkości (intensywność turbulencji względna) oraz intensywność turbulencji w jednostkach niemianowanych (jako stosunek do prędkości średniej w punkcie pomiarowym intensywność turbulencji bezwzględna). Schemat określenia intensywności turbulencji poprzez odchylenie standardowe pomiaru przedstawiono na Rysunku 18. Rysunek 18 Ruch turbulentny wody. W szczelinach między kamieniami na bystrzu kamiennym intensywność turbulencji zawiera się w przedziale od 0,05 do 0,10 m/s bez względu na wielkość przepływu panującego w korycie. W strefie przydennej nie obserwuje się wzrostu intensywności turbulencji. Przeprowadzone pomiary wskazują, że wartość intensywności turbulencji nie zależy od głębokości i można przyjąć, że jest wielkością stałą i wynosi w szczelinach między kamieniami na bystrzu kamiennym ok. 0,07 m/s (Rysunek 19). 22

23 Rysunek 19 Intensywność turbulencji w szczelinach bystrza kamiennego. Niebieskie cieniowanie oznacza średnią intensywność turbulencji podczas pomiarów. Pomiary intensywności turbulencji w cieniu za kamieniem na bystrzu kamiennym wskazują na występowanie ruchu dwuwarstwowego. Do wysokości kamienia wartości intensywności turbulencji przyjmują takie same wartości jak dla pomiarów wykonywanych w szczelinach między kamieniami. Po przekroczeniu górnej krawędzi kamienia następuje wzrost intensywności turbulencji do wartości ponad 0,2 m/s. Największe wartości intensywności turbulencji w cieniu za kamieniami na bystrzu kamiennym zaobserwowano dla pomiarów wykonanych bezpośrednio poniżej zwierciadła wody (Rysunek 20). Rysunek 20 Intensywność turbulencji w cieniu za kamieniem na bystrzu kamiennym 23

24 Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza pomiary wykonywane ponad górną krawędzią kamieni. Rysunek 21 Intensywność turbulencji w szczelinach, koryto małej wody Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza średnią intensywność turbulencji. Rysunek 22 Intensywność turbulencji w cieniu za kamieniem - koryto małej wody Niebieskie cieniowanie na wykresie oznacza średnią intensywność turbulencji. 24

25 Rysunek 23 Intensywność turbulencji w szczelinach przepławki ryglowej Rysunek 24 Intensywność turbulencji w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej Przeprowadzone pomiary intensywności turbulencji wskazują, że w korycie małej wody intensywność turbulencji przyjmuje większe wartości niż dla bystrza kamiennego (Rysunek 21 oraz 22). W szczelinach następuje wzrost intensywności turbulencji w strefie przydennej (do wartości 0,30 m/s) W cieniu za kamieniem widoczny jest ruch dwuwarstwowy. Maksymalna intensywność turbulencji występuje bezpośrednio poniżej zwierciadła wody (maksymalnie do wartości 0,26 m/s). W szczelinach przepławki ryglowej wartości intensywności turbulencji zawierają się w przedziale od 0,1 do 0,2 m/s. W szczelinach wlotowych do przepławki ryglowej, ze względu na małą burzliwość dopływającej wody intensywność turbulencji wynosi od 0,03 do 0,05 m/s. Na rysunku 24 przedstawione pomiary pulsacji prędkości wskazują na największą intensywność turbulencji w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej. 25

26 3.4 Pomiary morfologii koryta i przepływu wody Stanowisko górne Pomiary morfologii dna oraz rozkładu prędkości za pomocą sondy ADCP na stanowisko górnym wykonano dla przepływu 67,8 m 3 /s w dniu 23 kwietnia 2015 oraz dla przepływu 37,6 m 3 /s w dniu 28 kwietnia Lokalizację pasaży przedstawiono na Rysunkach 25 oraz 26. Na rysunkach od 27 do 34 przedstawiono przestrzenny rozkład prędkości wody dopływającej do przepławki. W tabelach 8 do 15 zestawiono wyniki pomiarów w przedziałach o jednakowych warunkach hydraulicznych dopływu wody dla poszczególnych pasaży pomiarowych. Rysunek 25 Lokalizacja pasaży pomiarowych powyżej przepławki z 23 kwietnia 2015 r. Rysunek 26 Lokalizacja pasaży pomiarowych powyżej przepławki z 28 kwietnia 2015 r. 26

27 Rysunek 27 Przestrzenny rozkład prędkości; 204,34 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 4); 23 kwietnia 2015 r. Rysunek 28 Przestrzenny rozkład prędkości; 200,14 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 5); 23 kwietnia 2015 r. Rysunek 29 Przestrzenny rozkład prędkości; 128,69 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); 23 kwietnia 2015 r. Rysunek 30 Przestrzenny rozkład prędkości; 91,36 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); 23 kwietnia 2015 r. 27

28 Rysunek 31 Przestrzenny rozkład prędkości; 52,04 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); 23 kwietnia 2015 r. Rysunek 32 Przestrzenny rozkład prędkości; 74,18 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 33 Przestrzenny rozkład prędkości; 56,25 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 34 Przestrzenny rozkład prędkości; 21,72 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); 28 kwietnia 2015 r. 28

29 Tabela 8 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 21,72 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 9 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 56,25 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 10 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 74,18 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 11 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 52,04 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m]

30 Tabela 12 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 91,36 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 13 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 128,69 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 14 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 200,14 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 5); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] v [ms -1 ] h [m] Tabela 15 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 204,34 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 4); zakres szerokości w przekroju poprzecznym [m] szerokość pasa o jednakowych hydraulicznych warunkach przepływu [m] Stanowisko dolne v [ms -1 ] h [m] Pomiary morfologii dna oraz rozkładu prędkości za pomocą sondy ADCP na stanowisku dolnym wykonano w dniu 28 kwietnia 2015 oraz 6 maja 2015 roku. Przepływ podczas obu serii pomiarowych wynosił 37,6 m 3 /s. Lokalizację pasaży pomiarowych przedstawiono na Rysunkach 35 oraz 36. Na rysunkach od 37 do 50 przedstawiono wyniki pomiarów w formie graficznej przestrzenny rozkład prędkości 30

31 w poszczególnych przekrojach pomiarowych. Wyniki zbiorcze zawierające informację na temat prędkości średnich w przekroju, napełnień oraz prędkości przepływu przy prawym i lewym brzegu zestawiono w tabeli 16 Rysunek 35 Lokalizacja pasaży pomiarowych poniżej przepławki z 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 36 Lokalizacja pasaży pomiarowych ADCP poniżej przepławki z 6 maja 2015 r. 31

32 Rysunek 37 Przestrzenny rozkład prędkości; 5,37 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 8); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 38 Przestrzenny rozkład prędkości; 9,22 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 5); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 39 Przestrzenny rozkład prędkości; 15,44 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 4); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 40 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,27 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 3); 28 kwietnia 2015 r. 32

33 Rysunek 41 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,86 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 6); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 42 Przestrzenny rozkład prędkości; 49,44 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 7); 28 kwietnia 2015 r. Rysunek 43 Przestrzenny rozkład prędkości; 2,07 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 1); 6 maja 2015 r. Rysunek 44 Przestrzenny rozkład prędkości; 20,86 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 2); 6 maja 2015 r. 33

34 Rysunek 45 Przestrzenny rozkład prędkości; 35,10 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 3); 6 maja 2015 r. Rysunek 46 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,31 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 4); 6 maja 2015 r. Rysunek 47 Przestrzenny rozkład prędkości; 61,73 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 5); 6 maja 2015 r. Rysunek 48 Przestrzenny rozkład prędkości; 74,07 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 6); 6 maja 2015 r. 34

35 Rysunek 49 Przestrzenny rozkład prędkości; 95,89 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 7); 6 maja 2015 r. Rysunek 50 Przestrzenny rozkład prędkości; 98,32 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 8); 6 maja 2015 r. Tabela 16 Zestawienie wyników pomiarów sondą ADCP na stanowisku dolnym. Data pomiaru Odległość od wylotu z przepław ki ryglowej [m] Prędkoś ć średnia w przekroj u [m/s] 42,27 0,28 15,44 0,47 9,22 0,41 42,86 0,35 49,44 0,22 5,37 0,46 74,07 0,22 98,32 0,33 95,89 0,25 Zakres szerokoś ci [m] 50,8-76, ,03 52,84-68, ,16 52,66-77, , ,56 50,53-80, ,73 49,73-74, ,68 48,63-76,61 36,54-76,06 40,98-72,1 0-39, , ,97 60,62-77,43 Brzeg prawy Napełnieni e średnie [m] Prędkoś ć średnia [m/s] 0,95 0,49 1,07 0,81 1,13 0,67 1,09 0,53 1,77 0,33 1,09 0,68 1,60 0,29 0,90 0,44 0,89 0,28 Zakres szerokoś ci [m] Brzeg lewy Napełnieni e średnie [m] Prędkoś ć średnia [m/s] 5,71 0,11 2,83 0,19 1,82 0,24 4,09 0,24 4,30 0,13 1,80 0,31 2,96 0,13 1,56 0,21 1,82 0,19 35

36 61,73 0,20 42,31 0,25 35,10 0,28 20,86 0,29 2,07 0,45 1,63 0,30 1,30 0,40 0,99 0,46 0,80 0,44 58,54-78, ,95 48,63-73, ,73 46,2-73, ,05 46,34-79, ,39 47,68-76,39 3,48 0,12 4,21 0,15 4,34 0,15 3,16 0,16 1,02 0, ,2 1,40 0,29 Tabela 17 Procentowe zwiększenie oraz procentowa redukcja prędkości poniżej budowli piętrzącej. Data pomiaru Odległość od wylotu z przepławki ryglowej [m] Prędkość średnia w przekroju [m/s] Prędkoś ć prawy brzeg [m/s] Procentowe zwiększenie prędkości przy prawym brzegu [%] Prędkość lewy brzeg [m/s] Procentowa redukcja prędkości przy lewym brzegu [%] 42,27 0,28 0,49 75,00 0,11 60,71 15,44 0,47 0,81 72,34 0,19 59,57 9,22 0,41 0,67 63,41 0,24 41,46 42,86 0,35 0,53 51,43 0,24 31,43 49,44 0,22 0,33 50,00 0,13 40,91 5,37 0,46 0,68 47,83 0,31 32,61 74,07 0,22 0,29 31,82 0,13 40,91 98,32 0,33 0,44 33,33 0,21 36,36 95,89 0,25 0,28 12,00 0,19 24,00 61,73 0,20 0,30 50,00 0,12 40,00 42,31 0,25 0,40 60,00 0,15 40,00 35,10 0,28 0,46 64,29 0,15 46,43 20,86 0,29 0,44 51,72 0,16 44,83 2,07 0,45 0,80 77,78 0,29 35,56 Na podstawie przeprowadzonych pomiarów za pomocą sondy ADCP na stanowisku dolnym można stwierdzić, że na prawym brzegu występuje prąd wabiący dla ryb generowany przez kanał ujęciowy oraz przepławkę ryglową. W tabeli 17 pogrubiono wyniki pomiarów przeprowadzonych bezpośrednio poniżej budowli piętrzącej. W odległości 2,07 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej procentowa nadwyżka prędkości w stosunku do prędkości średniej w przekroju wynosi 77,78%. Prędkości średnie w całym przekroju wynoszą od 0,20 m/s (61,73 m od wylotu z przepławki) do 0,47 m/s (15,44 m od wylotu z przepławki). Prędkości przy prawym brzegu wynoszą od 0,28 m/s (95,89 m od wylotu) do 0,81 m/s (15,44 m od wylotu). Średnia prędkość przy 36

37 lewym brzegu wynosi od 0,11 m/s (42,27 m od wylotu) do 0,31 m/s (5,37 m od wylotu). Przy lewym brzegu występuje przegłębienie dna spowodowane erozją poniżej budowli piętrzącej, dochodzące do 6 m. Przy brzegu prawym w każdym z przekroi pomiarowych występuje wzrost prędkości średniej w stosunku do całego przekroju poprzecznego. Wzrost ten wynosi od 12% (95,89 m od wylotu z przepławki ryglowej) do 77,78% (2,07 m od wylotu). Przy brzegu lewym występuje redukcja prędkości średniej od wartości 24% (95,89 m od wylotu) do 60,71% (42,47 m od wylotu z przepławki ryglowej). Przedstawione wyniki pomiarów wskazują na brak prądu wabiącego w części koryta bezpośrednio poniżej bystrza kamiennego. Wzrost prędkości średniej przy brzegu prawym wywołany wypływem z przepławki ryglowej i kanału ujściowego wytwarza prąd wabiący dla ryb bezpośrednio poniżej budowli piętrzącej. 4. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych pomiarów geodezyjnych, pomiarów prędkości przepływu wody, pomiarów intensywności turbulencji oraz pomiarów za pomocą sondy ADCP można stwierdzić, że: - pomierzone prędkości nie przekraczają założonych prędkości krytycznych dla obecnych gatunków ryb; - napełnienia w przepławce ryglowej oraz na bystrzu zapewniają wymagane minimalne głębokości wody zarówno w szczelinach bystrza jak i w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej; - przepławka ryglowa i ujęcie wody wraz z lokalnym przegłębieniem wynoszącym do 2 m generuje wyraźny prąd wabiący przy brzegu prawym. Przy brzegu lewym prędkości wody poniżej przepławki są niższe od prędkości średniej panującej w przekroju pomiarowym; - wyniki pomiarów wskazują, że bez względu na wielkość przepływu panującego w rzece San prędkości przepływu wody w szczelinach pomiędzy kamieniami nie przekraczają w większości prędkości 1,5 m/s a więc prędkości granicznej dla ryb łososiowatych. Prędkości powyżej 1,5 m/s występują jedynie bezpośrednio poniżej zwierciadła wody co jest spowodowane przelewaniem się wody przez kamień; - w szczelinach między kamieniami na bystrzu wartość intensywności turbulencji nie zależy od głębokości i można przyjąć, że ich wartość jest w zakresie 0,05-0,10 m/s. 5. Literatura Epler P., Bartnik W., Jelonek M., Klaczak A., Książek L., Mikołajczyk T., Nowak M., Popek W., Sławińska A., Sobieszczuk P., Szczerbik P., Wyrębek M., Gospodarka 37

38 rybacka w aspekcie udrażniania cieków dorzecza Małej i Górnej Wisły, Monografia pod redakcją Piotra Eplera i Leszka Książka, Komisja Techniczna Infrastruktury Wsi PAN w Krakowie, 2011 Fish Passage and Screening Design, Technical Supplement 14N, 210-VI-NEH, 2007 Wiśniewolski W., Ogólne wytyczne projektowania przepławek dla ryb, Zrównoważone korzystanie z zasobów rybackich na tle ich stanu w 2010 roku, Olsztyn 2011 Wyrębek M., Warunki hydrauliczne w przepławkach ryglowych spełniające wymagania biologiczne ryb, maszynopis Katedry Inżynierii Wodnej i Geotechniki, 2012 Rembeza L., Kałuża. T., Obliczenia hydrauliczne przepławki dla ryb i przepustowości budowli stopnia wodnego na rzece San w Przemyślu Monografia pod redakcją Mariana Mokwy i Wiesława Wiśniewolskiego, Wrocław, 2008 Spis rysunków Rysunek 1 Rozmiary ryb i prędkości prądu wody pokonywane przez poszczególne gatunki ryb [Epler i in. 2011] Rysunek 2 Schemat przepławki ryglowej a) widok z góry, b) przekrój przez rygiel, c) profil podłużny [Wyrębek 2012]... 6 Rysunek 3 Wlot do przepławki ryglowej, Przemyśl, rzeka San... 7 Rysunek 4 Górne stanowisko przepławki... 7 Rysunek 5 Stanowisko dolne przepławki Rysunek 6 Bystrze kamienne Rysunek 7 Lokalizacja pionów hydrometrycznych w bystrzu kamiennym Rysunek 8 Sonda ADCP w trakcie pomiarów prędkości przepływu wody Rysunek 9 Profil zwierciadła wody oraz profil dna na bystrzu kamiennym Rysunek 10 Rzędne zwierciadła wody w przepławce ryglowej Rysunek 11 Prędkość przepływu wody w szczelinach pomiędzy kamieniami na bystrzu Rysunek 12 Schemat ruchu dwuwarstwowego wywołany obecnością kamieni Rysunek 13 Prędkość przepływu wody w cieniu kamieni na bystrzu kamiennym Rysunek 14 Prędkość przepływu wody w szczelinach koryta małej wody Rysunek 15 Prędkość przepływu wody w cieniu kamieni koryta małej wody Rysunek 16 Prędkość przepływu wody w szczelinach przepławki ryglowej Rysunek 17 Prędkość przepływu wody w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej Rysunek 18 Ruch turbulentny wody Rysunek 19 Intensywność turbulencji w szczelinach bystrza kamiennego Rysunek 20 Intensywność turbulencji w cieniu za kamieniem na bystrzu kamiennym Rysunek 21 Intensywność turbulencji w szczelinach, koryto małej wody Rysunek 22 Intensywność turbulencji w cieniu za kamieniem - koryto małej wody Rysunek 23 Intensywność turbulencji w szczelinach przepławki ryglowej Rysunek 24 Intensywność turbulencji w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej Rysunek 25 Lokalizacja pasaży pomiarowych powyżej przepławki z 23 kwietnia 2015 r

39 Rysunek 26 Lokalizacja pasaży pomiarowych powyżej przepławki z 28 kwietnia 2015 r Rysunek 27 Przestrzenny rozkład prędkości; 204,34 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 4); 23 kwietnia 2015 r Rysunek 28 Przestrzenny rozkład prędkości; 200,14 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 5); 23 kwietnia 2015 r Rysunek 29 Przestrzenny rozkład prędkości; 128,69 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); 23 kwietnia 2015 r Rysunek 30 Przestrzenny rozkład prędkości; 91,36 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); 23 kwietnia 2015 r Rysunek 31 Przestrzenny rozkład prędkości; 52,04 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); 23 kwietnia 2015 r Rysunek 32 Przestrzenny rozkład prędkości; 74,18 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 1); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 33 Przestrzenny rozkład prędkości; 56,25 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 2); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 34 Przestrzenny rozkład prędkości; 21,72 m powyżej wlotu do przepławki ryglowej (pasaż 3); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 35 Lokalizacja pasaży pomiarowych poniżej przepławki z 28 kwietnia 2015 r Rysunek 36 Lokalizacja pasaży pomiarowych ADCP poniżej przepławki z 6 maja 2015 r Rysunek 37 Przestrzenny rozkład prędkości; 5,37 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 8); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 38 Przestrzenny rozkład prędkości; 9,22 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 5); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 39 Przestrzenny rozkład prędkości; 15,44 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 4); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 40 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,27 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 3); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 41 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,86 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 6); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 42 Przestrzenny rozkład prędkości; 49,44 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 7); 28 kwietnia 2015 r Rysunek 43 Przestrzenny rozkład prędkości; 2,07 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 1); 6 maja 2015 r Rysunek 44 Przestrzenny rozkład prędkości; 20,86 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 2); 6 maja 2015 r Rysunek 45 Przestrzenny rozkład prędkości; 35,10 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 3); 6 maja 2015 r Rysunek 46 Przestrzenny rozkład prędkości; 42,31 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 4); 6 maja 2015 r Rysunek 47 Przestrzenny rozkład prędkości; 61,73 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 5); 6 maja 2015 r Rysunek 48 Przestrzenny rozkład prędkości; 74,07 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 6); 6 maja 2015 r Rysunek 49 Przestrzenny rozkład prędkości; 95,89 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 7); 6 maja 2015 r

40 Rysunek 50 Przestrzenny rozkład prędkości; 98,32 m poniżej wylotu z przepławki ryglowej (pasaż 8); 6 maja 2015 r Spis tabel Tabela 1 Dopuszczalne różnice poziomów zwierciadeł wody w basenach przepławki ryglowej i graniczne prędkości wody [Wiśniewolski 2011]... 5 Tabela 2 Przepływ wody na Sanie, wodowskaz Przemyśl (km ) Tabela 3 Sieć reperów stałych wyznaczonych za pomocą GPS RTK na Tabela 4 Całkowita ilość pomiarów prędkości przepływu wody w przepławce (ryglowej i bystrzu kamiennym) Tabela 5 Ilość pasaży wykonanych za pomocą ADCP w poszczególnych Tabela 6 Rzędne zwierciadła wody w basenach spoczynkowych przepławki ryglowej Tabela 7 Średnie prędkości w szczelinach między głazami w poszczególnych Tabela 8 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 21,72 m powyżej wlotu do Tabela 9 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 56,25 m powyżej wlotu do Tabela 10 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 74,18 m powyżej wlotu do Tabela 11 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 52,04 m powyżej wlotu do Tabela 12 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 91,36 m powyżej wlotu do Tabela 13 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 128,69 m powyżej wlotu do Tabela 14 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 200,14 m powyżej wlotu do Tabela 15 Wyniki pomiarów na stanowisku górnym; 204,34 m powyżej wlotu do Tabela 16 Zestawienie wyników pomiarów sondą ADCP na stanowisku dolnym Tabela 17 Procentowe zwiększenie oraz procentowa redukcja prędkości poniżej budowli piętrzącej

41 Część II monitoring biologiczny 1. Wstęp Zabudowa hydrotechniczna rzek jest jedną z głównych przyczyn pogorszenia ich stanu ekologicznego. Przegrody poprzeczne w postaci zapór i jazów w znaczący sposób wpływają na reżim przepływu, termikę wód i upośledzają transport rumowiska. Do najważniejszych konsekwencji, wynikających z przegradzania koryt rzek należy utrudnienie, bądź uniemożliwienie migracji organizmów wodnych, w tym ryb. Skutki budowy przeszkód migracyjnych w najbardziej spektakularny sposób uwidaczniają się w przypadku wędrówek ryb diadromicznych (dwuśrodowiskowych), których cykl życiowy odbywa się w wodach słodkich i słonych. Do najbardziej znanych przedstawicieli tej grupy należą wędrowne ryby z rodziny łososiowatych (Salmonidae), takie jak łosoś atlantycki Salmo salar, czy troć wędrowna Salmo trutta oraz jesiotrowatych (Acipenseridae), jak jesiotr zachodni Acipenser sturio, czy jesiotr ostronosy Acipenser oxyrhynchus. Podejmowane przez te gatunki wędrówki określane są mianem anadromicznych (tarło odbywa się w wodach słodkich, gdzie przez pewien czas pozostają osobniki młodociane, natomiast dorosłe ryby żerują w wodach mórz i oceanów). W wodach Polski tego typu wędrówki podejmuje także certa Vimba vimba, przedstawiciel rodziny karpiowatych (Cyprinidae). Natomiast wędrówki katadromiczne podejmowane są przez gatunki, które na tarło wędrują z wód słodkich do słonych (na przykład węgorz europejski Anguilla anguilla. Budowa tylko jednej przeszkody stopnia wodnego na Wiśle we Włocławku całkowicie odcięła diadromiczne łososiowate i certę od ich tarlisk w górnej części dorzecza Wisły (Backiel 1993; Wiśniewolski 1987, Wiśniewolski i Engel 2006). Zabudowa poprzeczna rzek jest także istotnym zagrożeniem dla gatunków potamodromicznych, odbywających znacznie krótsze wędrówki tarłowe jedynie w obrębie rzek, a także migracje związane z poszukiwaniem nowych stanowisk, refugiów, czy zimowisk. Bariery w postaci zapór i jazów są podobnym zagrożeniem dla populacji ryb i bioróżnorodności ekosystemów rzecznych, jakim dla organizmów lądowych i wodno-lądowych (płazy) są drogi lub linie kolejowe i w ten sam sposób sprzyjają fragmentaryzacji środowiska przyrodniczego. W górskich i podgórskich rzekach wędrówki tarłowe w górę cieku i do jego mniejszych dopływów podejmowane są zarówno przez ryby łososiowate (pstrąg potokowy Salmo trutta fario, lipień Thymallus thymallus) jak i reofilne karpiowate (świnka Chodrostoma nasus, brzana Barbus barbus, kleń Squalius cephalus, a także słodkowodne populacje certy). Budowla na Sanie, której funkcjonowanie badano w ramach niniejszego opracowania, powstała w miejsce jazu, który całkowicie uniemożliwiał wędrówkę ryb w górę rzeki. Założenia konstrukcyjne nowego obiektu, w tym zastosowane materiały odpowiadają idei budowli bliskich naturze i takim metodom zabudowy 41

42 hydrotechnicznej i utrzymania rzek, które sprzyjają bioróżnorodności ekosystemów (Lubieniecki 2002; Bojarski i wsp. 2005; Teppel i Tymiński 2013). Odłowy ryb z Sanu przeprowadzono na mocy zezwolenia Marszałka Województwa Podkarpackiego na odstępstwa od zakazów określonych w Ustawie o rybactwie śródlądowym, po wcześniejszym uzyskaniu zgody użytkownika rybackiego (Okręgu Polskiego Związku Wędkarskiego w Przemyślu) oraz Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Krakowie. Terminy odłowów ustalano każdorazowo z użytkownikiem rybackim oraz Komendantem Państwowej Straży Rybackiej w Rzeszowie posterunek terenowy w Przemyślu. 2. Metodyka badań Zgodnie z międzynarodowymi wytycznymi w tym zakresie, ocenę skuteczności przepławki oparto o połowy ryb w stawne narzędzia pułapkowe, uzupełnione elektropołowami prowadzonymi zarówno w samej przepławce, jak i na odcinkach poniżej i powyżej piętrzenia (FAO 2002). Zastosowano doświadczalną przestawę rzeczną złożoną z 11 jednokoszowych, dwukomorowych żaków połączonych ze sobą skrzydłami (Rysunek 1; 2; 3). Żaki oraz skrzydła wykonano z tkaniny sieciowej o boku oczka = 20 mm (grubość 210d/12). Przestawę uzbrojono w pławy oraz grzęzy wyważone w ten sposób, aby na całej długości dolna lina przestawy szczelnie przylegała do dna rzeki. Wejścia do żaków posiadały wymiary cm. Zastosowanie żaków i innych, zbliżonych do nich konstrukcyjnie, narzędzi pułapkowych było wielokrotnie opisywane w pracach na temat monitoringu migracji ryb w wodach płynących, także dla oceny działania przepławek i obejść (np. Lyon i wsp. 2010; Steffensen i wsp. 2013). W zależności od sposobu ustawienia żaków, mogą one służyć do badania przemieszczania się ryb w dół lub w górę cieku. W przypadku badań opisywanych w niniejszym opracowaniu służyły one do chwytania ryb przemieszczających się pod prąd wody, a dzięki ustawieniu przestawy powyżej przeszkody - umożliwiały pozyskanie danych dotyczących ryb przekraczających budowlę i podążających w górę rzeki. Narzędzia pułapkowe (między innymi żaki i mieroże), są ponadto uważane za bezpieczniejsze dla ryb w porównaniu z narzędziami uchwytującymi ( gill nets, jak wontony), czy oplątującymi (drygawice), przy zastosowaniu których należy liczyć się z dużą śmiertelnością wśród ryb. Umożliwiają zatem uwolnienie pozyskanych za ich pomocą ryb bez istotnego wpływu na ich kondycję (Portt i wsp. 2006; Bonar i wsp. 2009). 42

43 Rysunek 1 Schemat rozmieszczenia żaków (kolor granatowy) tworzących przestawę rzeczną Rysunek 2 Przygotowywanie przestawy rzecznej 43

44 Rysunek 3 Kontrola matni żaków tworzących przestawę ustawionych powyżej piętrzenia Elektropołowy wykonywano z zastosowaniem atestowanego urządzenia EL62 IIGI (prod. Hans Grassl, Niemcy), zasilanego agregatem prądotwórczym o mocy 3,0 kw i generującego prąd stały pulsujący o napięciu (w szczycie impulsu) = 325 V i częstotliwości pulsowania = 70 Hz. Uzyskiwano w ten sposób prąd o natężeniu ok. 3 A. Elektropołowy wykonywali przeszkoleni w tym zakresie ichtiolodzy, posiadający stosowne uprawnienia (Rysunek 4 oraz 5). Wszystkie odłowione ryby (z wyłączeniem gatunków objętych ochroną ścisłą lub częściową, które po identyfikacji niezwłocznie wypuszczano do wody) przetrzymywano po odłowie w pojemnikach z dobrze natlenioną wodą, a na czas manipulacji wprowadzano w stan anestezji przez immersję w roztworze 2-fenoksyetanolu (stężenie 150 ppm). Każda ryba była mierzona pod względem długości całkowitej i długości standardowej (± 1 mm) oraz ważona (± 0,1 g) (Rysunek 6). Po krótkim okresie rekonwalescencji wszystkie ryby wypuszczano ostrożnie do wody w miejscu ich złowienia (Rysunek 7). Nie obserwowano żadnej śmiertelności ryb spowodowanej bezpośrednio odłowem bądź manipulacjami. 44

45 Rysunek 4 Elektropołów na stanowisku dolnym poniżej bystrotoku Rysunek 5 Elektropołów na bystrotoku 45

46 Rysunek 6 Pomiary odłowionych ryb Rysunek 7 Powrót ryb po wybudzeniu do rzeki Narzędzia elektryczne są od wielu lat powszechnie wykorzystywane w badaniach ichtiofaunistycznych i praktyce monitoringu. Co ważne, elektropołów jest uważany za 46

47 metodę w pełni bezpieczną dla ryb, zarówno dorosłych, jak i narybku (Penczak 1967; Świerzowski 1973). Na podstawie liczebności i mas odłowionych ryb wyznaczono udziały procentowe (dominację poszczególnych gatunków) oraz obliczono wskaźnik różnorodności ogólnej Shannona-Wienera (opisujący bioróżnorodność różnorodność gatunkową na poszczególnych stanowiskach badanych za pomocą elektropołowu) H = - pi log2 pi gdzie : H wskaźnik różnorodności ogólnej pi prawdopodobieństwo wyrażone w liczebności ryb 3. Wyniki badań 3.1 Gatunki ryb pozyskane w czasie wszystkich odłowów Uwzględniając wyniki uzyskane na wszystkich stanowiskach oraz za pomocą wszystkich stosowanych metod, ogółem odłowiono 816 ryb należących do 21 gatunków (Tabela 3.1.1). Najliczniej reprezentowane były reofilne ryby karpiowate: kleń (Squalius cephalus) który stanowił 18,382% wszystkich odłowionych ryb oraz certa (Vimba vimba) 15,564%. Niewiele mniej liczne były dwa ubikwistyczne gatunki karpiowate: kiełb krótkowąsy (Gobio gobio) i ukleja (Alburnus alburnus) stanowiące, odpowiednio, 13,603% i 12,010% ogółu odłowionych ryb. Ponad 10% udział w liczebności ogólnej wykazywał także kolejny gatunek karpiowatej ryby reofilnej świnka (Chondrostoma nasus) (Tab ). Stwierdzono występowanie sześciu gatunków ryb objętych ochroną gatunkową na terenie Polski (Tabela 3.1.2). Spośród nich tylko piekielnica (Alburnoides bipunctatus) oraz śliz (Barbatula barbatula) pojawiały się w odłowach relatywnie licznie. Pozostałe: różanka (Rhodeus amarus), głowacz białopłetwy (Cottus gobio), koza złotawa (Sabanejewia baltica) oraz kiełb Kesslera (Romanogobio kesslerii) reprezentowane były przez pojedyncze osobniki (Tabela 1 oraz 2). Tabela 1 Liczebność i dominacja poszczególnych gatunków ryb odłowionych w czasie badań. L.P. Gatunek Liczba [szt.] Dominacja [%] 1 Squalius cephalus ,382 2 Vimba vimba ,564 3 Gobio gobio ,603 4 Alburnus alburnus 98 12,010 5 Chondrostoma nasus 84 10,294 6 Alburnoides bipunctatus 74 9,069 7 Barbatula barbatula 55 6,740 47

48 8 Barbus barbus 45 5,515 9 Leuciscus aspius 15 1, Rhodeus amarus 13 1, Leuciscus idus 8 0, Cottus gobio 8 0, Perca fluviatilis 6 0, Salmo trutta 5 0, Sabanejewia baltica 4 0, Blicca bjoerkna 4 0, Rutilus rutilus 3 0, Romanogobio kesslerii 2 0, Leuciscus leuciscus 2 0, Lota lota 1 0, Esox lucius 1 0,123 SUMA Wśród odłowionych ryb znalazły się gatunki o dużych wymaganiach i wysokich kategoriach zagrożenia (według IUCN) w dorzeczy Wisły, w tym jeden gatunek krytycznie zagrożony (CR): certa, dwa gatunki zagrożone (EN): świnka i piekielnica, pięć gatunków narażonych (VU): brzana Barbus barbus, różanka, głowacz białopłetwy, koza złotawa i miętus Lota lota, dwa gatunki zależne od ochrony (CD): certa i pstrąg potokowy Salmo trutta oraz dwa gatunki bliskie zagrożenia (NT): boleń Leuciscus aspius i kiełb Kesslera (Tab. 2). Stwierdzono ponadto występowanie gatunków naturowych chronionych w ramach sieci Natura 2000, wymienionych w Załączniku 2 Dyrektywy Siedliskowej. Były to: boleń, różanka, głowacz białopłetwy, koza złotawa i kiełb Kesslera (Tab. 2), przy czym trzy ostatnie gatunki występowały tylko na bystrotoku (Tabela 2) Rysunek 8 Koza złotawa Sabanejewia baltica 48

49 Rysunek 9 Głowacz białopłetwy Cottus gobio odłowiony na bystrotoku Tabela 2 Kategorie zagrożeń i status prawny gatunków ryb odłowionych w czasie badań (Witkowski i wsp. 2009). 1 L.P. Gatunek Stopień zagrożenia w Polsce Polska Dorzecze Wisły 1 Squalius cephalus LC LC 2 Vimba vimba CR/CD CR/CD 3 Gobio gobio LC LC 4 Alburnus alburnus LC LC 5 Chondrostoma nasus EN EN Załącznik 2 Dyrektywy Siedliskowej Status ochronny w Polsce Załącznik 5 Dyrektywy Siedliskowej 6 Alburnoides bipunctatus EN EN Tak 7 Barbatula barbatula LC LC Tak 8 Barbus barbus VU VU Tak 9 Leuciscus aspius NT NT Tak Tak 10 Rhodeus amarus VU VU Tak Tak 11 Leuciscus idus LC LC 12 Cottus gobio VU VU Tak Tak 13 Perca fluviatilis LC LC 14 Salmo trutta CD CD 15 Sabanejewia baltica VU VU Tak Tak 16 Blicca bjoerkna LC LC 17 Rutilus rutilus LC LC Ochrona gatunkowa w Polsce 1 Dla charakterystyki gatunków przyjęto następujące, zgodne z klasyfikacja IUCN/WCU (Komisja Gatunków Zagrożonych), symbole i definicje: CR (critically endangered) gatunek krytycznie zagrożony. W stanie dzikim znajduje się w obliczu wysokiego ryzyka wyginięcia w najbliższej przyszłości; EN (endangered) gatunek zagrożony. Nie jest skrajnie zagrożony, ale znalazł się w strefie bardzo wysokiego ryzyka wymarcia w najbliższej przyszłości; VU (vulnerable) gatunek narażony, objęty wysokim ryzykiem wyginięcia w średnio odległej przyszłości; CD (conservation dependent) gatunek zależny od ochrony; NT (near threatened) gatunek bliski zagrożenia; LC (least concern) gatunek najmniejszej troski 49

50 18 Romanogobio kesslerii NT NT Tak Tak 19 Leuciscus leuciscus LC LC 20 Lota lota VU VU 21 Esox lucius LC LC W dalszej części opracowania przedstawiono wyniki pozyskane na kolejnych stanowiskach, z wyszczególnieniem metod odłowu oraz terminów. 3.2 Wyniki badań poniżej przeszkody Za pomocą elektropołowu z wykorzystaniem łodzi pneumatycznej badano odcinek od 200 m poniżej przeszkody do dolnej granicy bystrotoku (Rysunek 10). Odłowy wykonano w trzech terminach: 28 kwietnia, 5 maja oraz 11 maja 2015 roku. W pierwszym odłowie stwierdzono 175 ryb należących do 11 gatunków. Najliczniej reprezentowane były: ukleja (36,6%), piekielnica (21,1%) oraz świnka (22,3%) (Tab. 3). Wskaźnik różnorodności ogólnej H = 2,428. Rysunek 10 Elektropołów wykonywany poniżej dolnej granicy bystrotoku 50

51 Tabela 3 Liczebność i dominacja gatunków ryb odłowionych poniżej bystrotoku w dniu 28 kwietnia 2015 roku. L.P. Gatunek Liczba [szt.] Dominacja [%] 1 Alburnus alburnus 64 36,571 2 Alburnoides bipunctatus 37 21,143 3 Chondrostoma nasus 39 22,286 4 Squalius cephalus 15 8,571 5 Vimba vimba 7 4,000 6 Leuciscus aspius 4 2,286 7 Leuciscus idus 4 2,286 8 Blicca bjoerkna 2 1,143 9 Barbus barbus 1 0, Rutilus rutilus 1 0, Leuciscus leuciscus 1 0,571 SUMA W drugim terminie badań (5 maja) odłowiono 50 osobników zaklasyfikowanych do 10 gatunków. Spośród nich najliczniej występowała świnka (34,0%) a dalej ukleja (30,0%) oraz kleń (14,0%) (Tabela 4). Wskaźnik różnorodności ogólnej H = 2,514. Tabela 4 Liczebność i dominacja gatunków ryb odłowionych poniżej bystrotoku w dniu 5 maja 2015 roku. L.P. Gatunek Liczba [szt.] Dominacja [%] 1 Chondrostoma nasus 17 34,000 2 Alburnus alburnus 15 30,000 3 Squalius cephalus 7 14,000 4 Leuciscus idus 3 6,000 5 Barbus barbus 2 4,000 6 Leuciscus aspius 2 4,000 7 Alburnoides bipunctatus 1 2,000 8 Barbatula barbatula 1 2,000 9 Esox lucius 1 2, Leuciscus leuciscus 1 2,000 SUMA W trzeciej serii odłowów (11 maja) liczba złowionych ryb wyniosła 160 szt., natomiast bogactwo gatunkowe 8 gatunków. Zdecydowanie najliczniejszym gatunkiem okazała się wówczas certa (65,6%). Z pozostałych gatunków tylko kleń osiągnął 10% udział w ogólnej liczebności (Tab. 5). Wskaźnik różnorodności ogólnej H = 1,723. Tabela 5 Liczebność i dominacja gatunków ryb odłowionych poniżej bystrotoku w dniu 11 maja 2015 roku. L.P. Gatunek Liczba [szt.] Dominacja [%] 1 Vimba vimba ,625 2 Squalius cephalus 16 10,000 3 Barbus barbus 14 8,750 4 Alburnus alburnus 12 7,500 5 Leuciscus aspius 9 5,625 51

52 6 Alburnoides bipunctatus 2 1,250 7 Lota lota 1 0,625 8 Rutilus rutilus 1 0,625 SUMA Wyniki badań w obrębie bystrotoku W pierwszym terminie (31 marca 2015 roku) odłów ryb wykonano brodząc pomiędzy kamiennymi blokami po zygzakowatym transekcie od dolnej do górnej wody. Odłowiono 9 szt. ryb, należących do trzech gatunków (Tabela 6), wśród nich także cztery świnki (samice), prawdopodobnie w czasie migracji tarłowej (Rysunek 14). W dwóch kolejnych terminach (29 kwietnia i 12 maja 2015 roku) łowiono brodząc po dnie sztucznego bystrza, dokładnie obławiając przestrzenie pomiędzy kamiennymi blokami. Odłów wykonywano trzykrotnie, przemieszczając się w poprzek bystrza: pomiędzy 2 3 rzędami kamiennych bloków na dole bystrza (Rysunek 11), następnie pomiędzy 3 4 rzędami środkowych bloków, a następnie pomiędzy 3 4 rzędami najwyżej położonych bloków a górnym stanowiskiem (Rysunek 12). Schemat przedstawiający sposób wykonania elektropołowów wewnątrz bystrotoku przedstawiono na rysunku 13, a uzyskane wyniki zestawiono w tabelach Rysunek 11 Elektropołów pomiędzy kamiennymi blokami w dolnej części bystrotoku 52

53 Rysunek 12 Elektropołów pomiędzy kamiennymi blokami w górnej części bystrotoku Rysunek 13 Schemat elektropołowów na bystrotoku Tabela 6 Liczebność i dominacja gatunków ryb odłowionych na bystrotoku w dniu 31 marca 2015 roku. L.P. Gatunek Liczba [szt.] Dominacja [%] 1 Chondrostoma nasus 4 44,444 2 Cottus gobio 4 44,444 3 Barbatula barbatula 1 11,111 SUMA