O prognozowaniu środowiskowych skutków obniżenia piętrzenia w Śródmiejskim Węźle Wodnym Wrocławia *

Transkrypt

1 Wprowadzenie Rozpoznanie warunków hydrogeologicznych na obszarze zurbanizowanym, a w szczególnoœci po³o enia zwierciad³a wód podziemnych, jest niezbêdne do prawid³owego zaprojektowania oraz wykonania ka dego obiektu in ynieryjnego, a tak e do utrzymania oraz konserwacji budynków i obiektów ju istniej¹cych. Szczególne znaczenie ma tu znajomoœæ minimalnych, œrednich i maksymalnych stanów oraz amplitudy wahañ zwierciad³a wód podziemnych. W³aœciwe rozpoznanie stosunków Andrzej Kotowski, Magdalena Worsa Kozak, Andrzej Wartalski, Jerzy Wartalski O prognozowaniu środowiskowych skutków obniżenia piętrzenia w Śródmiejskim Węźle Wodnym Wrocławia * wodnych pozwala na unikniêcie problemów zwi¹zanych przyk³adowo z nieprzewidzianym zalaniem wykopów, czy podmakaniem fundamentów ju wykonanych obiektów, b¹dÿ te ich osiadaniem. Ka da ingerencja w œrodowisko wodne, która mo e znacz¹co wp³yn¹æ na zmianê charakterystyk hydrogeologicznych danego obszaru, powinna zostaæ poprzedzona szczegó³ow¹ analiz¹ aktualnych stosunków wodnych (na podstawie obserwacji terenowych monitoringu) i wynikaj¹c¹ st¹d prognoz¹ ich zmian. Rysunek 1. Reprezentatywny hydrogram wód podziemnych (piezometr nr 12) na tle hydrogramu wód powierzchniowych (WG g.15) Celowoœæ wykonania monitoringu wód podziemnych w Œródmiejskim WêŸle Wodnym Wroc³awia wynika³a z oceny oddzia³ywania na œrodowisko elektrowni wodnych [1,2]. Podstawowym celem podjêtych badañ [3,4] by³a ocena aktualnych stosunków wodnych w przyleg³ej do Odry czêœci Starego Miasta i Œródmieœcia Wroc³awia, po up³ywie prawie 50 lat od podniesienia poziomu piêtrzenia na jazach Elektrowni, oraz wstêpna prognoza ich zmian w przypadku obni enia piêtrzenia na jazach elektrowni o oko³o 1 m, tj. powrotu do stanu piêtrzenia sprzed 1959 roku. Zespó³ zebranych informacji, w przewidzianym w projekcie [3] okresie badañ: 1 kwietnia 2007 r marca 2008 r., pos³u y³ do sformu³owania modelu przyrodniczego stosunków wodnych na badanym obszarze i mo e stanowiæ podstawê do dalszych badañ (model numeryczny), wymagaj¹cych d³u szego okresu pomiarowego. W efekcie, wyniki monitoringu maj¹ umo liwiæ ocenê skutków œrodowiskowych ewentualnego obni enia piêtrzenia. Wykonana sieæ monitoringu wód podziemnych sk³ada siê z 30 zafiltrowanych odwiertów badawczych, zlokalizowanych w czterech przekrojach, na powierzchni oko³o 2 km 2, w rejonie Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego Wroc³awia [5,6]. W celu poszerzenia obszaru obserwacji, do monitoringu w³¹czono kilka istniej¹cych na terenie Œródmieœcia i Starego Miasta ods³oniêæ wód podziemnych. S¹ to trzy dawne studnie gospodarcze (A1, A4 i A5) i istniej¹cy piezometr (P1). Rejestrowano tak e poziomy wód powierzchniowych w rzece Odrze, na ³atach wodowskazowych, usytuowanych przy jazie elektrowni Wroc³aw I : woda górna WG i woda dolna WD (odczyty o godz. 8 i 15), oraz na dwóch stanowiskach (N3 i N4) w Fosie Miejskiej (Rys. 2). Teren centrum miasta, na którym prowadzone s¹ przedmiotowe badania, hydrogeologicznie znajduje siê w ob- * W numerze 2(33)2006 kwartalnika Problemy Ocen Œrodowiskowych opublikowany zosta³ artyku³ Wartalski A., Wartalski J. Kotowski A. Ocena oddzia³ywania na œrodowisko elektrowni wodnych na przyk³adzie przegl¹du ekologicznego Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego Wroc³awia 28

2 Tabela 1. Roczne charakterystyki po³o enia zwierciad³a wód podziemnych i powierzchniowych nr punktu Maksimum Minimum Œrednia Amplituda Odchylenie standardowe Mediana [m n.p.m.] [m n.p.m.] [m n.p.m.] [m] [m n.p.m.] P1arch A A A N N Wgórna Wgórna Wdolna Wdolna Okres badañ ROK rêbie czwartorzêdowego piêtra wodonoœnego pradoliny Odry. Warstwê wodonoœn¹ buduj¹ g³ównie osady piaszczysto- wirowe, o wspó³czynniku filtracji rzêdu m/d i przewodnoœci m 2 /d. Zwierciad³o wody znajduje siê przeciêtnie na g³êbokoœci 3 6 m p.p.t., i jest zazwyczaj swobodne. Sp¹g pierwszego poziomu wodonoœnego stanowi¹ gliny polodowcowe, które pojawiaj¹ siê na g³êbokoœciach oko³o kilkunastu metrów. Charakterystyka stanów wód Jednym z celów monitoringu by³o okreœlenie charakterystycznych stanów wód podziemnych w rejonie Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego na tle stanów rzeki Odry przy jazach piêtrz¹cych Elektrowni. Wyznaczono stany minimalne, œrednie i maksymalne oraz amplitudy wahañ zwierciad³a wód podziemnych i powierzchniowych dla poszczególnych miesiêcy i kwarta³ów oraz dla ca³ego roku obserwacji (Tab. 1). Najni sze stany zwierciad³a wód podziemnych, odpowiadaj¹ce najwiêkszym g³êbokoœciom jego zalegania, zaobserwowano w zale noœci od punktu, g³ównie w lipcu i sierpniu 2007 roku, co koresponduje z najni szymi stanami na wodowskazach WD (lipiec) i WG (sierpieñ Rys. 1). W piezometrach po- ³o onych na zachód od linii jazów Elektrowni (nr 1 6) stany minimalne wyst¹pi³y w okresie czerwiec/lipiec 2007 r., co odpowiada³o niskim stanom wody na dolnym wodowskazie (WD). Na wschód od jazów, w górê rzeki Odry, stany minimalne w zdecydowanej wiêkszoœci otworów wyst¹pi³y w sierpniu, co z kolei nale y ³¹czyæ z najni szymi stanami utrzymywanymi na jazach Elektrowni odczytywanymi z górnego wodowskazu (WG). Wiêkszoœæ wyst¹pieñ stanów minimalnych by³a spowodowana czynnikami naturalnymi dla miejskiego cyklu kr¹ enia wód (wahania wody w Odrze, opady, sp³ywy), jednak e w niektórych punktach (np. nr 29 i 30) stany te zosta³y wymuszone poprzez intensyfikacjê dzia³añ in ynieryjnych w centrum Wroc³awia. Statystycznie, w ci¹gu roku obserwacji, zwierciad³o wód podziemnych osi¹ga³o œrednie stany o oko³o 0,2 0,4 m powy ej stanów minimalnych. Punkty, w których ró nica pomiêdzy stanami œrednimi i minimalnymi przekroczy³a 0,4 m (nr 14, 21, 29, 30) znajdowa³y siê pod wp³ywem prowadzonych odwodnieñ i drena y zwi¹zanych z istniej¹cymi obiektami (przejœcie podziemne na pl. Dominikañskim, Galeria Dominikañska) oraz z prowadzonymi 29

3 Rysunek 2. Mapa œrednich stanów wód podziemnych w okresie obserwacyjnym ( ) robotami budowlanymi w okolicy Rynku i pl. Dominikañskiego. Przestrzenny rozk³ad stanów œrednich (Rys. 2) niewiele odbiega³ od stanów minimalnych. Najni sze wartoœci obserwowane by³y w czêœci zachodniej obszaru badañ i osi¹ga³y rzêdn¹ 109,8 m n.p.m. (w piezometrze nr 4). Najwy sze œrednie stany siêga³y rzêdnej 115,3 m n.p.m. i wystêpowa³y w rejonie wysp odrzañskich oraz Ostrowa Tumskiego. Zdecydowanie najwiêksze znaczenie w projektowaniu budowlanym, geotechnice i geoin ynierii maj¹ stany maksymalne, jakie osi¹ga zwierciad³o wód podziemnych w wieloleciu. Na terenie Starego Miasta i Œródmieœcia najp³ytsze po³o enie zwierciad³a wód podziemnych ma o tyle wiêksze znaczenie, e wp³ywa na stan techniczny i warunki utrzymania wielu cennych, zabytkowych budowli oraz licznych podziemnych przejœæ i przejazdów po³o onych w niedalekim s¹siedztwie Odry. Ponadto, wysokie stany wód podziemnych negatywnie wp³ywaj¹ na ludzkie zdrowie, wskutek zawilgocenia budynków i wytworzenia specyficznego mikroklimatu sprzyjaj¹cego zachorowaniom na schorzenia reumatyczne czy dróg oddechowych [7,8,9]. W okresie objêtym obserwacjami zwierciad³o wód podziemnych osi¹ga³o stany maksymalne na rzêdnych od 110,2 m n.p.m. na zachodzie (w punkcie nr 4) do 115,5 m n.p.m. na wschodzie (w punkcie A4). Strefowoœæ rozk³adu przestrzennego stanów maksymalnych by³a zbli ona do stanów minimalnych i œrednich, lecz z przesuniêciem hydroizohips na zachód. Taki uk³ad hydrodynamiczny sprawia, e na znacznej czêœci badanego obszaru wody podziemne wystêpuj¹ stosunkowo p³ytko (2,5 3,5 m p.p.t.), czêsto na g³êbokoœciach powy ej stref posadowienia budynków [3]. Specyfika piêtrzenia wód rzeki Odry na jazach elektrowni sprawia, e przez znaczn¹ czêœæ roku wody powierzchniowe i podziemne po³o one powy ej jazów utrzymuj¹ siê na stosunkowo wysokich stanach, najczêœciej o 0,1 0,2 m wy szych od stanów œrednich. Jest to powodem koniecznoœci prowadzenia w centrum Wroc³awia wielu prac in ynieryjnych w zabezpieczanych przed wod¹ wykopach. Wi¹ e siê to tak e z koniecznoœci¹ odwadniania i osuszania fundamentów wielu zabytkowych obiektów budowlanych (m.in. Gmach G³ówny Uniwersytetu Wroc³awskiego, Ossolineum, Biblioteka Na Piasku, Katedra) i in ynieryjnych (przejazdy i przejœcia podziemne na pl. Dominikañskim, pl. Jana Paw³a II, pl. Spo³ecznym i ul. Œwidnickiej). Z kolei prowadzone odwodnienia, w zwi¹zku z powstaj¹cymi i istniej¹cymi obiektami, wywo- ³uj¹ obni enia stanów maksymalnych w punktach znajduj¹cych siê w zasiêgu ich lejów depresji (m.in. 21, 29, 30), a wp³yw tych odwodnieñ dobitnie widaæ przy analizie stanów minimalnych [3]. Na podstawie przeprowadzonego monitoringu w okresie kwiecieñ 2007 r. marzec 2008 r. ustalono roczne amplitudy wahañ zwierciad³a wód pod- 30

4 ziemnych, które zawiera³y siê w przedziale od 0,2 m do 1,3 m. Najwy sze wartoœci wyst¹pi³y w punktach bêd¹cych pod wp³ywami dzia³aj¹cych systemów odwodnieniowych, gdzie amplitudy osi¹gnê³y 0,9 1,3 m. Na pozosta³ym obszarze wahania zwierciad³a by³y na mniej wiêcej wyrównanym poziomie oko³o 0,2 0,5 m. Nale y zauwa yæ, e w centrum miasta wystêpuj¹ bardzo du ej mi¹ szoœci warstwy nasypów antropogenicznych, których sp¹g siêga miejscami 6 10 m p.p.t. W tej sytuacji zwierciad³o wody podziemnej nierzadko stabilizuje siê w warstwie nasypowej, powy ej rodzimej powierzchni terenu, co w znacznym stopniu komplikuje warunki wodno-gruntowe w rejonie Elektrowni Wodnych [6]. Zwi¹zki korelacyjne stanów wód podziemnych z powierzchniowymi i opadem Rysunek 3. Mapa obszarów wód podziemnych koreluj¹cych z wodami powierzchniowymi (kolor czerwony istotne wartoœci wspó³czynników korelacji z WD; kolor zielony z WG) W warunkach naturalnych jedn¹ z najwa niejszych sk³adowych wp³ywaj¹c¹ na wielkoœæ zasilania infiltracyjnego jest suma opadów atmosferycznych. Zasilanie powierzchniowe zale y g³ównie od przepuszczalnoœci przypowierzchniowych warstw geologicznych oraz nasycenia gruntu wod¹. W warunkach miejskich, w jakich prowadzone by³y obserwacje, naturalne czynniki zdecydowanie ustêpuj¹ pola czynnikom antropogenicznym. W celu ustalenia, czy istniej¹ powi¹zania pomiêdzy stanami wód podziemnych i powierzchniowych oraz wysokoœci¹ opadów zastosowano statystyczn¹ analizê wspó³czynników korelacji R Pearsona. Jednym z zadañ tej analizy by³o okreœlenie przestrzennego zasiêgu wp³ywów stanów rzeki Odry na stany wód podziemnych. W tym celu opracowana zosta³a mapa wspó³czynników korelacji (Rys. 3). Na mapie kolorem czerwonym oznaczono istotne statystycznie (dla p<0,005) wspó³czynniki korelacji wód podziemnych ze stanami na wodowskazie dolnym (WD), natomiast kolorem zielonym wspó³czynniki dla stanów wodowskazu górnego (WG). Istotnoœæ wspó³czynników korelacji wyznacza przybli one obszary wp³ywów wód rzeki Odry na stany wód podziemnych ró owym kolorem dla WD i zielonym kolorem dla WG. Jak mo na zauwa yæ, najwiêkszy zwi¹zek pomiêdzy stanami wód powierzchniowych i wód podziemnych wystêpuje w pasie o szerokoœci oko³o m wzd³u koryta Odry. Statystycznie najwiêksze odzwierciedlenie w reakcji zwierciad³a wód podziemnych na zmiany stanów wód powierzchniowych obserwowane jest w przypadku wody dolnej (WD), co wynika przede wszystkim z tego, e wody podziemne d¹ ¹ do jak najszybszego wyrównania ró nicy w wysokoœciach hydraulicznych wywo³anych piêtrzeniem na jazach (oko³o 5 m). Pewien wp³yw stanów wody dolnej mo na zauwa yæ nawet w punktach oddalonych 31

5 Rysunek 4. Zale noœæ stanów wód podziemnych w piezometrze nr 19 od stanów wód powierzchniowych od jazów o oko³o 800 m (A5, A4). Generalnie, wp³yw wód Odry maleje zdecydowanie wraz ze wzrostem odleg³oœci pomiêdzy rzek¹ a piezometrem im dalej od brzegu rzeki, tym mniejsze s¹ wartoœci wspó³czynników korelacji. Zauwa alna jest równie ró nica pomiêdzy zasiêgiem wp³ywu Odry na lewym i prawym brzegu. W czêœci prawobrze - nej pó³nocnej wartoœci wspó³czynników korelacji s¹ ni sze ni w czêœci lewobrze - nej po³udniowej, a w przypadku wody górnej obserwowane s¹ nawet wartoœci ujemne wspó³czynników, co k³óci siê pozornie z przyrodnicz¹ analiz¹ wahañ zwierciad³a. Stan ten jest jednak przyrodniczo wyt³umaczalny, gdy stany wód podziemnych w rejonie Œródmieœcia i Nadodrza znajduj¹ siê nie tylko pod silnym wp³ywem wód piêtrzonej Odry Miejskiej, lecz tak e pod wp³ywem wód spiêtrzonych w Starej Odrze i jej kana³ach, m.in. na Jazie Psie Pole i Ró anka [7,8]. W w¹skich pasach przybrze nych, bo w oko³o 200-metrowym pasie wzd³u po³udniowego brzegu Odry, oraz w oko³o 100-metrowym pasie wzd³u brzegu pó³nocnego, gdzie wspó³czynniki korelacji osi¹gaj¹ wartoœci oko³o 0,4 do 0,8, mo na zauwa yæ, Rysunek 5. Hydrogram wód podziemnych na tle dobowych sum opadów z przesuniêcim czasowym ( t) dla piezometru nr 20 e wody podziemne bardzo szybko (ju tego samego dnia) reaguj¹ na zmiany poziomu wody w rzece. Pomiêdzy wodami Odry i wodami pierwszego poziomu wód podziemnych istnieje tu silna wiêÿ hydrauliczna. Mo na zatem podj¹æ próbê okreœlenia iloœciowych wp³ywów wód powierzchniowych na wody podziemne w oparciu o równania regresji (Rys. 4). Z punktu widzenia niniejszej pracy istotne s¹ iloœciowe zwi¹zki wywo³ane zmianami piêtrzenia po stronie wody górnej (WG). I tak bior¹c do obliczeñ równanie regresji dla zale noœci stanów wody w piezometrze nr 19 od stanów WG g.15 (Rys. 4), które ma postaæ Y = 0,7221 X , mo emy wykazaæ, e przy stanach WG15 równych przeciêtnym X = 115,6 m n.p.m. zwierciad³o wody w piezometrze nr 19 kszta³tuje siê na rzêdnej Y = 115,09 m n.p.m. Przyk³adowo, przez obni enie stanów w rzece o 1 m, tj. do rzêdnej 114,6 m n.p.m. uzyskamy z obliczeñ w piezometrze nr 19 rzêdn¹ zwierciad³a 114,36 m n.p.m. Czyli, statystycznie rzecz bior¹c, obni enie zwierciad³a w rzece o 1 m wywo³a obni enie stanów wód podziemnych o 0,73 m w punkcie nr 19 po³o onym tu przy rzece. S¹ to czysto statystyczne rozwa ania, jednak przy sile zwi¹zku o wspó³czynnikach korelacji rzêdu 0,7 0,8 mo na powiedzieæ, e wysoce prawdopodobne. Podobne zwi¹zki wykazywano w innych badaniach [7,9]. Badany teren nale y do œrodowiska silnie zurbanizowanego, przekszta³conego antropogenicznie w najwiêkszym stopniu. Sprawi³o to, i analiza statystyczna nie wykry³a zwi¹zków pomiêdzy stanami wód podziemnych i sumami dobowymi ani miesiêcznymi opadów. Okres, w którym prowadzone by³y badania, charakteryzowa³a roczna suma opadów dla roku 2007 wynosz¹ca 614 mm, co klasyfikuje ten rok jako œredni. W 12-miesiêcznym okresie pomiarowym (kwiecieñ 2007 r. marzec 2008 r.) suma opadów wynios³a 558 mm, co jest wartoœci¹ nisk¹ w porównaniu ze œrednimi rocznymi z wielolecia na poziomie 620 mm. Najni sze opady zanotowano w lutym 2008 r. (10,5 mm) a najwy sze w lip- 32

6 cu 2007 r. (129,0 mm, przy czym 2. lipca 43,5 mm), co jednak nie znalaz³o jednoznacznego odzwierciedlenia w po³o eniu zwierciad³a wód podziemnych. Analizuj¹c przyk³adowy hydrogram wód podziemnych na tle dobowych sum opadów (Rys. 5) mo na jednak dopatrzyæ siê oko³o 3 miesiêcznego przesuniêcia pomiêdzy maksimum opadowym a maksimum stanów wód podziemnych, jednak e przy tak krótkotrwa³ych tylko rocznych obserwacjach nie mo na mówiæ jeszcze o istnieniu zale noœci. Nie oznacza to jednak, i zale noœæ stanów wód podziemnych od wielkoœci opadów nie istnieje, jest ona wrêcz niew¹tpliwa, ale o tym, czy opad atmosferyczny zaznaczy siê w obrazie zmian po³o enia zwierciad³a wody podziemnej decyduje wiele czynników, dotycz¹cych zarówno samych opadów (intensywnoœæ, czas trwania, wilgotnoœæ powietrza i in.), jak i warstwy wodonoœnej oraz form zagospodarowania terenu. St¹d te trudno znaleÿæ jak¹œ jedn¹ wartoœæ przesuniêcia czasowego ( t), dla którego korelacja miêdzy wysokoœci¹ opadu a po³o eniem zwierciad³a wody podziemnej jest stosunkowo wysoka. Dominuje w tym przypadku poœredni wp³yw opadów atmosferycznych na zachowanie siê pierwszego poziomu wód podziemnych na monitorowanych obszarze [3]. Wstêpna prognoza hydrogeologicznych skutków obni enia piêtrzenia Jak wynika z przeprowadzonych badañ, dominuj¹c¹ rolê w kszta³towaniu warunków wodnych, w tym kierunków i prêdkoœci przep³ywu wód podziemnych, odgrywaj¹ piêtrzone wody rzeki Odry. Zeskok hydrauliczny, spowodowany obudow¹ koryta i oporami filtracyjnymi zakolmatowanego dna i gruntu, tu przy Odrze wynosi oko³o 0,7 1 m i taka te jest œrednia ró nica pomiêdzy po³o eniem zwierciad³a wód podziemnych i powierzchniowych [3]. Ró nica poziomów wody górnej i dolnej na jazach Elektrowni Wodnych oscy- Rysunek 6. Kierunki filtracji na tle minimalnych i maksymalnych rocznych stanów wód podziemnych luje w granicach 5 m. Tak du y spad znajduje swoje odzwierciedlenie w wodach podziemnych, które d¹ ¹c do wyrównania poziomów w okolicy jazów wykazuj¹ bardzo du e spadki hydrauliczne rzêdu 30 (Rys. 6). Bior¹c pod uwagê, e utwory wodonoœne maj¹ dobre parametry filtracyjne, mo na przyj¹æ, e przep³yw wód, a co za tym idzie ich wymiana, w rejonie jazów elektrowni przebiega z du ¹ prêdkoœci¹. Spadki hydrauliczne malej¹ wraz z oddalaniem siê od jazów, jednak na wiêkszej czêœci obszaru badañ przewy szaj¹ one 1. Bazê drena u, nie tylko dla badanego obszaru, lecz tak e dla znacznej czêœci miasta, stanowi¹ koryta Odry Po³udniowej i Odry Pó³nocnej, poni ej jazów piêtrz¹cych, gdzie poziomy wody podziemnej oscyluj¹ na rzêdnych m n.p.m. Odp³yw wód podziemnych z obszaru badañ jest zak³ócany przez funkcjonuj¹ce na tym terenie liczne systemy odwodnieniowe, które s¹ 33

7 Rysunek 7. Prognozowany zasiêg istotnego (od 1,0 do 0,3 m) obni enia poziomów wód podziemnych lokalnymi bazami drena u wód podziemnych. Z przeprowadzonej analizy przyrodniczej wynika tak e, e Fosa Miejska pe³ni obecnie rolê oczek wodnych i ma charakter przep³ywowy. Nie stanowi ona odbiornika dla wód dop³ywaj¹cych od wschodu i sp³ywaj¹cych z po³udniowych wysoczyzn, lecz na pewnych odcinkach transportuje te wody w kierunku Odry Dolnej, a na innych po prostu je przepuszcza. Z wykonanych badañ wynika, i wody Odry i wody pierwszego poziomu wodonoœnego s¹ ze sob¹ w œcis³ym kontakcie hydraulicznym. Zmiany poziomu wody w rzece przek³adaj¹ siê stosunkowo szybko na zmiany stanów wód podziemnych. W oparciu o analizê równañ regresji ustalono, e 1-metrowe wahania wód Odry powoduj¹ oko³o 0,7- metrowe wahniêcia zwierciad³a wód podziemnych w bezpoœrednim otoczeniu rzeki. W miarê oddalania siê od koryta wartoœci wahañ znacznie malej¹. Przedstawiony powy ej model przyrodniczy przep³ywów wód podziemnych w rejonie Elektrowni Wodnych stanowi znakomit¹ bazê wyjœciow¹ dla konstrukcji modelu numerycznego. Modelowanie numeryczne procesów filtracji jest obecnie jedn¹ z najbardziej dok³adnych i wiarygodnych metod odzwierciedlania warunków hydrogeologicznych i przewidywania zmian w œrodowisku wodnym zwi¹zanych ze zmian¹ czynników warunkuj¹cych zasilanie i drena wód podziemnych. W modelu przyrodniczym zosta³y zdefiniowane g³ówne czynniki wp³ywaj¹ce na filtracjê wód podziemnych na badanym obszarze, co pozwoli³oby, po iloœciowym uszczegó³owieniu wp³ywu tych czynników, na prawid³owe okreœlenie warunków brzegowych modelu numerycznego. W ramach projektu [3], monitoring wód podziemnych prowadzony by³ przez okres 12 miesiêcy. Jest to stanowczo zbyt krótki okres na to, aby móc sformu³owaæ wiarygodne wnioski prognostyczne dotycz¹ce ogólno œrodowiskowych zmian na badanym obszarze, bêd¹cych skutkiem ewentualnego obni enia piêtrzenia wód Odry na jazach Elektrowni Wodnych. Przeprowadzone badania, uzupe³nione o wyniki opracowañ archiwalnych, mog¹ jednak pos³u- yæ za podstawê do wstêpnych prognoz hydrogeologicznych skutków obni enia piêtrzenia bez szczegó³owej iloœciowej i jakoœciowej oceny mo liwych zmian. Oddzieln¹ kwesti¹ pozostaj¹ te skutki, jakie obni enie piêtrzenia mo e wywo- ³aæ w infrastrukturze miejskiej, czyli w obiektach in ynieryjnych i budowlanych. Pod uwagê nale y tu braæ chocia by ewentualne osiadania zwi¹zane z osuszeniem i konsolidacj¹ gruntu. Œródmiejski Wêze³ Wodny w swojej obecnej postaci zosta³ uformowany w 1925 r. Sk³ada siê z dwóch stopni piêtrz¹cych: górnego i dolnego [1,2]. Stopieñ górny, bardzo rozbudowany, tworz¹ m.in. budowle hydrotechniczne: jaz Macieja i jaz Klara. Rzêdna piêtrzenia NPP wynosi³a 115,37 m n.p.m. dla jazu Macieja i 115,52 dla jazu Klara. Stopieñ dolny tworz¹ m.in.: jaz Elektrowni Po³udniowej Wro- 34

8 c³aw I oraz jaz Elektrowni Pó³nocnej Wroc³aw II. Do przebudowy, w roku 1959, stopieñ dolny piêtrzy³ wodê Odry do rzêdnej 114,69 m n.p.m. Po przebudowie piêtrzenie jazów Elektrowni podniesiono o 96 cm, tj. do rzêdnej NPP = 115,65 m n.p.m., czyli powy ej poziomu piêtrzenia stopnia górnego o 0,28 m dla jazu Macieja i o 0,13 m dla jazu Klara (obecnie zalane). W oparciu o opisane wczeœniej statystyczne i przyrodnicze zale noœci pomiêdzy stanami wód podziemnych i powierzchniowych, mo na przewidzieæ, e obni enie o oko³o 1,0 m piêtrzenia wody na jazach Elektrowni do stanu sprzed 1959 r., a tak e odtworzenie pierwotnego stanu piêtrzenia na stopniu górnym (tj. obni enie poziomu wody Odry o rz¹d cm w stosunku do stanu obecnego), spowoduje adekwatne obni enie siê poziomu wód podziemnych na stosunkowo rozleg³ym obszarze Starego Miasta i Œródmieœcia, zw³aszcza na po³udniowym brzegu Odry [3]. Wielkoœæ tego obni enia bêdzie ró na, w zale noœci od po³o enia wzglêdem jazów. Zgodnie z wyliczeniami, opartymi na równaniach regresji wahañ zwierciad³a wód, mo na prognozowaæ, e w pasach o szerokoœci oko³o m na brzegu pó³nocnym oraz oko³o m na brzegu po³udniowym, i na d³ugoœci oko³o m (g³ównie pomiêdzy stopniami piêtrz¹cymi górnym i dolnym), zwierciad³o wód podziemnych ulegnie istotnemu obni eniu od 1,0 do 0,3 m (Rys. 7). Na pozosta³ych obszarach bêd¹ to obni enia relatywnie mniejsze poni ej 0,3 m, zale ne od wielu czynników hydrologicznych, geologicznych i antropogenicznych, o zasiêgu trudnym do okreœlenia na podstawie zale noœci tylko statystycznych. Przy rozwa aniu skutków obni enia poziomu wód podziemnych pojawia siê pytanie, jak ono wp³ynie na istniej¹ce obiekty budowlano-in ynieryjne? OdpowiedŸ na to pytanie nie by³a celem projektu, a przeprowadzone w jego ramach badania nie s¹ wystarczaj¹ce do wyci¹gania wniosków w tym temacie. Mo na jednak e odnieœæ siê tutaj do badañ archiwalnych z lat [9,10,11], w których przewiduje siê, e osiadania dodatkowe (spowodowane brakiem wyporu odwodnionej warstwy gruntu) dla budowli znajduj¹cych siê w rejonie piêtrzenia rzeki mo e wynieœæ oko³o 0,1-0,4 cm, w zale noœci od rodzaju budowli i œciœliwoœci gruntu, na jakim zosta³a posadowiona. S¹ to wartoœci stosunkowo niewielkie i na ogó³ bezpieczne dla nawet kilkukondygnacyjnych budynków. Kolejny problem to zachowanie siê umocnieñ brzegowych w przypadku ods³oniêcia murów oporowych, a tak e samych jazów górnego stopnia piêtrz¹cego, które dotychczas znajdowa³y siê pod wod¹ [1,2]. Nasuwa siê te pytanie jak obni enie piêtrzenia mo e wp³yn¹æ na warunki eglugowe powy ej jazów? Podsumowanie i wnioski koñcowe Zrealizowane pomiary terenowe pozwoli³y na stworzenie modelu przyrodniczego badanych zjawisk na przedmiotowym terenie, tj. na uchwycenie trendu zmian w konkretnym okresie obserwacyjnym (1 kwietnia 2007 r marca 2008 r.). Okres ten charakteryzowa³a roczna suma opadów dla 2007 roku wynosz¹ca 614 mm, co klasyfikuje ten rok jako œredni. Jednak prognozowanie d³ugoterminowe oparte o analizê tylko rocznego okresu obserwacyjnego bêdzie cechowa³o siê du ¹ niepewnoœci¹, zwi¹zan¹ z wystêpowaniem lat suchych i mokrych. Z wykonanych badañ wynika, i wody Odry i wody pierwszego poziomu wodonoœnego s¹ ze sob¹ w kontakcie hydraulicznym, utrudnionym jednak przez istniej¹ce umocnienia brzegów i zakolmatowane dno rzeki. Zmiany poziomów wody w rzece przek³adaj¹ siê stosunkowo szybko na zmiany stanów wód podziemnych. W oparciu o opisane w pracy statystyczne i przyrodnicze zale noœci pomiêdzy stanami wód podziemnych i powierzchniowych, przewiduje siê, e obni enie o oko³o 1 m piêtrzenia wody rzeki Odry na jazach Elektrowni, spowoduje adekwatne obni enie siê poziomu wód podziemnych na stosunkowo rozleg³ym obszarze Starego Miasta i Œródmieœcia, zw³aszcza na po³udniowym brzegu Odry. Wielkoœæ tego obni enia bêdzie ró na, w zale - noœci od po³o enia wzglêdem jazów. Zgodnie z wyliczeniami opartymi na równaniach regresji mo na prognozowaæ, e w pasach o szerokoœci m na brzegu pó³nocnym i m na brzegu po³udniowym, i na d³ugoœci oko³o m, zwierciad³o wód podziemnych ulegnie istotnemu obni eniu od 1,0 do 0,3 m. Na pozosta³ych obszarach bêd¹ to wartoœci relatywnie mniejsze (poni ej 0,3 m). Przedstawiony w pracy model przyrodniczy stosunków wodnych w rejonie Elektrowni Wodnych stanowi znakomit¹ bazê wyjœciow¹ dla konstrukcji modelu numerycznego. Modelowanie numeryczne procesów filtracji jest obecnie jedn¹ z najbardziej dok³adnych i wiarygodnych metod odzwierciedlania warunków hydrogeologicznych i przewidywania zmian w œrodowisku wodnym zwi¹zanych ze zmian¹ czynników warunkuj¹cych zasilanie i drena wód podziemnych. W modelu przyrodniczym zosta³y zdefiniowane g³ówne czynniki wp³ywaj¹ce na filtracjê wód podziemnych na badanym obszarze, co pozwoli, po iloœciowym uszczegó³owieniu wp³ywu tych czynników, na prawid³owe okreœlenie warunków brzegowych modelu numerycznego. Celowe jest wiêc kontynuowanie badañ na stworzonej ju sieci monitoringu. Model numeryczny umo liwi bowiem wiarygodn¹ prognozê w wieloleciu stanów wód podziemnych w otoczeniu obiektów Elektrowni Wodnych Wroc³aw I i II i ich oddzia³ywania na œrodowisko, w tym po ewentualnym obni eniu piêtrzenia wody na jazach Elektrowni. Dr hab. in. Andrzej Kotowski, prof. PWr., Dr Magdalena Worsa-Kozak, Dr in. Andrzej Wartalski, Dr in. Jerzy Wartalski, Politechnika Wroc³awska 35

9 Literatura: 1. Kotowski A., Wartalski A., Wartalski J., Pawlak A.: Przegl¹d ekologiczny dla dolnego stopnia Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego Wroc³awia (Elektrowni Wodnych Wroc³aw I i II) z koncepcj¹ monitoringu stanów wód. Instytut In ynierii Ochrony Œrodowiska Politechniki Wroc³awskiej. Raport Serii SPR nr 42/ Wartalski A., Wartalski J., Kotowski A.: Ocena oddzia³ywania na œrodowisko elektrowni wodnych na przyk³adzie przegl¹du ekologicznego Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego Wroc³awia. Problemy Ocen Œrodowiskowych 2006 nr 2(33), s Kotowski A., Worsa-Kozak M., Wartalski A., i inni: EW Wroc³aw I i II monitoring wód podziemnych projekt, wykonawstwo i badania. Sprawozdanie z badañ terenowych raport koñcowy (Etap II). Instytut In ynierii Ochrony Œrodowiska Politechniki Wroc³awskiej. Raport Serii SPR nr 6/ Kotowski A., Worsa-Kozak M., Wartalski A.: Cel i zakres monitoringu wód w rejonie Elektrowni Wodnych Wroc³aw I i II. Forum Eksploatatora 2007 nr 7/8, s Kotowski A., Worsa-Kozak M., Wartalski A., Wartalski J.: Wstêpne wyniki badañ monitoringu stanów wód w rejonie Elektrowni Wodnych Wroc³aw I i II. Forum Eksploatatora 2008 nr 1, s Worsa-Kozak M., Kotowski A., Wartalski A.: Monitoring stanów wód podziemnych w rejonie Œródmiejskiego Wêz³a Wodnego we Wroc³awiu. Przegl¹d Geologiczny 2008 (56) nr 4, s Kowalski J., Warunki wodno - gruntowe miasta Wroc³awia. Akademia Rolnicza we Wroc³awiu, Worsa-Kozak M.: Wahania zwierciad³a wód podziemnych na terenach zurbanizowanych (miasto Wroc³aw), Rozprawa doktorska, Archiwum Uniwersytetu Wroc³awskiego, Kajewski I., Kowalski J.: Wp³yw piêtrzenia Odry Miejskiej we Wroc³awiu na warunki gruntowo-wodne na terenie miasta. Zeszyty Naukowe AR we Wroc³awiu, In ynieria Œrodowiska, Broœ B.: Wstêpna ocena skutków obni onego piêtrzenia na jazie elektrowni Wroc³aw I i II o 1 m na zachowanie siê obiektów budowlanych na terenie miasta w obrêbie przewidzianego obni enia wód podziemnych i gruntowych. Wroc³aw Broœ B., Kowalski J.: Podtopienie Starego Miasta we Wroc³awiu na skutek piêtrzenia Odry Miejskiej. Zeszyty Naukowe AR we Wroc³awiu, In ynieria Œrodowiska,