Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego POIG /09 Strategiczny projekt badawczy

Transkrypt

1 Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego POIG /09 Strategiczny projekt badawczy Integrated Support System for Management and Protection of Water Dam Reservoir POIG /09 Strategic research project Newsletter 1/2014 (8)

2 2 SPIS TREŚCI/CONTENTS 3 OD KOORDYNATORÓW / FROM THE COORDINATORS 5 KOMERCJALIZACJA PRODUKTÓW I REZULTATÓW PROJEKTU ZIZOZAP COMMERCIALISATION OF ZIZOZAP PRODUCTS AND RESULTS 7 AUTOMATYCZNY MONITORING CIĄGŁY JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH WADY I ZALETY AUTOMATIC CONTINUOUS MONITORING OF SURFACE WATER QUALITY ADVANTAGES AND DISADVANTAGES 10 BAZA DANYCH / DATABASE 11 GEOPORTAL / GEOPORTAL 13 PO CO ZBIORNIKOWI SZUWARY? / ARE REED BEDS NECESSARY FOR RESERVOIR? 15 WPŁYW POZIOMU PIĘTRZENIA ZBIORNIKA NA PTAKI WODNE IMPACT OF THE RESERVOIR DAMMING LEVEL ON WATER BIRDS 17 MODEL FUNKCJONALNY ZBIORNIKA / FUNCTIONAL MODEL OF THE WATER RESERVOIR 22 MODELE JAKOŚCIOWE / WATER QUALITY MODELS Realizatorzy Uniwersytet Śląski w Katowicach, Koordynator Projektu / University of Silesia in Katowice, Project Leader Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki / Tadeusz Kościuszko Cracow University of Technology Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach / Institute for Ecology of Industrial Areas in Katowice Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polskiej Akademii Nauk / Institute Of Environmental Engineering Polish Academy of Sciences Partnerzy strategiczni Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA / Upper Silesian Waterworks Company in Katowice Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Gliwicach / Regional Office for Water Management in Gliwice Partnerzy naukowi NILU Polska Sp. z o.o. Instytut Ochrony Przyrody Polskiej Akademii Nauk / Institute of Nature Conservation Polish Academy of Sciences in Cracow Polska Akademia Nauk Zakład Doświadczalny Gospodarki Stawowej w Gołyszu Polska Akademia Nauk Zakład Ichtiobiologii i Gospodarki Rybackiej w Gołyszu Ecoclima Serwis S.J. Termin realizacji / Duration Źródło dofinansowania/funding Numer umowy / Project No Całkowity budżet/total budget Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego, Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka European Regional Development Fund under the Operational Programme Innovative Economy Oś priorytetowa 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii / Priority Axis 1. Research and Development of Modern Technologies Działanie 1.1. Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy / Objective Support for Scientific Research for Establishment of a Knowledge-Based Economy POIG / ,00 PLN Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka Project co-financed by the European Regional Development Fund under the Operational Programme Innovative Economy

3 3 OD KOORDYNATORÓW Co prawda minął już termin oficjalnego zakończenia zadań wykonywanych w ramach Projektu, lecz nasza aktywność nie maleje. Konferencja Wspomaganie zarządzania zbiornikami zaporowymi, odbyła się 12 lutego 2014 w Katowicach i zgromadziła ponad 300 uczestników reprezentujących jednostki administracji państwowej i samorządowej, instytucje i przedsiębiorstwa uczestniczące bezpośrednio i pośrednio w działaniach związanych z gospodarką wodną, przedstawicieli jednostek kontrolujących i nadzorujących gospodarkę wodną, organizacji pozarządowych, a także naukowców, nauczycieli akademickich i studentów. W konferencji uczestniczyli m.in. Andrzej Gościniak, przewodniczący Sejmiku Województwa Śląskiego, dr Zygmunt Łukaszczyk, wojewoda śląski, Wojciech Główkowski, zastępca dyrektora Wydziału Ochrony Środowiska Urzędu Marszałkowskiego Województwa Śląskiego, a także przedstawiciele partnerów strategicznych Projektu ZiZOZap Tomasz Cywiński, zastępca dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Gliwicach i Janusz Ogiegło, wiceprezes zarządu Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów SA w Katowicach. O ważkości problemów poruszanych na konferencji świadczyły dyskusje prowadzone w trakcie sesji oraz obecność osób odpowiedzialnych za zarządzanie dwunastoma zbiornikami zaporowymi. W imieniu realizatorów projektu Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego jeszcze raz chcieliśmy serdecznie podziękować wszystkim uczestnikom Konferencji, wszystkim prelegentom za liczne przybycie na Konferencję i aktywny udział w dyskusjach plenarnych i kuluarowych. Rada Konsorcjum oraz koordynatorzy uznali za konieczne przedłużenie Projektu o dwa kwartały. Wyniknęło to z kilku powodów: potrzeby dopracowania produktów przewidzianych do komercjalizacji - zdalnego (online) automatycznego systemu pomiarowego parametrów meteorologicznych i fizykochemicznych oraz systemu do analizy liczebności i zagęszczenia ryb; wynika to ze zmiany naszego podejścia do komercjalizacji produktów/ rezultatów Projektu, których wdrożenie wymaga uruchomienia procedur prawnych i uzyskania wsparcia specjalistów (pomoc konsultingowa i brokerska); konieczności naprawy, uszkodzonej przez orkan Ksawery, stacji hydrometeorologicznej zlokalizowanej na Zbiorniku Goczałkowickim, która jest jednym z najważniejszych elementów w systemie zdalnych pomiarów parametrów meteorologicznych i fizykochemicznych; potrzeby zabezpieczenia i utrzymania systemu informacyjnego wraz z bazą danych i jej ciągłego uzupełniania o aktualne dane z 2014 roku; weryfikacji modeli fizyko-chemiczno-biologicznych zbiornika pod względem możliwości ich wykorzystania do zarządzania innymi zbiornikami; skonstruowania zintegrowanego systemu zarządzania i ochrony zbiornika. Obecnie wiele czasu przeznaczamy na marketing i komercjalizację wyników naszych badań. Warto wspomnieć o dwóch istotnych aktywnościach, które planowane są w najbliższym okresie w goczałkowickim Ekocentrum. Pierwsza to wymiana doświadczeń podczas wizyty roboczej w województwie śląskim Gubernatora prowincji Västra Götaland z Göteborga, dotycząca funkcjonowania zapory w Goczałkowicach oraz z jej specyficznej roli jaką spełnia w czasie powodzi, a także rozmowy o wynikach naszego programu badawczego wprowadzającego zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika w świetle wymogów Ramowej Dyrektywy Wodnej. Druga to zaplanowane w maju kolejne spotkanie ekspertów z Rad Gospodarki Wodnej Regionów Wodnych: Małej Wisły i Górnej Odry z udziałem Stałych Komisji ds. Udziału Społecznego. Na tym zebraniu wykonawcy Projektu ZiZOZap zaprezentują najważniejsze, z punktu widzenia zastosowania praktycznego, wyniki i doświadczenia Projektu. Liczymy na to, że Rady Gospodarki Wodnej Regionów Wodnych: Małej Wisły i Górnej Odry zarekomendują wykorzystanie wyników i doświadczeń Projektu ZiZOZap na innych zbiornikach. prof. dr hab. Paweł Migula, dr hab. Piotr Łaszczyca dr Andrzej Woźnica

4 4 FROM THE COORDINATORS Although the official deadline for completion of tasks carried out under the ZiZOZap project has already passed, we have not ceased our activity. On the 12 th of February 2014 a conference Supporting Management in Water Reservoirs was organised in Katowice, gathering over 300 participants, in that representatives of state and local government bodies, institutions and enterprises closely related to water management, representatives of controlling and supervising entities directly and indirectly dealing with water management, non-governmental organisations, as well as scientists, academic teachers and students. Among many others, the following guests took part in the conference: Andrzej Gościniak Chairman of the Silesian Council, dr. Zygmunt Łukaszczyk Voivode of the Silesian Province, Wojciech Główkowski Deputy Director of the Environmental Protection Department at the Silesian Province Marshal s Office, as well as representatives of the strategic partners of the project: Tomasz Cywiński Deputy Director of the Regional Office for Water Management in Gliwice and Janusz Ogiegło Vice-President of the Managing Board of the Upper Silesian Waterworks Company in Katowice. The importance of issues addressed during the conference was confirmed by discussions carried out during sessions and participation of persons responsible for management of twelve water dam reservoirs. On behalf of the team realising the project Integrated Support System for Management and Protection of Water Dam Reservoir we would like once again to express our thanks to all speakers and participants of the conference for their attendance and active participation in plenary and lobby discussions. Due to several reasons - which are presented below - the Project Consortium Council and the Coordinators have deemed it necessary to prolong the project by 6 months: the need to refine products intended for commercialisation the online automatic measuring system for meteorological and physicochemical parameters and the system for fish number and density analysis. This results from the change of our approach to commercialisation of the project products/results which requires implementation of legal procedures and support from specialists (consultancy and brokering); the need to repair a hydrometeorological station located in the Goczałkowice Reservoir - damaged by hurricane Xavier which is one of the most important tools in the system of remote measurements of meteorological and physicochemical parameters; necessity to secure and maintain the information system with the database and continuous uploading of current data (2014); verification of physicochemical and biological models of the Goczałkowice Reservoir in terms of their application to other water reservoirs; construction of an integrated management and protection system of the reservoir. Currently, a lot of time is being devoted to marketing and commercialisation of our research results. Worth mentioning are also two important events that are to be held in Goczałkowice Ekocentrum in the nearest future. The first will be the exchange of experience during the working visit of the Governor of Västra Götaland from Gothenburg in the Silesian Province. The discussions will focus on the operation of the Goczałkowice dam and its role in flood protection. We also expect some comments on the results of our research programme implementing the integrated system for management and protection of the reservoir in the context of the Water Framework Directive. The second event is planned to be held in May. It is the next meeting of experts representing Water Management Councils of Water Regions: Little Vistula and the Upper Oder and the Permanent Commissions on Social Participation. During this meeting researchers working under the ZiZOZap project will present the most important results and experience that could find practical application. We do hope that expert bodies from the Water Management Councils of Water Regions will recommend the use of results and experience gained under the ZiZOZap project for other water reservoirs. Prof. Paweł Migula, Dr. Piotr Łaszczyca, Dr. Andrzej Woźnica

5 5 Maria Kwarcińska Biuro Współpracy z Gospodarką, Uniwersytet Śląski w Katowicach maria.kwarcinska@us.edu.pl KOMERCJALIZACJA PRODUKTÓW I REZULTATÓW PROJEKTU ZIZOZAP Strategiczny projekt badawczy Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego realizowany w ramach I osi priorytetowej Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (PO IG) należy do kategorii projektów, o których mowa w art. 55 ust. 3 Rozporządzenia Rady (WE) nr 1083/2006, to znaczy projektów dla których nie ma możliwości obiektywnego oszacowania dochodu z wyprzedzeniem. Główną przyczyną uniemożliwiającą oszacowanie dochodu jest innowacyjny charakter projektu badawczego, dla którego trudno jest prawidłowo określić wyniki i rezultaty, a tym samym zaplanować produkty lub usługi, które mogłyby być przedmiotem sprzedaży. Niemniej jednak projekty te należą do kategorii projektów mogących generować dochód. W związku z tym konieczne jest monitorowanie rzeczywistego dochodu w okresie realizacji i trwałości projektu zgodnie z zasadami opisanymi w Procedurze wyliczania i monitorowania dochodu w projektach I oraz II osi priorytetowej Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka przygotowanej przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju 1. Dochód generowany przez projekt zgodnie z art. 55 ust. 3 ww. rozporządzenia oznacza różnicę pomiędzy przychodami wygenerowanymi w ramach projektu, a rzeczywistymi kosztami operacyjnymi ponoszonymi w trakcie realizacji i w okresie trwałości projektu. Wyliczenie takie dokonywane jest w skali całego projektu. Rejestrowane są wszystkie przychody w projekcie, a następnie od ich sumy odejmowane są wszystkie koszty operacyjne projektu. W trakcie trwania projektu oraz w okresie trwałości należy informować Narodowe Centrum Badań i Rozwoju o przychodach i kosztach operacyjnych związanych z funkcjonowaniem projektu. Informację taką przekazuje się w terminie do końca marca. W okresie realizacji projektu oraz w okresie jego trwałości może także wystąpić przychód niespełniający przesłanek art. 55 ust. 1 ww. rozporządzenia, który jest traktowany jako przychód incydentalny i nie podlega zasadom monitorowania przedstawionym w przytoczonej procedurze. Przychodem podlegającym monitorowaniu jest wpływ środków pieniężnych o charakterze opłat ponoszonych bezpośrednio przez odbiorców za korzystanie z produktów/usług wytworzonych w ramach projektu. Przychody takie mogą powstać np. w związku z komercjalizacją wyników badań przez: sprzedaż praw do wyników badań, udzielenie licencji na wynalazki, odpłatną realizację usług badawczo-wdrożeniowych. Przychody, które nie pochodzą z opłat ponoszonych bezpośrednio przez odbiorców, są określane mianem przychodu incydentalnego i nie są brane w wyliczaniu dochodu generowanego przez projekt. Do takich przychodów zalicza się np. wniesienie aktywów, w tym wartości niematerialnych i prawnych, w formie aportu do spółki prowadzącej działalność w oparciu o te aktywa. Odnosi się to zarówno do wniesienia aktywów do spółki już działającej, jak też nowo utworzonej, w tym spółki celowej utworzonej na podstawie art. 86a ustawy prawo o szkolnictwie wyższym, jak też dalszego wniesienia aportu przez spółkę celową do innych spółek. Komercjalizacja produktów i rezultatów projektu powinna być prowadzona zgodnie z zasadami opisanymi w dokumencie Wspólnotowe zasady ramowe dotyczące pomocy państwa na działalność badawczą, rozwojową i innowacyjną 2. Komercyjne wykorzystanie infrastruktury i wyników badań projektu powinno odbywać się na zasadach rynkowych, które gwarantują, że nie dojdzie do przekazania nieuzasadnionych korzyści ekonomicznych podmiotom gospodarczym. Oznacza to że: 1. zasady dostępu do infrastruktury/wyników badań muszą być jednakowe dla wszystkich użytkowników zewnętrznych, 2. działalność komercyjna musi być prowadzona bez jakichkolwiek form dyskryminacji lub uprzywilejowania podmiotów, 3. produkty/usługi muszą być świadczone po cenach rynkowych uwzględniających całkowite koszty i marżę rynkową. 1. Procedura wyliczania i monitorowania dochodu w projektach I oraz II osi priorytetowej Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2. Wspólnotowe zasady ramowe dotyczące pomocy państwa na działalność badawczą, rozwojową i innowacyjną (2006/C 323/01)

6 6 Maria Kwarcińska Cooperation with Economy Bureau, University of Silesia in Katowice COMMERCIALISATION OF ZIZOZAP PRODUCTS AND RESULTS Strategic research project Integrated System Support Management and Protection of Water Reservoir realised under the first priority axis of the Operational Programme Innovative Economy belongs to the category of projects referred to in Art. 55 paragraph 3 of the Council Regulation No 1083/2006, namely the projects for which it is not possible to estimate objectively the revenue in advance. The main reason which makes it impossible to estimate the revenue is the innovative nature of the research project, for which it is difficult to correctly determine outcomes and results, and thus plan the products/services that could be sold. However, these projects fall into the category of projects that could generate income. Therefore, it is necessary to monitor the actual revenue during the implementation and sustainability of the project in accordance with the principles described in the Procedure for calculating and monitoring revenues in projects of the I and II priority axis of the Innovative Economy Operational Programme prepared by the National Research and Development Centre 1. According to Art. 55 paragraph 3 of the above-mentioned Regulation income generated by the project is the difference between the revenues generated by the project and the real operating costs incurred during period of the project implementation and sustainability. Such calculation is made for the entire project. All revenues in the project are recorded, and then from its sum all operating costs of the project are subtracted. During the project and its sustainability the National Centre for Research and Development should be reported of the revenues and operating expenses associated with the project operation. Such information should be submitted by the end of March. During the project implementation period and its sustainability revenues not meeting the provisions of Art. 55 paragraph 1 of the quoted Regulation may also occur; in this case the revenue is treated as incidental income and is not subject to the rules set out in the above-mentioned monitoring procedure. Revenue liable to the monitoring is income in the form of fees paid directly by the consumers for the use of products/services produced under the project. Such revenue may arise e.g. in connection with the commercialisation of research results by: sale of rights to research results, licensing of inventions, paid research and implementation services. Revenues that are not derived from fees paid directly by the users, are called incidental income and are not included in the calculation of the income generated by the project. Such income includes, for example, transfers of assets, including intangible assets, in the form of an in-kind contribution to a company operating on the basis of such assets. This applies both to the assets contributed to the already existing company, as well as to a newly founded one, including special purpose company established on the basis of Art. 86a of the Law on Higher Education, as well as a further in-kind contribution made by a special purpose company to other companies. Commercialisation of project results and products should be carried out in accordance with the principles described in the document Community Framework for State Aid for Research and Development and Innovation 2. Commercial use of the infrastructure and research results should be based on market conditions, which guarantees that there is no unjustified transfer of economic benefits to economic entities. This means that: access rules to the infrastructure/research results must be the same for all external users, commercial activities must be carried out without any form of entity discrimination or preference, products/services must be provided at market prices taking into account the total costs and the market margin. 1. Procedure for calculating and monitoring revenues in projects of the I and II priority axis of the Innovative Economy Operational Programme 2. Community Framework for State Aid for Research and Development and Innovation

7 7 Damian Absalon, Magdalena Matysik, Marek Ruman Zakład Hydrologii i Gospodarki Wodnej Obszarów Urbanizowanych, Uniwersytet Śląski w Katowicach damian.absalon@us.edu.pl AUTOMATYCZNY MONITORING CIĄGŁY JAKOŚCI WÓD POWIERZCHNIOWYCH WADY I ZALETY Jednym z głównych elementów Projektu ZiZOZap jest prowadzenie automatycznego monitoringu ciągłego jakości wód powierzchniowych. Lokalizację punktów monitoringu ciągłego (rys. 1) parametrów fizycznych i chemicznych wody poprzedziły szczegółowe badania terenowe oraz analiza planu batymetrycznego zbiornika, analiza danych historycznych i przepływów rzeki Wisły, mające zapewnić maksymalną reprezentatywność badanych parametrów. Budowa sytemu monitoringu wymagała instalacji trzech sond: jednej na dopływie Wisły do zbiornika, drugiej na wypływie wody ze zbiornika, w celu prowadzenia badań jakości wody dopływającej do zbiornika i wpływu akwenu na jakość rzeki poniżej obiektu. Najbardziej skomplikowanym elementem systemu była instalacja trzeciej sondy autonomicznej pławy (boi) pomiarowej umieszczonej w toni zbiornika (fot. 1). Pława ta, poza monitoringiem parametrów fizycznych i chemicznych wody, realizuje pomiar podstawowych parametrów meteorologicznych. Transmisja danych z systemu prowadzona jest zdalnie dzięki modemom GSM-GPRS i przesyła do serwera dającego możliwość analizy parametrów. Umożliwia to natychmiastowy dostęp do gromadzonych pomiarów oraz zdalną konfigurację. Jest to pierwsza w Polsce pływająca stacja hydrologiczno-meteorologiczna o takim zakresie badanych parametrów. Zainstalowane sondy wieloparametrowe DS5X (HYDROLAB) firmy OTT Messtechnik GmbH umożliwiają pomiar parametrów takich, jak: temperatura wody, tlen rozpuszczony, odczyn ph, potencjał REDOX, przewodnictwo elektrolityczne właściwe, chlorofil, mętność, azotany, chlorki. Sondy zostały przygotowane do pracy w środowisku wodnym posiadają centralny system samoczyszczący, który zmywa zanieczyszczenia przylegające do czujników przed każdym pomiarem, zapewniając maksymalną wiarygodność prowadzonych badań. Sondy umożliwiają jednoczesny pomiar 16 parametrów. Wyniki są dodatkowo gromadzone w pamięci sondy (maksymalnie 120 tys. rekordów), a interwał pomiarowy może być dowolnie zaprogramowany. Pierwsze wyniki uzyskano w 2010 r. Po uzgodnieniach z producentem sprzętu postanowiono, że boja na zbiorniku pozostanie także w okresie zimowym, co było pierwszą tego typu próbą przeprowadzoną na zbiorniku zaporowym w Polsce i w tej części Europy, w której zbiorniki zimą zamarzają. Mroźna zima 2010/2011 zweryfikowała te zamierzenia wskutek zmian poziomu lustra wody pod lodem, a także pracy samego lodu i wiatru doszło do zerwania 1,5-tonowej konstrukcji pławy, jej przemieszczenia na odległość kilkuset metrów, a w efekcie uszkodzenia. W kolejnych zimowych sezonach pomiarowych prewencyjnie wyjmowano boję z wody, aż do okresu zejścia pokrywy lodowej ze zbiornika. Zakres mierzonych parametrów pozwala realizować monitoring badawczy (potamiczny i limniczny), dostarcza szeregu informacji o jakości wód dopływających i wypływających ze zbiornika. Pozwala na ocenę wpływu akwenu na jakość wód rzecznych oraz dostarcza informacji meteorologicznych (monitoring meteorologiczny). Dostarcza także informacji o rozwoju procesów eutrofizacji i warunków życia flory i fauny (monitoring biologiczny). Wszystkie badane parametry zasilają model funkcjonowania zbiornika. Monitoring ciągły parametrów fizycznych i chemicznych wody pokazuje dynamikę obserwowanych wskaźników, nie tylko sezonową, lecz dobową, co poprawia możliwości właściwej interpretacji otrzymywanych wartości i szybkość reakcji na zagrożenia. Możliwość ciągłego obserwowania zmian termiki wód akwenu doprowadziła do stwierdzenia, że w zbiorniku występuje okresowa stratyfikacja termiczna pomimo jego niewielkiej głębokości maksymalnej (rys. 2). Pomiary z wykorzystaniem sond automatycznych, poza ciągłym dostępem do wyników w dużej mierze niezależnym od pogody, pory roku, dnia czy warunków meteorologicznych wskazują nowe możliwości w zakresie monitorowania jakości wód. Wyniki uzyskane takimi metodami są zdecydowanie bardziej reprezentatywne do pozyskiwanych w tradycyjny sposób, ponieważ tradycyjny monitoring oparty na rzadkich pomiarach w cyklu rocznym, w specyficznych warunkach może prowadzić do błędnych wniosków na temat stanu obiektu badań. Dotyczy to szczególnie wskaźników o dużej zmienności dobowej, takich jak: mętność, stężenie chlorofilu oraz tlen rozpuszczony.

8 8 Rys. 1. Lokalizacja punktów pomiarowo-badawczych: 1. Wisła powyżej zbiornika (jaz w Strumieniu), 2. Zbiornik Goczałkowicki najgłębszy punkt, 3. Wisła poniżej zbiornika Fig. 1. Location of monitoring stations: 1. The Vistula River upstream of the reservoir (weir in Strumień), 2. The Goczałkowice Reservoir the deepest point, 3. The Vistula River downstream of the reservoir Fot. 1. Pława ( żółta boja ) z sondą pomiarową i stacją meteorologiczną Photo 1. Yellow buoy with the measurement probe and meteorological station Rys. 2. Zmiany temperatury wody Zbiornika Goczałkowickiego wyniki z czujników umieszczonych na różnych głębokościach Fig. 2. Water temperature changes in the Goczałkowice Reservoir data from probes placed at different depths

9 9 Damian Absalon, Magdalena Matysik, Marek Ruman Institute of Hydrology and Water Management in Urbanised Areas, University of Silesia in Katowice AUTOMATIC CONTINUOUS MONITORING OF SURFACE WATER QUALITY ADVANTAGES AND DISADVANTAGES One of the main elements of the ZiZOZap project is automatic continuous monitoring of surface water quality. Location of sites for continuous monitoring (fig. 1) of physical and chemical parameters of water was preceded by a detailed field research, analysis of bathymetric chart of the reservoir as well as analysis of historical data and the Vistula flow to guarantee that the tested parameters were representative. The construction of the monitoring system required installation of three probes - one on the inflow of the Vistula to the reservoir, the second one on the outflow from the reservoir in order to test the quality of water flowing into the reservoir and the impact of the reservoir on the water quality downstream of it. The most complicated element of the system was the installation of the third probe autonomous measurement buoy placed in the reservoir s water (photo 1). This buoy measures not only physical and chemical parameters of water but also basic meteorological parameters. Transmission of data from the system is carried out remotely through GSM-GPRS modems, with data sent to a server analysing the parameters. This enables immediate access to the gathered measurement data as well as remote configuration. It is the first Polish floating hydrometeorological station with such a wide range of tested parameters. The installed multi-parameter probes DS5X (HYDROLAB) by OTT Messtechnik GmbH measure the following parameters: water temperature, dissolved oxygen, ph, redox potential, specific conductance, chlorophyll, turbidity, nitrates and chlorides. Probes were prepared to work in water environment, they have a central self-cleaning system that removes dirt from the electrodes before each measurement, which guarantees maximum reliability of tests. The probes can test 16 parameters at the same time. Results are additionally collected in the probe s memory (up to measurements) and their interval may be programmed at one s discretion. The first results were obtained in As agreed with the manufacturer of the device it was decided that the buoy would remain on the reservoir also in the winter period, which was the first such an attempt on a dam reservoir in Poland and in this part of Europe, where reservoirs freeze over in winter. Frosty winter 2010/2011 verified these plans as a result of changes in the level of water under the ice as well as wind and movements of the ice itself, the 1.5-ton construction of the buoy was broken and seriously damaged after travelling several hundred metres away. In the following winter seasons, as a preventive measure, the buoy was taken out of water, until the ice on the lake was melted. The scope of the tested parameters enables research monitoring (potamic and limnic) and provides some information about the quality of water flowing into and out of the reservoir. It makes it possible to assess the impact of the reservoir on water quality and provides meteorological information (meteorological monitoring). It also provides information about eutrophication and conditions of plant and animal life (biological monitoring). All tested parameters contribute to the functional model of the reservoir. Continuous monitoring of physical and chemical parameters of water shows changes in the observed indexes, not only seasonal but also daily, which improves the possibility of proper interpretation of the obtained values and the time of reaction to potential threats. The possibility of observing continuous changes in water temperature in the reservoir led to the conclusion that periodic thermal stratification must take place in the reservoir despite its low maximum depth (fig. 2). Measurements with the use of automatic probes providing continuous access to the results regardless of the weather, day or meteorological conditions show the potential of water quality monitoring. The obtained results are much more representative than the ones obtained in a traditional way. Traditional monitoring based on rare measurements in an annual cycle under specific conditions may lead to false conclusions about the state of the research subject. This mainly concerns indexes with high day to day variability such as turbidity, chlorophyll concentration and dissolved oxygen.

10 10 Jacek Długosz, Piotr Cofałka Dział Systemów Informatycznych, Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych IT Systems Team, Institute for Ecology of Industrial Areas BAZA DANYCH DATABASE Opracowana przez Zespół IETU baza danych Projektu ZiZOZap została zaprojektowana pod kątem gromadzenia i udostępniania danych pomiarowych, w celu wspomagania zarządzania zbiornikiem zaporowym zgodnie z metodyką opracowaną w Projekcie. Model konceptualny bazy opracowano przy użyciu modelu związków encji, przy czym pod pojęciem encji rozumie się reprezentację wyobrażonego lub rzeczywistego obiektu. Model konceptualny stanowi odwzorowanie rzeczywistego procesu monitoringu w systemie informatycznym. Baza danych została oparta na silniku MS SQL Server 2008R2. Implementacja bazy danych zapewniła możliwość wprowadzania danych o różnym charakterze i od różnych dostawców. Jest to istotne dla projektów o interdyscyplinarnym charakterze, w których w obrębie monitoringu różnie definiuje się pojęcia z nim związane (np. parametr, punkt pomiarowy rozumiany jako punkt lub jako obszar, itp.). W bazie zgromadzono blisko 12 mln wyników pomiarów dotyczących 32 kategorii monitoringu prowadzonego w Projekcie jak i pozyskanych danych archiwalnych. Łącznie dane te opisują blisko 2400 parametrów mierzonych w ponad 190 punktach rozmieszczonych w zlewni Małej Wisły. Baza danych Projektu zasilana jest zasadniczo trzema strumieniami: (1) usługi wstawiające periodycznie dane pochodzące z systemów online lub systemów automatycznych; (2) dane importowane przez użytkowników samodzielnie za pomocą przygotowanych wcześniej szablonów i mechanizmów importu; (3) dane ładowane incydentalnie przez operatora bazy danych za pomocą mechanizmu importu po uprzednim skonwertowaniu do wymaganej postaci. The database developed by IETU team under the ZiZOZap project was designed to collect measurement data and make them available in order to support the management of the dam reservoir in accordance with the methodology worked out in the project. The conceptual model of the database was developed using an entity relationship model, where the term entity is meant to embody an imagined or real object. The conceptual model is a representation of an operating, real monitoring system. The database is based on the MS SQL Server 2008R2 engine. The implementation of the database enables the input of diverse data and data coming from various providers. This is particularly important in the case of interdisciplinary projects, where there are different definitions of the same monitoring concept among project partners (for example, a given parameter, a measuring point which may be represented either as a point, or as an area, etc.). The database contains nearly 12 million results within 32 categories, which represent project monitoring results and the obtained archival data. In total, these data describe almost 2400 parameters measured in over 190 points located within the Little Vistula catchment area. Basically, the database is supplied by three sources: (1) services periodically inserting data from online systems or automated systems; (2) users who insert the data themselves with pre-prepared templates and import mechanisms; (3) database operators who incidentally load data using the import mechanism after format conversion. Automatyczny monitoring prowadzony online został wyposażony w mechanizmy kontrolujące poprawność spływających danych. Dzięki wprowadzonej kontroli możliwa jest natychmiastowa reakcja zespołów badawczych mająca na celu zweryfikowanie poprawności działania urządzeń pomiarowych i przesyłowych tak, by jak najszybciej przywrócić pełne funkcjonowanie systemu. W bazie zgromadzono także dane dostarczone przez partnera strategicznego Projektu Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA i firmę EcoClima Serwis S.J., a także pozyskane z Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Katowicach. Znaczna część danych archiwalnych została przepisana z papierowych ksiąg udostępnionych przez Zakład Uzdatniania Wody w Łące. Zgromadzone dane dostępne są dla uczestników i partnerów Projektu po uwierzytelnieniu. Dane monitoringowe można przeglądać zarówno przez stronę internetową Projektu jak i przez stronę geoportalu. Automatic online monitoring was equipped with mechanisms for controlling the correctness of data. Thanks to this mechanism, in the case of any data quality or data transmission failure, immediate response can be made to restore proper functioning of the system. The database also included data provided by the strategic partner of the project the Upper Silesia Waterworks (GPW SA) and Ecoclima Serwis, as well as data obtained from the Voivodeship Inspectorate for Environmental Protection (WIOŚ). A significant part of the data comes from paper books provided by the Water Treatment Plant (ZUW) in Łąka. All the collected data are available for project partners and participants after authentication. Monitoring data can be viewed on the project website and via the project geoportal.

11 11 Joachim Bronder, Jacek Długosz, Piotr Cofałka Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych GEOPORTAL Geoportal jest dostępny pod adresami: Geoportal is available at: (geoportal ogólnodostępny / public geo-portal) (geoportal dla użytkowników zarejestrowanych / geoportal for registered users) Celem głównym utworzenia geoportalu w Projekcie ZiZOZap jest wspomaganie zarządzania zbiornikiem zaporowym w aspekcie ochrony środowiska. Temu celowi towarzyszą cele uzupełniające, którymi są: (1) ułatwienie dostępu do danych pomiarowych oraz danych przestrzennych, ich wyświetlenie na mapie, bez konieczności znajomości narzędzi GIS przez użytkownika; (2) komunikowanie wyników badań, pomiarów oraz analiz pomiędzy uczestnikami Projektu; (3) zrozumienie relacji przestrzennych pomiędzy obserwowanymi zjawiskami; (4) monitorowanie działania przyrządów pomiarowych oraz; (5) przygotowanie map do artykułów. Na architekturę geoportalu składają się: (1) baza danych pomiarowych; (2) baza danych przestrzennych; (3) moduł budowy zapytań do bazy danych przez użytkownika geoportalu; (4) plik sterujący kompozycji mapowej; (5) serwis mapowy; (6) aplikacja geoportalu. Przy tworzeniu usługi geoportalu zastosowano generator standardowej aplikacji mapowej ESRI uzupełniony o rozszerzenie zawierające dodatkowe funkcje. Dzięki integracji narzędzi firmy ESRI z rozwiązaniami informatycznymi zespołu IETU udało się uzyskać unikalną funkcjonalność geoportalu wychodzącą poza rozwiązanie standardowe. Są to: (1) dostęp do danych pomiarowych, tworzonych przez uczestników Projektu oraz danych generowanych przez automatyczne przyrządy pomiarowe; (2) wyświetlanie wykresów w postaci liniowej lub słupkowej oraz tablic z możliwością zapisu do pliku; (3) łączenie wybranych lokalizacji na mapie z multimediami (np. zdjęciami); (4) zmiana kolejności wyświetlanych map; (5) dodanie własnych map do systemu; (6) personalizacja wyświetlania danych w zależności od przynależności użytkownika do grupy zadaniowej. Geoportal ZiZOZap integruje dane wytworzone w ramach Projektu z danymi pozyskanymi z lokalnych sieci monitoringowych, wolnymi od opłaty danymi pochodzących z rejestrów krajowych i europejskich oraz danymi zakupionymi w Wojewódzkim Ośrodku Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej w Katowicach.

12 12 The main objective of the ZiZOZap geoportal is to support management of a dam reservoir in the context of environmental protection. This objective is accompanied by complementary objectives, which are: (1) facilitating access to measurement and spatial data, including the display of data on the map without the necessity of knowing the GIS tools by the user; (2) communicating the research, measurement and analysis results among the project participants; (3) understanding the spatial relationships between the observed phenomena; (4) monitoring the operation of measuring instruments; (5) preparation of maps for scientific articles. The architecture of the ZiZOZap geoportal consists of: (1) a database with measurement data; (2) spatial database; (3) module for the user-tailored database queries; (4) control file of map composition; (5) map service; (6) geoportal application. For the development of the ZiZOZap geoportal an ESRI (Environmental System Research Institute) standard map service generator was used. It was supplemented by an extension containing additional features, developed by the IETU IT team. Due to the integration of ESRI tools with solutions of the IETU IT team the geoportal was equipped with unique functionalities that go far beyond standard solutions. These are: (1) access, via geoportal, to the measurement data generated by the project participants and to the data generated by automatic measuring instruments; (2) display of line or bar charts and tables with a possibility of saving data to a file; (3) combining selected locations on the map with the multimedia files (e.g. photos); (4) change of display order of the geoportal maps; (5) possibility of adding user s own maps to the system; (6) personalisation of data display, depending on the user s role in the project. The geoportal developed under the ZiZOZap project integrates data from different sources including data generated by the project, data acquired from the local monitoring network, free of charge data from national and European inventories and data purchased from the Voivodeship Centre for Geodetic and Cartographic Documentation in Katowice.

13 13 Andrzej Pasierbiński, Eugeniusz Małkowski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Śląski w Katowicach Andrzej Siudy Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA w Katowicach andrzej.pasierbinski@us.edu.pl PO CO ZBIORNIKOWI SZUWARY? Zbiorniki zaporowe, mimo ich antropogenicznej genezy, wkrótce po napełnieniu wodą ulegają częściowej naturalizacji. W zbiorniku oraz jego bezpośrednim otoczeniu spontanicznie kształtuje się szata roślinna, która sprzyja rozwojowi innych organizmów ptaków, ryb oraz drobnych organizmów planktonowych. W ten sposób całkowicie sztuczny zbiornik, który powstał z inicjatywy człowieka i dla zaspokojenia jego potrzeb, nawiązuje kontakt z otaczającymi go ekosystemami przez skomplikowane sieci troficzne. Te spontaniczne i naturalne procesy powodują, że z czasem zbiornik zaczyna przypominać naturalne akweny, mimo że warunki hydrologiczne pozostają pod kontrolą człowieka. Najbardziej typowym składnikiem szaty roślinnej jezior są zbiorowiska szuwarów, tworzące charakterystyczny pas roślinności wokół zbiornika. Szuwary są budowane głównie przez okazałe gatunki roślin o trawiastym pokroju, takie jak trzcina pospolita (Phragmites australis), manna mielec (Glyceria maxima), mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea), niektóre gatunki dużych turzyc (Carex sp.), oczeret jeziorny (Schoenoplectus lacustris), pałkę (Typha sp.) i inne (fot. 1). Pas szuwarów jest niejednorodny i tworzy mozaikę wzajemnie zastępujących się gatunków. Kształt tej mozaiki zależy od warunków siedliskowych, szczególnie od wilgotności podłoża, co potwierdziły badania prowadzone w ramach Projektu ZiZOZap. Wyniki analiz danych teledetekcyjnych wykazały, że istnieje wyraźny związek pomiędzy gradientem wilgotności podłoża, a dominacją jednego z trzech gatunków, tworzących pas szuwarów Zbiornika Goczałkowickiego. Trzcina pospolita preferuje miejsca najwilgotniejsze, porastając najdalej wysunięty w kierunku zbiornika pas litoralu. Ponadto manna mielec preferuje siedliska bardziej zasobne w azot, co dodatkowo komplikuje przestrzenne rozmieszczenie tych gatunków. Obecność spontanicznie rozwijających się zbiorowisk szuwarowych w zbiornikach zaporowych jest zjawiskiem korzystnym, zarówno ze względu na ich zdolność do fitoremediacji, jak i funkcje ekologiczne. Potencjał fitoremediacyjny szuwarów ma szczególne znaczenie dla zbiorników, których woda przeznaczona jest do konsumpcji. Pas szuwarów stanowi naturalny filtr, ograniczający spływ powierzchniowy biogenów do zbiornika, dzięki czemu zmniejsza prawdopodobieństwo zakwitu (fot. 2). Badania przeprowadzone w ramach Projektu ZiZOZap wykazały, że łącznie zbiorowiska szuwarowe Zbiornika Goczałkowickiego mogą związać w czasie jednego sezonu wegetacyjnego ponad 20 ton azotu i ok. 2 ton fosforu. Główne gatunki traw tworzących szuwary wykazują zbliżone zdolności do wiązania biogenów, różnią się jednak wytwarzaną biomasą na jednostkę powierzchni. Ma to duże znaczenie ze względu na potencjalne możliwości wykorzystania tych roślin do fitoremediacji. Trzcina pospolita tworzy niemal trzykrotnie większą biomasę, co także przekłada się na bardziej korzystny stosunek ilości wiązanych biogenów do powierzchni zbiorowiska. Przestrzenna heterogeniczność i zróżnicowanie gatunkowe szuwarów, wynikające z lokalnych gradientów środowiskowych, sprzyjają dopasowaniu tych siedlisk do pełnionych funkcji. Np. szuwary zdominowane przez mannę mielec wygrywają konkurencję z trzciną pospolitą na siedliskach bardziej zasobnych w azot, a zarazem mniej wilgotnych, często położonych w większej odległości od brzegu zbiornika. Jednak spośród opisanych gatunków, największych korzyści dla zbiornika dostarczają zbiorowiska szuwarowe zdominowane przez trzcinę pospolitą. Szuwary trzcinowe pełnią funkcję siedliskotwórczą dla wielu gatunków zwierząt, stanowią miejsca tarliskowe dla ryb, schronienie dla narybku, miejsca lęgowe i schronienie dla ptactwa wodnego oraz siedlisko dużego zooplanktonu. Ma to szczególne znaczenie w przypadku zbiorników, które muszą pogodzić funkcje gospodarcze z przyrodniczymi. Wydaje się więc, że należy dążyć do uzyskania jak największych powierzchni zajętych przez szuwary z dominacją trzciny pospolitej. Nie jest to proste zadanie, szczególnie w zbiornikach zaporowych, pełniących m.in. funkcje przeciwpowodziowe, gdyż trzcina jest wrażliwa na znaczne wahania lustra wody. Utrzymanie w dobrej kondycji roślinności szuwarowej, w zbiorniku zaporowym o bardzo łagodnym skłonie zboczy, wymaga od administratora wielkiej ostrożności w prowadzeniu gospodarki wodnej, zwłaszcza podczas wiosennych roztopów, gdy znaczna część szuwarów jest uwięziona w lodzie. Zbyt szybkie podniesienie poziomu wody w tym okresie powoduje wyrwanie roślin szuwarowych i zahamowanie ich rozwoju. Od 4 lat, dzięki osiągnięciom Projektu ZiZOZap, świadomość obsługi Zbiornika Goczałkowickiego odnośnie znaczenia szuwarów zmieniła się diametralnie. Podczas roztopów obsługa tak reguluje odpływem ze zbiornika, by poziom piętrzenia był niezmienny aż do czasu ustąpienia zjawisk lodowych, co zapewnia stabilny rozwój i umocnienie się systemów korzeniowych roślin szuwarowych. Wymienione właściwości roślinności szuwarowej można postrzegać jako swoiste usługi, świadczone przez ekosystem na rzecz gospodarki. Jednocześnie, opisane tu zbiorowiska są naturalnymi układami, stanowiącymi istotny składnik rodzimej szaty roślinnej, który prócz wymienionych korzyści pełnią także funkcję estetyczną.

14 14 Andrzej Pasierbiński, Eugeniusz Małkowski Faculty of Biology and Environmental Protection, University of Silesia in Katowice Andrzej Siudy Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA w Katowicach andrzej.pasierbinski@us.edu.pl ARE REED BEDS NECESSARY FOR RESERVOIR? Dam reservoirs, despite their anthropogenic origin, transform rapidly to more natural ecosystems. In the reservoirs and their surroundings a plant cover typical for wetlands begins to appear, creating a shelter and providing food for a wide range of different animal and plant species. As the time goes by these ecosystems connect with other natural ecosystems. Consequently the reservoir, which is an artificial habitat, becomes part of a natural food web, although hydrological conditions in the reservoir are under control of the human being all the time. The most typical element of the lake vegetation are reed beds. The dominant plant species in the Goczałkowice Reservoir are: Phragmites australis, Glyceria maxima, Phalaris arundinacea. The analysis of remote sensing data revealed that there was a clear relationship between the gradient of substrate humidity and dominance of one of the three above mentioned species. In contrast with Glyceria maxima and Phalaris arundinacea, Phragmites australis prefers sites with high humidity and frequently it grows into the water to 0.5 m depth. On the other hand, Glyceria maxima grows better in the substrate with higher content of nitrogen. Reed beds play an important role in dam reservoirs. Plants are a natural filter, which diminishes surface flow of biogenic elements into the reservoir waters and they can be used in phytoremediation of nitrogen and phosphorus. In consequence, possibility of algae bloom becomes lower. Investigations carried out under the ZiZOZap project showed that reed beds in the Goczałkowice Reservoir were able to accumulate more than 20 t of nitrogen and 2 t of phosphorous during the vegetation season. Among plant species occurring in the reed beds Phragmites australis is superior to the others since it produces 3-fold more biomass per unit area when compared to Glyceria maxima and Phalaris arundinacea. Stands with domination of Phragmites australis form very good living conditions for waterfowl, fish, phytoplankton and zooplankton organisms. Thus, the aim of the reservoir managers should be enhancement of area occupied by stands with domination of Phragmites australis. It is a difficult task, particularly in spring thaw periods, when rapid rise of water table can pull up plants trapped in the ice. For this reason, proper management of the reservoir water level in spring is of great importance for good conditions of the reed beds. On the basis of the data presented above the reservoir reed beds must be seen as an important factor contributing to the maintenance of high water quality and the habitats for a wide range of organisms. Since reservoirs are commonly used for recreational purposes such as fishing and boating green belts of reed bed vegetation also play an important aesthetic role. Fot. 1. Szuwary z dominacją manny mielec tworzą rozległe płaty w rejonie cofki i w zatokach zbiornika Photo 1. Reed beds with domination of Glyceria maxima form large areas in the bays and backwater of the reservoir Fot. 2. Wysokie szuwary trzcinowe najbardziej korzystne dla zbiornika, ze względu na ich potencjał fitoremediacyjny. Obecnie stanowią ok. 20% powierzchni wszystkich zbiorowisk szuwarowych Zbiornika Goczałkowickiego Photo 2. Stands with domination of Phragmites australis. This type of reed beds is superior to others because of its phytoremediation potential. At present the stands with domination of Phragmites australis cover about 20% of the area occupied by reed beds in the Goczałkowice Reservoir

15 15 Robert Gwiazda Instytut Ochrony Przyrody PAN, Kraków Fot. 1. / Photo. 1. WPŁYW POZIOMU PIĘTRZENIA ZBIORNIKA NA PTAKI WODNE Zbiorniki zaporowe, ze względu na ich funkcje, charakteryzują się zmiennym poziomem wody. Zmiany te, zwłaszcza gwałtowne, są ważnym czynnikiem wpływającym na bogactwo gatunkowe i liczebność zespołu ptaków. Poziom Zbiornika Goczałkowickiego w 2011 r. był znacznie bardziej stabilny niż w 2012 r. Miało to wpływ na dynamikę liczebności zespołu ptaków (rys. 1). Obniżenie poziomu wody w okresie migracji ptaków jest korzystne i powoduje pojawienie się dogodnych siedlisk do żerowania. Od połowy czerwca do końca września 2012 r. poziom piętrzenia stopniowo obniżył się aż o 75 cm. Niski poziom wody i odsłonięte dno w tym okresie spowodowały wzrost różnorodności gatunkowej i liczebności siewkowych (Charadrii) i bekasowców (Scolopaci) żerujących na zbiorniku w okresie przelotów jesiennych (rys. 2), w tym biegusy zmienne (Calidris alpina), piaskowce (Calidris alba) i kamuszniki (Arenaria interpres) (fot. 1 i 2). Na przykład maksimum liczebności czajki (Vanellus vanellus) na zbiorniku w 2012 i 2011 r. wynosiło odpowiednio 340 i 61 osobników. Dla bataliona (Philomachus pugnax) maksimum liczebności wynosiło odpowiednio 130 i 40 osobników. W obszarach wypłyconych znajdowały dogodne miejsca żerowiskowe cyraneczki (Anas crecca), których liczebność przekraczała 2 tys. osobników. W 2012 r. stwierdzono również większą liczebność m.in. gęgawy (Anas anas), łabędzia niemego (Cygnus olor), krakwy (Anas strepera), czy czernicy (Aythya fuligula) w stosunku do roku Podwyższanie poziomu wody w okresie lęgowym (IV VII) jest natomiast niekorzystne, gdyż powoduje zalewanie miejsc gnieżdżenia się, zatapianie gniazd i straty w lęgach ptaków. Pomiędzy 12 a 16 czerwca 2012 r. zanotowano na Zbiorniku Goczałkowickim gwałtowny wzrost poziomu piętrzenia o 27 cm. Spowodowało to zalanie gniazd śmieszek (Chroicocephalus ridibundus) i rybitw rzecznych (Sterna hirundo) z jajami, lub małymi pisklętami, powodując duże straty w lęgach (>20%). Straty stwierdzono także w lęgach czernicy i krzyżówki (Anas platyrhynchos). Obniżenie poziomu wody w okresie lęgowym również byłoby niekorzystne, gdyż mogłoby powodować ułatwiony dostęp drapieżników do gniazd na wyspach. Z punktu widzenia ochrony przyrody ważne jest zachowanie dogodnych warunków dla chronionych siedlisk przyrodniczych i gatunków Liczebność [os.] / Numbers [ind.] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesiące / Months Rys. 1. Liczebność ptaków wodnych na Zbiorniku Goczałkowickim w poszczególnych dekadach miesięcy w latach Fig. 1. Population of water birds in the Goczałkowice Reservoir in decades of particular months in 2011 and 2012

16 16 Robert Gwiazda Institute of Nature Conservation PAS, Cracow Fot. 2. / Photo 2. IMPACT OF THE RESERVOIR DAMMING LEVEL ON WATER BIRDS Reservoirs, due to their function, are characterised by a variable water level. These changes, mostly quite significant, are an important factor affecting the diversity and number of a bird community. Water level of the Goczałkowice Reservoir was much more stable in 2011 than in It had a great impact on the dynamics of the water bird population (Fig. 1). Lower water level during the migration of birds causes the appearance of suitable habitats for foraging. In the period from June to September 2012 the water damming level gradually decreased by as much as 75 cm. The low water level and the exposed bottom observed in this period resulted in higher diversity of species and an increasing number of waders Charadrii and Scolopaci feeding in the reservoir during the autumn (Fig. 2), in that Dunlin Calidris alpina, Sanderling Calidris alba and Ruddy Turnstone Arenaria interpres (Photo 1 and 2). For example, the maximum number of Lapwing Vanellus vanellus in the reservoir in 2012 and 2011 was 340 individuals and 61 individuals, respectively. Maximum population size of Ruff Philomachus pugnax was 130 individuals and 40 individuals, respectively. Teal Anas crecca found good foraging areas also in shallow places and its number exceeded 2000 individuals. Among others, greater abundance of Greylag Anas anas, Mute Swan Cygnus olor, Gadwall Anas strepera or Tufted Duck Aythya fuligula was recorded in 2012 if compared to Water level increase in the breeding season (IV VII) is undesirable because it causes flooding of the breeding sites and nests as well as brood loss in birds. Between 12 and 16 June 2012 the water damming level in the Goczałkowice Reservoir rapidly increased, c. 27 cm. This resulted in the flooding of nests of Black-headed Gull Chroicocephalus ridibundus and Common Tern Sterna hirundo with eggs or chicks, causing large losses in the clutches (> 20%). Clutch losses in the Tufted Duck and Mallard Anas platyrhynchos were observed as well. Lower water level during the breeding season would also be a disadvantage, because it could result in an easier access to the nests located on islands for predators. Maintaining favourable conditions for the protected habitats and species is, therefore, very important from a nature conservation point of view. Liczebność [os.] / / Numbers [ind.] [ind.] VII VIII IX X I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesiące / Months Miesiące / Months Rys. 2. Dynamika liczebności siewkowców Charadrii i bekasowców Scolopaci na Zbiorniku Goczałkowickim w poszczególnych dekadach miesięcy 2011 i 2012 Fig. 2. Population dynamics of waders Charadrii and Scolopaci in the Goczałkowice Reservoir in decades of particular months in 2011 and 2012

17 17 Elżbieta Nachlik, Antoni Bojarski Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej, Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki elzbieta.nachlik@iigw.pl MODEL FUNKCJONALNY ZBIORNIKA Zbiorniki zaporowe, które powstawały w celu zaopatrzenia w wodę i ochrony przed powodzią podczas wieloletniego użytkowania nie tylko zmieniły swój stan techniczny i przyrodniczy, ale także funkcje. Wymagają obecnie nowego zintegrowanego zarządzania ich gospodarką wodną i infrastrukturą, którego podstawą jest analiza kosztów i korzyści. Takie podejście pozwala na ustalanie nowych proporcji pomiędzy ich efektywnością gospodarczą, zakresem ochrony przed zagrożeniami naturalnymi i antropogenicznymi oraz funkcjonalnością przyrodniczą ekosystemów. Rozwiązywanie problemów związanych z funkcjonowaniem zbiorników zaporowych jest niezwykle trudne i wymaga dużej wiedzy i rozwagi ze względu na konsekwencje podejmowanych decyzji, zwłaszcza te negatywne, które mogą prowadzić do nieodwracalnej lub trudnej do odbudowy degradacji zbiornika. Generalnie, system zarządzania zbiornikiem musi gwarantować: realizację podstawowych aktualnych funkcji zbiornika, spełnienie wymagań środowiskowych w zakresie ochrony potencjału ekologicznego akwenu, zapewnienie skutecznego sterowania odpływem i funkcjonowaniem ujęć wody w warunkach nadzwyczajnych zagrożeń naturalnych i antropogenicznych. To wieloaspektowe podejście do zarządzania z uwzględnieniem wszystkich funkcji zbiornika wymaga, aby system zarządzania zbiornikiem zaporowym był wspomagany modelem funkcjonalnym zbiornika. Model funkcjonalny zbiornika jest wieloczłonowym narzędziem numerycznym, które umożliwia symulację pracy akwenu w odniesieniu do: I. dynamiki jego wód przy uwzględnieniu zasilania od strony rzeki, poboru wody a także sterowania odpływem ze zbiornika model hydrodynamiczny, II. zakresu i zasięgu wymiany wody pomiędzy akwenem a zbiornikiem wód podziemnych model hydrogeologiczny, III. bilansowania parametrów stanu zbiornika w kontekście uwarunkowań fizykochemicznych i biologicznych model ekosystemu wodnego. Krótka charakterystyka każdego z modeli cząstkowych Model hydrodynamiczny Zbiornika Goczałkowickiego obejmuje trzy modele numeryczne pozwalające na obrazowanie i prognozowanie warunków hydrologicznych i klimatycznych. 1. Model podstawowy, o najwyższej dokładności odwzorowania dynamiki zbiornika, to model dwuwymiarowy w planie (2D) z rodziny SMS (Surface Water Modelling System). Uwzględnia informacje o geometrii akwenu, jego warunkach dynamicznych, rozproszone zasilanie zbiornika oraz oddziaływania wiatrów. Model ten jest dostosowany do wolnozmiennych przepływów w różnych strefach głębokości. 2. Model uzupełniający, dwuwymiarowy w planie (2D), Hydro AS 2D, który nie uwzględnia oddziaływań wiatrów, ale odwzorowuje i prognozuje szybkozmienne, wysokie przepływy nieustalone, w warunkach wezbrań. 3. Model dla wspomagania zarządzania zbiornikiem w warunkach powodziowych MIKE11. Jest to jednowymiarowy (1D) model kontroli oraz sterowania retencją powodziową zbiornika wodnego. Model hydrogeologiczny zbudowano w programie Visual Modflow 4.3 firmy Schlumberger Water Service, wykorzystując moduł MODFLOW Modelowanie to wykonano w celu określenia oddziaływania wód powierzchniowych Zbiornika Goczałkowickiego, a wodami podziemnymi czwartorzędowego piętra wodonośnego zlewni bezpośredniej zbiornika dla warunków ustalonych. Wyniki wykazały, że: występuje przesączanie wód przez słabo przepuszczalne utwory na całej powierzchni zbiornika i drenaż wód podziemnych w rejonie najgłębszego wcinania się zbiornika w utwory czwartorzędu. Wynik ten zweryfikowano względem poziomu zwierciadła wód podziemnych pierwszego poziomu wodonośnego; bilans hydrogeologiczny jest dodatni zbiornik ma charakter drenujący. Podstawą drenażu warstwy wodonośnej jest rejon naturalnego koryta rzeki Wisły i rzeki Bajerki. Bezpośredni kontakt wód podziemnych i powierzchniowych stwierdzono również w rejonie zapory czołowej, w północno-wschodniej części zbiornika.

18 18 Model ekosystemu wodnego Zbiornika Goczałkowickiego wykonano za pomocą modelu ELCOM-CAEDYM (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model) opracowanego w Centre for Water Research, University of Western Australia. Dla każdego kroku symulacji, model oblicza i bilansuje następujące parametry stanu zbiornika: poziom wody w zbiorniku, wielkość dopływu i odpływu wody, dopływ energii słonecznej, wymiana ciepła, tlenu, dwutlenku węgla oraz azotu między powietrzem i wodą, powstawanie osadów oraz uwalnianie substancji pokarmowych z osadów, temperatura wody, stężenie tlenu, odczyn, ekstynkcja (3D), stężenia organicznych i nieorganicznych związków węgla, azotu, fosforu, krzemu związanych z funkcjonowaniem wybranych organizmów w wodach zbiornika, stężenia węgla azotu, fosforu, wewnętrznego w bakteriach, czterech grupach fitoplanktonu, dwóch grupach zooplanktonu i trzech grupach ryb. Każdy z powyższych elementów (modeli cząstkowych) modelu funkcjonalnego zbiornika ma inne zastosowanie w systemie zarządzania zbiornikiem. Model hydrodynamiczny ma zastosowanie w bieżącej kontroli dopływu, odpływu i stanu zbiornika, na potrzeby: a) sterowania tym odpływem w warunkach normalnych i nadzwyczajnych (zagrożenie powodzią lub niedoborem wody), b) oceny dynamiki samego akwenu pod kątem ochrony ujęcia wody przed zanieczyszczeniem. Model hydrogeologiczny służy do bilansowania wód zbiornika i ich wymiany z otoczeniem w długim horyzoncie czasowym, ze względu na charakter przepływu podziemnego. Model ekosystemu wodnego umożliwia prognozowanie wpływu zmian trofii na potencjalne zakwity fitoplanktonu, a włączenie komponentów biogeochemicznych umożliwia lepsze zrozumienie procesów przebiegających w zbiorniku, a dzięki temu bardziej świadome zarządzanie jakością wody. Model funkcjonalny jest wykorzystywany w systemie zarządzania zbiornikiem, głównie do: określenia koniecznych zmian w wytycznych gospodarowania wodą przy założeniu, że zbiornik wypełnia przewidziane dla niego funkcje gospodarcze na wymaganym poziomie oraz spełnia kryteria środowiskowe w zakresie utrzymania dobrego potencjału ekologicznego, ustalenia warunków realizacji funkcji zbiornika oraz odpowiedniego zakresu i horyzontu prognozy stanu i pracy zbiornika, weryfikacji formuł i procedur systemu zarządzania zbiornikiem zaporowym. W tej sytuacji najczęściej wykorzystywanym jest model hydrodynamiczny, który umożliwia opracowanie scenariuszy pracy zbiornika, na podstawie symulacji: dynamiki zbiornika w zróżnicowanych warunkach jego zasilania, w stanie ustalonym oraz nieustalonym, dynamiki zbiornika w zróżnicowanych warunkach wiatrowych, transportu zanieczyszczeń przez analizę linii prądu i śledzenia torów cząstek wody dla ustalenia czasu dopływu zanieczyszczeń do ujęcia wody, sterowania odpływem w warunkach powodziowych. Symulacje te służą wypracowaniu pięciu następujących grup scenariuszy pracy zbiornika: (1) pobór wody na zaopatrzenie w wodę Śląska, (2) ochrona przeciwpowodziowa terenów poniżej zapory, (3) susza, (4) zmiany klimatu, (5) inne. Zakres i sposób wykorzystania modelu dla tych celów jest uzależniony od rodzaju i zakresu informacji. Podstawowe informacje obejmują: (1) wartości dopływu, poboru wody i odpływu ze zbiornika, (2) wartość piętrzenia wody w zbiorniku, która w pewnym zakresie może być niezależna od dopływu i odpływu, (3) warunki klimatyczne, reprezentowane przez temperaturę powietrza oraz kierunek i prędkość wiatru, (4) źródła dopływu i rodzaj zanieczyszczeń. Ten podstawowy zakres informacji i danych uzupełniają dane prognostyczne, takie jak: (1) prognoza dopływu związana z prognozą powodzi, (2) prognoza zmian w zaopatrzeniu w wodę, (3) prognoza zmian warunków zasilania związana ze zmianami klimatycznymi, a także wiele innych, które mogą być na bieżąco formułowane na potrzeby gospodarowania wodą w Zbiorniku Goczałkowickim. Rys. 1. Odwzorowanie struktury przepływu zbiornika na tle jego układu topograficznego Fig. 1. Reservoir flow mapping and its topography

19 19 Rys. 2. Schemat wymiany wód zbiornika ze zlewnią podziemną akwenu Fig. 2. Reservoir and underground catchment area water exchange scheme Rys. 3. Przykład zasięgu transportu zanieczyszczeń stałych po 12 godzinach ich zrzutu z rzeki do zbiornika, w warunkach bezwietrznych Fig. 3. Example of PM transport range in windless conditions, 12 hours after its discharge from the river to the reservoir Rys. 4. Sprawdzenie efektów sterowania falą powodziową z 1972 r. według obecnie obowiązującej intrukcji Zbiornika Goczałkowickiego Fig. 4. Checking the effects of the flood wave control in 1972 according to the currently binding guidelines developed for the Goczałkowice Reservoir

20 20 Elżbieta Nachlik, Antoni Bojarski Institute of Water Engineering and Management, Tadeusz Kościuszko Cracow University of Technology FUNCTIONAL MODEL OF THE WATER RESERVOIR After many years of their use water dam reservoirs, which were built for water supply and flood protection, have changed not only their technical and natural state, but also their functions. Nowadays, they require a new integrated water and infrastructure management based on a cost-benefit analysis. This approach enables establishing a new balance between their economic efficiency, range of protection against natural and anthropogenic risks and the natural ecosystems functionality. Solving problems related to the operation of dam reservoirs is an extremely difficult task, which requires broad knowledge and prudence due to the consequences of the decisions, particularly those negative, which can lead to irreparable or difficult to reconstruct degradation of the reservoir. Generally, a reservoir management system should: ensure implementation of the basic current functions of the reservoir, meet the environmental requirements for protection of the ecological potential of the reservoir, ensure effective control of the outflow and water intakes in case of natural disasters and emergency situations of anthropogenic risk. According to this multifaceted management approach, in which all functions of the reservoir are taken into consideration, its management should be supported by a functional model of the reservoir. The functional model is a complex numerical tool which allows us to simulate the reservoir operation in relation to: I. water dynamics, taking into account the river supply, water intakes and the outflow control hydrodynamic model, II. scope and range of the exchange of water between the reservoir and the groundwater hydrogeological model, III. balancing the state of the reservoir parameters in the context of physical, chemical and biological conditions aquatic ecosystem model. 1. The basic model, with the highest accuracy of mapping the dynamics of the reservoir, is a two-dimensional plane model (2D) belonging to SMS (Surface Water Modelling System) models. It takes into account information about the geometry of the reservoir, its dynamic conditions, scattered supply and the impact of winds. The model is adapted to slowly changeable flows at different depth zones. 2. Complementary two-dimensional plane model Hydro AS 2D. The model does not take the effects of winds into account, but it can be used to predict rapidly changing, unsteady flows under high water conditions. 3. Reservoir management supporting model in flood conditions - MIKE11. It is a one-dimensional (1D) model of reservoir retention control. The hydrogeological model was constructed using MODFLOW-2000 module in Visual Modflow 4.3 (Schlumberger Water Service). Modelling is performed in order to determine the relationship between the Goczałkowice Reservoir surface water and the quaternary aquifer groundwater of the direct reservoir catchment under steady conditions. The obtained results have shown that: there is seepage of water through poorly permeable tracks on the entire surface of the reservoir and drainage of groundwater in the area of the deepest incision of the reservoir into the quaternary formations. This result was verified against the groundwater table of the first aquifer, hydrogeological balance is positive, which means that it is a drainage reservoir. The basis for the aquifer drainage is an area of the natural river bed of the Vistula and Bajerka rivers. Direct contact of groundwater and surface water was also found in the region of a front dam, in the north-eastern part of the reservoir. Brief characteristics of particular models The hydrodynamic model of the Goczałkowice Reservoir includes three numerical models which enable imaging and forecasting the hydrological and climatic conditions. The aquatic ecosystem model of the Goczałkowice Reservoir was built using CAEDYM ELCOM model (Estuary, Lake and Coastal Ocean Model Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model) developed at the Centre for Water Research, University of Western Australia. At each simulation step, the following parameters can be calculated and compared by the model: